Il est aussi facile de compter les atomies que de résoudre les propositions d’un amant.
— William Shakespeare, Comme Vous l’aimez, acte 3, scène 2 (1599)
L’idée que la matière est constituée d’atomes est omniprésente dans la culture moderne, même si personne ne les a jamais vus directement. L’une des images les meilleures et les plus intéressantes que nous ayons a été produite en 1989. Il a été obtenu par un microscope à effet tunnel à balayage au centre de recherche IBM Almaden à San Jose, en Californie. Un faisceau d’atomes de xénon a été tiré sur un cristal de nickel refroidi, et les atomes qui collaient au cristal ont été manipulés par la sonde du microscope dans le motif illustré ci-dessous:
» IBM » énoncé en 35 atomes. Avec l’aimable autorisation d’IBM.
TRANCHER ET DÉCOUPER LA MATIÈRE EN DÉS
La réalité des atomes répond à une question fondamentale assez simple à encadrer: Si un objet matériel est coupé en morceaux de plus en plus petits, y aurait-il une limite, après laquelle aucune autre coupe ne pourrait être faite, ou le matériau serait-il découpable à l’infini?
Grecs anciens. Utilisé avec la permission de Sidney Harris.
Pour aller au cœur de cette question, il faut revenir en arrière, en arrière, en arrière. Jusqu’où ? Comme beaucoup de wags l’ont suggéré, « Les anciens Grecs pensaient d’abord à tout. » Les atomes en sont un exemple.
Leucippe (Ve siècle avant notre ère). De Wikimedia Commons, utilisateur Jean-Jacques MILAN.
Démocrite (460 avant notre ère – 370 avant notre ère). Par Antoine Coypel (1661-1722). De Wikimedia Commons, utilisateur Fæ.
DÉMOCRITE : LA MATIÈRE EST DISCONTINUE
Démocrite (460 AEC — 370 AEC) est né dans l’extrême nord de la Grèce, à Abdera. Il a été enseigné par Leucippe, et beaucoup de ses idées et de celles de Leucippe sont si imbriquées qu’elles sont difficiles à séparer. Jeune homme, Démocrite a beaucoup voyagé, dépensant une grande partie de son héritage d’un père riche. Il a visité l’Asie, l’Éthiopie, l’Inde et a passé un long moment en Égypte. Les écrits de Démocrite n’ont pas survécu intacts, de sorte que seules des sources secondaires existent pour aider à transmettre ses idées.
Je suis le plus voyageur de tous mes contemporains; j’ai élargi mon champ d’investigation plus que quiconque; J’ai vu plus de pays et de climats et j’ai entendu plus de discours d’hommes savants.1
Bien qu’il soit pratiquement inconnu à Athènes (il y est allé une fois pour visiter Anaxagore et a été ignoré), ses étudiants et ses voisins d’Abdera le considéraient hautement parce qu’il était invariablement joyeux et prêt à voir le côté humoristique de la vie. Il était appelé le « Philosophe rieur. »Lui et Leucippe étaient matérialistes en ce sens qu’ils cherchaient des explications mécanistes des phénomènes, plutôt que des causes plus profondes. Ils pensaient que la perception par les sens était si subjective qu’elle n’était pas fiable, alors ils ont écarté les observations comme des preuves pertinentes.
Démocrite (et, par extension, Leucippe) a répondu à la question fondamentale sur la divisibilité de la matière en postulant l’existence d’une unité non découpable appelée atome (grec a = « pas », tomos = « couper ») comme unité fondamentale de la matière.
Les premiers principes de l’univers sont les atomes et l’espace vide ; tout le reste est simplement pensé pour exister.2
Aristote (384 avant notre ère – 322 avant notre ère). Par Raphaël (1483-1520). De Wikimedia Commons, utilisateur Dencey ~commonswiki.
ARISTOTE: LA MATIÈRE EST CONTINUE
Aristote (384-322 avant notre ère) est né dans la petite ville de Stagira, dans le nord-est de la Grèce, et il a étudié à l’Académie de Platon à Athènes, où il a commencé vers l’âge de dix-sept ans. Platon (427-347 avant notre ère), à son tour, était un élève de Socrate (469-399 avant notre ère). Après la mort de Platon, Aristote a quitté Athènes pendant environ douze ans. Pendant ce temps, il a donné des cours à des jeunes qui sont devenus des rois, y compris Alexandre (le Grand). À son retour à Athènes vers 335 avant notre ère, Aristote a fondé une école appelée le Lycée.
Athènes était le centre culturel de la Grèce et comportait une tradition de discussion sur toutes les questions, grandes et petites. Aristote et ses étudiants marchaient en parlant, ce qui leur a valu le titre de « Philosophes péripatétiques ». »Bien qu’Aristote soit d’accord avec Platon sur beaucoup de choses, lui et Platon avaient également des divergences d’opinion importantes. Par exemple, le raisonnement de Platon était déductif en ce sens qu’il passait de principes généraux à des cas spécifiques. Par exemple, toutes les chaises ont quatre pieds, donc cette chaise a quatre pieds. D’autre part, le raisonnement d’Aristote était inductif en ce sens qu’il s’élargissait du spécifique au général. Par exemple, j’ai vu cinq tables, qui ont toutes quatre pieds. Par conséquent, toutes les tables ont quatre pieds. L’accent mis par Aristote sur les spécificités l’a amené à faire des observations systématiques sur les êtres vivants, en particulier la vie marine, qui ont mis la biologie sur des bases solides qui ont duré des siècles.
Aristote a inventé et systématisé la logique comme outil de recherche scientifique. Le processus scientifique global utilisé par Aristote était celui d’une observation attentive, suivie d’un raisonnement logique sur les causes. Malgré son érudition extraordinairement vaste qui a jeté les bases de nombreuses activités intellectuelles pendant son propre temps et longtemps après, même un homme aussi perspicace qu’Aristote a étonnamment commis quelques erreurs. Ses analyses du mouvement en général et du mouvement planétaire en particulier étaient toutes deux imparfaites, conduisant à des difficultés ultérieures, comme nous le verrons dans les chapitres suivants. Une erreur particulière semble assez flagrante, à savoir:
Les mâles ont plus de dents que les femelles dans le cas des hommes, des moutons, des chèvres et des porcs.3
En mettant l’accent sur une observation attentive, beaucoup se sont demandé pourquoi Aristote ne se contentait pas de compter les dents des deux sexes et de faire une comparaison appropriée.
Plus de deux cents traités sont attribués à Aristote. Les trente et une œuvres survivantes sont soupçonnées d’être des notes de cours approximatives, peut-être même prises par des étudiants et non destinées à être publiées. La plupart d’entre eux ont été perdus pendant un certain temps, mais ont ensuite été traduits en arabe et analysés de manière approfondie par des érudits musulmans. Certains pensent qu’Aristote était la dernière personne qui savait tout ce qui pouvait être connu à l’époque où il vivait.
Le cerveau d’Aristote. Utilisé avec la permission de Sidney Harris.
En analysant la question des constituants fondamentaux de la matière, Aristote s’oppose carrément à ce qu’il y ait une unité plus petite :
Il n’y a pas non plus une plus petite partie de ce qui est petit, mais il y en a toujours une plus petite (car il est impossible que ce qui est cesse d’être). De même, il y a toujours quelque chose de plus grand que ce qui est grand.4
Aristote pensait que la matière était faite à partir des quatre éléments suggérés par l’un de ses prédécesseurs, nommé Empédocle, qui les identifiait comme le feu, l’air, la terre et l’eau. Aristote a ajouté un élément de plus, æther, la matière des corps célestes.
Éléments d’Aristote. Ce fichier provient de Wellcome Images, un site Web exploité par Wellcome Trust, une fondation caritative mondiale basée au Royaume-Uni. De Wikimedia Commons, utilisateur Fæ.
DÉMOCRITE CONTRE ARISTOTE
Il n’y a aucune trace de Démocrite et d’Aristote qui se soient jamais rencontrés, cependant, Aristote connaissait Démocrite et ses idées et se disputait avec force contre elles. L’un de ses traités s’intitulait « Sur Démocrite », mais, malheureusement, seul le commentaire subsiste.
Voici un exemple de l’argument d’Aristote contre la théorie atomique de Démocrite:
Il (Démocrite) attribue la genèse et la séparation qui s’y opposent non seulement aux animaux mais aussi aux plantes et aux mondes, et globalement à tous les corps sensibles. Si, alors, la genèse est une combinaison d’atomes, et la séparation de destruction d’entre eux, alors même selon Démocrite, la « genèse » doit être un changement de qualité. En effet, Empédocle, lui aussi, dit que ce qui vient à l’existence n’est pas le même, sauf en nature, avec ce qui a péri, et pourtant Alexandre dit qu’Empédocle suppose l’existence d’un changement de qualité, pas de venir à l’existence. Faut-il alors dire que le Tout est composé de substances indivisibles ? Certains penseurs ont, en fait, cédé la place aux deux arguments. À l’argument selon lequel toutes les choses sont une si être signifie une chose, ils ont concédé que le non-être l’est; à celui de la bissection, ils ont cédé en posant des grandeurs atomiques. Mais il n’est évidemment pas vrai que si être signifie une chose, et ne peut en même temps en signifier la contradiction, il n’y aura rien qui ne l’est pas, car même si ce qui n’est pas ne peut être sans qualification, il n’y a aucune raison pour que ce ne soit pas un non-être particulier. Dire que toutes choses seront une, s’il n’y a rien à part être soi-même, est absurde. Car qui comprend que « l’être lui-même » est autre chose qu’une substance particulière ? Mais si tel est le cas, rien n’empêche qu’il y ait beaucoup d’êtres, comme cela a été dit. Il est donc clairement impossible d’être un dans ce sens.5
Bien que cela puisse nous sembler déroutant, cela avait peut-être plus de sens à l’époque d’Aristote.
Le professeur d’Aristote, Platon, aurait été encore plus extrême dans son opposition à Démocrite. Bien que les écrits de Platon ne mentionnent jamais Démocrite nommément, l’élève d’Aristote, Aristoxène, a écrit que Platon voulait brûler les livres de Démocrite, mais qu’ils étaient trop largement distribués pour que son idée réussisse. Ironiquement, la principale raison que nous connaissons des idées de Démocrite est leur mention dans les écrits des étudiants d’Aristote. Comme Aristote enseignait à Athènes et avait de nombreux étudiants et disciples, ses idées auraient gagné n’importe quel concours de popularité avec celles de Démocrite.
Matériel bonus: Entretien Internet d’Aristote / Démocrite. Voir Pour Creuser plus profondément pour plus de détails.
ET LE GAGNANT EST
En fait, ni Démocrite ni Aristote n’avaient tout à fait raison.
Dans la vision moderne, la matière est constituée de petites unités, généralement des molécules. Les molécules sont, à leur tour, fabriquées à partir d’atomes, mais ces atomes ne sont pas indivisibles, comme le pensait Démocrite. Les atomes ont un nuage externe d’électrons chargés négativement se déplaçant autour d’un noyau chargé positivement. Le noyau contient des protons chargés positivement et des neutrons neutres. Aucune de ces particules, cependant, ne sont des particules fondamentales. Ils sont à leur tour constitués de particules encore plus petites appelées quarks. Et les quarks sont faits dewell eh bien, nous ne le savons pas encore. De plus, contrairement à la situation dans la Grèce antique, les idées scientifiques d’aujourd’hui nécessitent le soutien de preuves expérimentales, qui peuvent être très impliquées, sans parler des dépenses liées à la conduite d’expériences pour obtenir de telles preuves.
Les idées étaient primordiales à l’époque grecque, mais il n’y avait pas de système de freins et contrepoids dans la science comme dans le monde moderne. Le chapitre suivant nous emmène dans un voyage parfois douloureux vers le système moderne.
Philosophes-scientifiques. Utilisé avec la permission de Sidney Harris.