Histoire des sciences
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DavidS´en´echal
HISTOIRE DES SCIENCES
NOTESDECOURS
(PHQ-399)
Universit´edeSherbrooke
Facult´edesSciences
D´ecembre2004 HISTOIRE DES SCIENCES
NOTESDECOURS
(PHQ-399)
par
DavidS´en´echal
Professeur
D´epartementdephysique
Facult´edesSciences
Universit´edeSherbrooke
D´ecembre2004
c 2004, David S´en´echal, Facult´e des Sciences, Universit´e de Sherbrooke.
Tous droits r´eserv´es. TabledesMati`eres
Prologue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2.Lesorigines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.1. Science ou Magie? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2. L’origine des civilisations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1. La pr´ehistoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2. L’apparition de la civilisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3. L’ˆage du fer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
´2.3. L’Egypte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.4. La M´esopotamie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.Lasciencegrecque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.1. G´en´eralit´es sur la science grecque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
´1. Etendue de la civilisation grecque dans l’histoire . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2. Le probl`eme des sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3. Caract`ere de la science grecque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.2. Les pr´esocratiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1. Les premiers philosophes ioniens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2. Les Pythagoriciens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3. Autres ´ecoles philosophiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.3. La p´eriode classique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1. Platon et son ´ecole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2. Eudoxe de Cnide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3. Aristote . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.4. La m´edecine grecque classique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.5. La p´eriode hell´enistique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1. Math´ematiciens et m´ecaniciens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2. Astronomes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3. M´edecins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.6. Le d´eclin de la science antique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
iii 4.L’Orientetlemoyen-ˆage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.1. La Chine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.2. L’Inde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.3. Le monde arabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.4. Le moyen-ˆage occidental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
1. Qu’est-ce que le moyen-age?ˆ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2. P´en´etration en Occident de la science gr´eco-arabe . . . . . . . . . . . . . . . 60
3. Les universit´es et la scolastique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4. Foi et raison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5. Roger Bacon et la m´ethode scientifique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
5.Lar´evolutionscientifique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.1. L’alg`ebre et le calcul infinit´esimal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
1. Les logarithmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
2. La notation alg´ebrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3. Les ´equations alg´ebriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4. La g´eom´etrie analytique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
5. Analyse combinatoire et probabilit´es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
6. Le calcul infinit´esimal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.2. La r´evolution copernicienne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
1. Copernic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
2. Tycho Brah´e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
3. Kepler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4. Galil´ee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
5.3. La naissance de la m´ecanique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
1. Stevin et la statique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
2. Les travaux de Galil´ee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
3. Descartes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
4. Huygens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
5. Newton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
5.4. La naissance de la m´ethode exp´erimentale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
6.Lumi`ere,´electromagn´etismeetrelativit´e . . . . . . . . . . . . . . . . 99
6.1. Visions de la lumi`ere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
1. Les anciens, la lumi`ere et la vision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
2. Diffraction et dispersion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
3. La th´eorie corpusculaire de Newton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
4. La th´eorie ondulatoire de Huygens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
5. Nouveaux ph´enom`enes et affirmation de la th´eorie ondulatoire . . . . . . . . . . 106
6.2. L’´electricit´e et le magn´etisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
1. Les observations qualitatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
2. Les lois math´ematiques de l’´electricit´e et du magn´etisme . . . . . . . . . . . . 111
3. Faraday et Maxwell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
´4. Electromagn´etisme et technologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
6.3. La relativit´e restreinte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
iv 7.Chaleuret´energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
7.1. Chaleur et temp´erature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
7.2. Les lois des gaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
1. La pression atmosph´erique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
2. Pression, volume et temp´erature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
7.3. La machine a` vapeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
7.4. La thermodynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
1. Sadi Carnot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
´2. Energie et entropie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
3. L’interpr´etation statistique et la th´eorie cin´etique des gaz . . . . . . . . . . . . 139
8.Lar´evolutionchimique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
8.1. Les ancˆetres de la chimie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
1. L’alchimie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
2. Les artisans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
8.2. La naissance de la chimie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
1. Quelques figures des XVIIe et XVIIIe si`ecles . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
2. La composition de l’air . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
3. Lavoisier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
8.3. L’hypoth`ese atomique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
1. L’hypoth`ese atomique et l’´etude des gaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
2. L’´electrolyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
3. Le positivisme et les atomes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
8.4. La chimie organique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
1. La synth`ese organique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
2. La st´er´eochimie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
3. La structure mol´eculaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
9.Lastructuredelamati`ere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
9.1. Lacture de l’atome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
1. Le tableau p´eriodique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
2. La spectroscopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
3. L’´electron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
4. La m´ecanique quantique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
9.2. La radioactivit´e et le monde subnucl´eaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
1. Des rayons myst´erieux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
2. Le noyau atomique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
3. Le monde subnucl´eaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
10.L’expansiondel’Univers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
10.1. L’immensit´e de l’Univers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
1. Les instruments astronomiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
2. Le syst`eme solaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
3. Les ´echelles de distance en astronomie . . . . . . . . . . . . . . .
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