Sciences naturelles
Certains chercheurs font remonter les origines des sciences naturelles aux sociétés humaines pré-alphabétisées, où la compréhension du monde naturel était nécessaire à la survie. Les gens observaient et accumulaient des connaissances sur le comportement des animaux et l’utilité des plantes comme aliments et médicaments, qui étaient transmises de génération en génération. Ces connaissances primitives ont cédé la place à une recherche plus formelle vers 3500 à 3000 avant J.-C. dans les cultures mésopotamienne et égyptienne ancienne, qui ont produit les premières preuves écrites connues de la philosophie naturelle, précurseur des sciences naturelles. Si les écrits témoignent d’un intérêt pour l’astronomie, les mathématiques et d’autres aspects du monde physique, le but ultime de l’enquête sur le fonctionnement de la nature était dans tous les cas religieux ou mythologique, et non scientifique.
Une tradition d’enquête scientifique a également émergé dans la Chine ancienne, où les alchimistes et les philosophes taoïstes ont expérimenté des élixirs pour prolonger la vie et guérir les maux. Ils se concentraient sur le yin et le yang, ou éléments contrastés de la nature ; le yin était associé à la féminité et à la froideur, tandis que le yang était associé à la masculinité et à la chaleur. Les cinq phases – feu, terre, métal, bois et eau – décrivaient un cycle de transformations dans la nature. L’eau se transforme en bois, qui se transforme en feu lorsqu’il brûle. Les cendres laissées par le feu étaient de la terre. À l’aide de ces principes, les philosophes et les médecins chinois ont exploré l’anatomie humaine, caractérisant les organes comme étant principalement yin ou yang, et ont compris la relation entre le pouls, le cœur et la circulation du sang dans le corps des siècles avant qu’elle ne soit acceptée en Occident.
Il reste peu de traces de la façon dont les cultures indiennes anciennes autour de l’Indus comprenaient la nature, mais certaines de leurs perspectives peuvent être reflétées dans les Védas, un ensemble de textes sacrés hindous. Ils révèlent une conception de l’univers en perpétuelle expansion, constamment recyclé et réformé. Les chirurgiens de la tradition ayurvédique voyaient la santé et la maladie comme une combinaison de trois humeurs : le vent, la bile et le flegme. Une vie saine était le résultat d’un équilibre entre ces humeurs. Dans la pensée ayurvédique, le corps était constitué de cinq éléments : la terre, l’eau, le feu, le vent et l’espace vide. Les chirurgiens ayurvédiques pratiquaient des opérations chirurgicales complexes et développaient une compréhension détaillée de l’anatomie humaine.
Les philosophes présocratiques de la culture grecque antique ont rapproché la philosophie naturelle de l’enquête directe sur les causes et les effets dans la nature entre 600 et 400 avant J.-C., même si un élément de magie et de mythologie subsistait. Les phénomènes naturels tels que les tremblements de terre et les éclipses étaient de plus en plus expliqués dans le contexte de la nature elle-même au lieu d’être attribués à des dieux en colère. Thalès de Milet, un philosophe précoce qui a vécu de 625 à 546 avant J.-C., expliquait les tremblements de terre par la théorie selon laquelle le monde flottait sur l’eau et que l’eau était l’élément fondamental de la nature. Au Ve siècle avant J.-C., Leucippe a été l’un des premiers défenseurs de l’atomisme, l’idée que le monde est constitué de particules fondamentales indivisibles. Pythagore a appliqué les innovations grecques en mathématiques à l’astronomie, et a suggéré que la terre était sphérique.
Philosophie naturelle aristotélicienne (400 av. J.-C. – 1100 apr. J.-C.)Edit
La pensée socratique et platonicienne postérieure se concentrait sur l’éthique, la morale et l’art et ne tentait pas une investigation du monde physique ; Platon critiquait les penseurs présocratiques comme matérialistes et anti-religieux. Cependant, Aristote, un élève de Platon qui a vécu de 384 à 322 avant J.-C., s’est intéressé de plus près au monde naturel dans sa philosophie. Dans son Histoire des animaux, il a décrit le fonctionnement interne de 110 espèces, dont la raie, le poisson-chat et l’abeille. Il a étudié les embryons de poussins en cassant les œufs et en les observant à différents stades de leur développement. Les travaux d’Aristote ont eu une grande influence jusqu’au 16e siècle et il est considéré comme le père de la biologie pour son travail de pionnier dans cette science. Il a également présenté des philosophies sur la physique, la nature et l’astronomie en utilisant le raisonnement inductif dans ses ouvrages Physique et Météorologie.
Bien qu’Aristote ait considéré la philosophie naturelle plus sérieusement que ses prédécesseurs, il l’a abordée comme une branche théorique de la science. Pourtant, inspirés par son œuvre, les philosophes romains antiques du début du 1er siècle de notre ère, dont Lucrèce, Sénèque et Pline l’Ancien, ont écrit des traités qui traitaient des règles du monde naturel de manière plus ou moins approfondie. De nombreux néoplatoniciens romains du 3e au 6e siècle ont également adapté les enseignements d’Aristote sur le monde physique à une philosophie qui mettait l’accent sur le spiritualisme. Les premiers philosophes médiévaux, dont Macrobius, Calcidius et Martianus Capella, ont également examiné le monde physique, en grande partie d’un point de vue cosmologique et cosmographique, en proposant des théories sur la disposition des corps célestes et des cieux, qui étaient posés comme étant composés d’éther.
Les ouvrages de philosophie naturelle d’Aristote ont continué à être traduits et étudiés au milieu de l’essor de l’Empire byzantin et du califat abbasside.
Dans l’Empire byzantin, Jean Philoponus, un commentateur alexandrin d’Aristote et théologien chrétien, a été le premier à remettre en question l’enseignement de la physique d’Aristote. Contrairement à Aristote qui fondait sa physique sur l’argumentation verbale, Philoponus s’est appuyé sur l’observation, et a argumenté en faveur de l’observation plutôt que de recourir à l’argumentation verbale. Il a introduit la théorie de l’impulsion. Les critiques de Jean Philoponus à l’égard des principes aristotéliciens de la physique ont servi d’inspiration à Galilée pendant la révolution scientifique.
Un renouveau des mathématiques et des sciences a eu lieu à l’époque du califat abbasside, à partir du IXe siècle, lorsque les érudits musulmans ont développé la philosophie naturelle grecque et indienne. Les mots alcool, algèbre et zénith ont tous des racines arabes.
La philosophie naturelle médiévale (1100-1600)Edit
Les œuvres d’Aristote et d’autres philosophies naturelles grecques n’ont pas atteint l’Occident avant environ le milieu du 12e siècle, lorsque des œuvres ont été traduites du grec et de l’arabe en latin. Le développement de la civilisation européenne plus tard au Moyen Âge a apporté avec lui de nouvelles avancées dans la philosophie naturelle. Des inventions européennes telles que le fer à cheval, le collier de cheval et la rotation des cultures ont permis une croissance rapide de la population, donnant lieu à l’urbanisation et à la fondation d’écoles liées aux monastères et aux cathédrales dans les pays modernes de France et d’Angleterre. Grâce à ces écoles, une approche de la théologie chrétienne s’est développée, cherchant à répondre aux questions sur la nature et d’autres sujets par la logique. Cette approche était toutefois considérée par certains détracteurs comme une hérésie. Au XIIe siècle, les savants et les philosophes d’Europe occidentale sont entrés en contact avec un corpus de connaissances qu’ils ignoraient jusqu’alors : un vaste ensemble d’œuvres en grec et en arabe préservées par les savants islamiques. Grâce à la traduction en latin, l’Europe occidentale a découvert Aristote et sa philosophie naturelle. Ces œuvres sont enseignées dans les nouvelles universités de Paris et d’Oxford au début du XIIIe siècle, bien que cette pratique soit désapprouvée par l’Église catholique. Un décret de 1210 du synode de Paris ordonne qu' »aucune conférence ne doit être tenue à Paris ni publiquement ni en privé en utilisant les livres de philosophie naturelle d’Aristote ou les commentaires, et nous interdisons tout cela sous peine d’excommunication. »
À la fin du Moyen Âge, le philosophe espagnol Dominicus Gundissalinus a traduit en latin un traité du savant persan antérieur Al-Farabi intitulé Sur les sciences, appelant l’étude de la mécanique de la nature scientia naturalis, ou science naturelle. Gundissalinus a également proposé sa propre classification des sciences naturelles dans son ouvrage de 1150 intitulé On the Division of Philosophy. Il s’agit de la première classification détaillée des sciences basée sur la philosophie grecque et arabe à atteindre l’Europe occidentale. Gundissalinus définit la science naturelle comme « la science qui ne considère que les choses non abstraites et en mouvement », par opposition aux mathématiques et aux sciences qui reposent sur les mathématiques. Suivant Al-Farabi, il a ensuite séparé les sciences en huit parties, dont la physique, la cosmologie, la météorologie, la science des minéraux et la science des plantes et des animaux.
Les philosophes ultérieurs ont fait leurs propres classifications des sciences naturelles. Robert Kilwardby a écrit On the Order of the Sciences au 13ème siècle qui classait la médecine comme une science mécanique, avec l’agriculture, la chasse et le théâtre tout en définissant la science naturelle comme la science qui traite des corps en mouvement. Roger Bacon, frère et philosophe anglais, a écrit que la science naturelle traitait « d’un principe de mouvement et de repos, comme dans les parties des éléments du feu, de l’air, de la terre et de l’eau, et dans toutes les choses inanimées faites à partir d’eux. » Ces sciences couvraient également les plantes, les animaux et les corps célestes. Plus tard au 13e siècle, le prêtre catholique et théologien Thomas d’Aquin a défini les sciences naturelles comme traitant des « êtres mobiles » et des « choses qui dépendent d’une matière non seulement pour leur existence mais aussi pour leur définition. » Les érudits de l’époque médiévale s’accordaient largement à dire que les sciences naturelles concernaient les corps en mouvement, même s’ils étaient divisés quant à l’inclusion de domaines tels que la médecine, la musique et la perspective. Les philosophes ont réfléchi à des questions telles que l’existence du vide, si le mouvement pouvait produire de la chaleur, les couleurs des arcs-en-ciel, le mouvement de la terre, l’existence de produits chimiques élémentaires et l’endroit de l’atmosphère où se forme la pluie.
Durant les siècles jusqu’à la fin du Moyen Âge, la science naturelle était souvent mêlée à des philosophies sur la magie et l’occulte. La philosophie naturelle est apparue sous des formes très diverses, des traités aux encyclopédies en passant par les commentaires d’Aristote. L’interaction entre la philosophie naturelle et le christianisme a été complexe au cours de cette période ; certains théologiens de la première heure, dont Tatien et Eusèbe, considéraient la philosophie naturelle comme un affleurement de la science grecque païenne et s’en méfiaient. Bien que certains philosophes chrétiens ultérieurs, dont Thomas d’Aquin, en soient venus à considérer la science naturelle comme un moyen d’interpréter les Écritures, cette suspicion a persisté jusqu’aux 12e et 13e siècles. La condamnation de 1277, qui interdisait de mettre la philosophie sur un pied d’égalité avec la théologie et de débattre des constructions religieuses dans un contexte scientifique, montrait la persistance avec laquelle les dirigeants catholiques résistaient au développement de la philosophie naturelle, même dans une perspective théologique. L’Aquinate et Albertus Magnus, un autre théologien catholique de l’époque, ont cherché à éloigner la théologie de la science dans leurs œuvres. « Je ne vois pas ce que l’interprétation que l’on fait d’Aristote a à voir avec l’enseignement de la foi », écrivait-il en 1271.
Newton et la révolution scientifique (1600-1800)Edit
Au 16e et 17e siècles, la philosophie naturelle a connu une évolution allant au-delà du commentaire d’Aristote, car davantage de philosophie grecque ancienne a été découverte et traduite. L’invention de la presse à imprimer au 15e siècle, l’invention du microscope et du télescope, et la Réforme protestante ont fondamentalement modifié le contexte social dans lequel la recherche scientifique a évolué en Occident. La découverte d’un nouveau monde par Christophe Colomb a changé les perceptions sur la constitution physique du monde, tandis que les observations de Copernic, Tyco Brahe et Galilée ont permis de se faire une idée plus précise du système solaire héliocentrique et de prouver que de nombreuses théories d’Aristote sur les corps célestes étaient fausses. Un certain nombre de philosophes du XVIIe siècle, dont Thomas Hobbes, John Locke et Francis Bacon, ont rompu avec le passé en rejetant catégoriquement Aristote et ses disciples médiévaux, qualifiant leur approche de la philosophie naturelle de superficielle.
Les titres de l’ouvrage de Galilée, Deux nouvelles sciences, et de la Nouvelle astronomie de Johannes Kepler soulignent l’atmosphère de changement qui s’est installée au XVIIe siècle, Aristote étant écarté au profit de nouvelles méthodes d’enquête sur le monde naturel. Bacon a joué un rôle déterminant dans la popularisation de ce changement ; il soutenait que les gens devaient utiliser les arts et les sciences pour dominer la nature. Pour y parvenir, il écrit que « la vie humaine doit être dotée de nouvelles découvertes et de nouveaux pouvoirs ». Il définit la philosophie naturelle comme « la connaissance des causes et des mouvements secrets des choses, et l’élargissement des limites de l’empire humain, afin de réaliser toutes les choses possibles ». Bacon proposait que la recherche scientifique soit soutenue par l’État et alimentée par la recherche collaborative des scientifiques, une vision dont la portée, l’ambition et la forme étaient sans précédent à l’époque. Les philosophes naturels en sont venus à considérer la nature de plus en plus comme un mécanisme pouvant être démonté et compris, à l’instar d’une horloge complexe. Des philosophes naturels comme Isaac Newton, Evangelista Torricelli et Francesco Redi ont mené des expériences sur l’écoulement de l’eau, la mesure de la pression atmosphérique à l’aide d’un baromètre et la réfutation de la génération spontanée. Des sociétés scientifiques et des revues scientifiques ont vu le jour et ont été largement diffusées grâce à la presse à imprimer, ce qui a déclenché la révolution scientifique. En 1687, Newton a publié ses Principes mathématiques de la philosophie naturelle, ou Principia Mathematica, qui ont jeté les bases des lois physiques qui sont restées d’actualité jusqu’au 19e siècle.
Certains chercheurs modernes, dont Andrew Cunningham, Perry Williams et Floris Cohen, soutiennent que la philosophie naturelle n’est pas correctement appelée une science, et que la véritable recherche scientifique n’a commencé qu’avec la révolution scientifique. Selon Cohen, « l’émancipation de la science d’une entité globale appelée « philosophie naturelle » est l’une des caractéristiques de la révolution scientifique. » D’autres historiens des sciences, dont Edward Grant, soutiennent que la révolution scientifique qui s’est épanouie aux 17e, 18e et 19e siècles s’est produite lorsque les principes appris dans les sciences exactes de l’optique, de la mécanique et de l’astronomie ont commencé à être appliqués aux questions soulevées par la philosophie naturelle. Grant soutient que Newton a tenté d’exposer la base mathématique de la nature – les règles immuables auxquelles elle obéit – et, ce faisant, a joint pour la première fois la philosophie naturelle et les mathématiques, produisant une œuvre précoce de la physique moderne.
La révolution scientifique, qui a commencé à s’imposer au XVIIe siècle, a représenté une rupture brutale avec les modes d’investigation aristotéliciens. L’une de ses principales avancées a été l’utilisation de la méthode scientifique pour étudier la nature. Des données étaient collectées et des mesures reproductibles étaient effectuées dans le cadre d’expériences. Les scientifiques formulaient ensuite des hypothèses pour expliquer les résultats de ces expériences. L’hypothèse était ensuite testée en utilisant le principe de falsifiabilité pour prouver ou réfuter son exactitude. Les sciences naturelles ont continué à être appelées philosophie naturelle, mais l’adoption de la méthode scientifique a fait sortir la science du domaine de la conjecture philosophique et a introduit une manière plus structurée d’examiner la nature.
Newton, un mathématicien, et physicien anglais, a été la figure séminale de la révolution scientifique. S’appuyant sur les avancées réalisées en astronomie par Copernic, Brahe et Kepler, Newton a dérivé la loi universelle de la gravitation et les lois du mouvement. Ces lois s’appliquent à la fois sur terre et dans l’espace, unissant deux sphères du monde physique dont on pensait auparavant qu’elles fonctionnaient indépendamment l’une de l’autre, selon des règles physiques distinctes. Newton, par exemple, a montré que les marées étaient causées par l’attraction gravitationnelle de la lune. Une autre avancée de Newton a été de faire des mathématiques un puissant outil d’explication des phénomènes naturels. Alors que les philosophes naturels utilisaient depuis longtemps les mathématiques comme moyen de mesure et d’analyse, leurs principes n’étaient pas utilisés comme moyen de comprendre les causes et les effets dans la nature avant Newton.
Au 18e siècle et au 19e siècle, des scientifiques comme Charles-Augustin de Coulomb, Alessandro Volta et Michael Faraday se sont appuyés sur la mécanique newtonienne en explorant l’électromagnétisme, ou l’interaction des forces avec les charges positives et négatives sur les particules chargées électriquement. Faraday a proposé que les forces dans la nature opèrent dans des « champs » qui remplissent l’espace. L’idée de champs contrastait avec la conception newtonienne de la gravitation, considérée comme une simple « action à distance », ou l’attraction d’objets sans que rien n’intervienne dans l’espace qui les sépare. Au XIXe siècle, James Clerk Maxwell a unifié ces découvertes dans une théorie cohérente de l’électrodynamique. À l’aide d’équations mathématiques et d’expériences, Maxwell a découvert que l’espace était rempli de particules chargées qui pouvaient agir sur elles-mêmes et les unes sur les autres, et qu’elles constituaient un support pour la transmission d’ondes chargées.
Des avancées significatives en chimie ont également eu lieu pendant la révolution scientifique. Antoine Lavoisier, un chimiste français, a réfuté la théorie du phlogiston, qui postulait que les choses brûlaient en libérant du « phlogiston » dans l’air. Joseph Priestley avait découvert l’oxygène au 18e siècle, mais Lavoisier a découvert que la combustion était le résultat d’une oxydation. Il a également construit une table de 33 éléments et inventé la nomenclature chimique moderne. La science biologique formelle n’en était qu’à ses débuts au 18e siècle, lorsque l’accent était mis sur la classification et la catégorisation de la vie naturelle. Cette croissance de l’histoire naturelle a été menée par Carl Linnaeus, dont la taxonomie du monde naturel de 1735 est toujours utilisée. Dans les années 1750, Linné a introduit des noms scientifiques pour toutes ses espèces.
Les développements du XIXe siècle (1800-1900)Edit
Au 19e siècle, l’étude des sciences est devenue l’affaire de professionnels et d’institutions. Ce faisant, elle a progressivement acquis le nom plus moderne de science naturelle. Le terme « scientifique » a été inventé par William Whewell dans une critique de 1834 de l’ouvrage de Mary Somerville intitulé On the Connexion of the Sciences. Mais le mot n’est entré dans l’usage général que vers la fin du même siècle.
Science naturelle moderne (1900-présent)Edit
Selon un célèbre manuel de 1923, Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances, du chimiste américain Gilbert N. Lewis et le physico-chimiste américain Merle Randall, les sciences naturelles contiennent trois grandes branches :
A part les sciences logiques et mathématiques, il existe trois grandes branches des sciences naturelles qui se distinguent par la variété des déductions de grande portée tirées d’un petit nombre de postulats primaires – ce sont la mécanique, l’électrodynamique et la thermodynamique.
Aujourd’hui, les sciences naturelles sont plus communément divisées en sciences de la vie, telles que la botanique et la zoologie ; et en sciences physiques, qui comprennent la physique, la chimie, l’astronomie et les sciences de la Terre.