Galileo Galilei, dit Galilée
Astronome et physicien italien (Pise 1564-Arcetri 1642).
1. Jeunesse et formation de Galilée
Galilée est issu d'une vieille famille florentine. Son père, Vincenzo Galilei (vers 1520-1591), connu comme musicographe, est un homme cultivé, féru de littérature grecque et latine ; sa mère, Giulia degli Ammannati, descend d'une illustre famille de Pistoia. Tout enfant, il montre une remarquable disposition pour exécuter et même inventer des machines. Il reçoit à Florence une éducation complète, mais il la doit moins à ses maîtres qu'à son propre génie. Il supplée aux lacunes de leur enseignement par de nombreuses lectures.
À dix-sept ans, il entre à l'université de Pise pour étudier la philosophie, avec l'intention d'aborder plus tard la médecine. Dans le même temps, il s'initie aux mathématiques, en lisant les Éléments d'Euclide ; probablement prend-il aussi connaissance des œuvres d'Archimède, car il imaginera la balance hydrostatique, qu'il utilisera à la mesure des densités, et donnera la loi des vases communicants.
2. Les lois de la chute des corps
C'est à l'âge de dix-neuf ans, en 1583, qu'il effectue la première de ses observations célèbres. Contemplant dans la cathédrale de Pise une lampe qu'un sacristain vient d'allumer et qui se balance sous la voûte, sans doute un précieux lustre de Benvenuto Cellini, il note que ses oscillations s'effectuent toujours dans le même temps, bien que leur amplitude diminue. Examinant d'autres lampadaires, il remarque que la période de leurs oscillations ne dépend pas du poids du lustre, mais seulement de la longueur de la chaîne de suspension.
En parcourant au bout de sa chaîne un arc de cercle, le lustre possède le même mouvement que s'il tombait le long d'un chemin incurvé. Puisque la durée de cette chute ne dépend pas du poids du lustre, Galilée en déduit que tous les corps doivent tomber avec la même vitesse, si du moins la résistance de l'air ne vient pas freiner par trop fortement leur mouvement. On raconte- mais le fait est contesté- qu'il monte alors en haut de la tour de Pise, dont l'inclinaison va faciliter son expérience, et laisse tomber des billes de différentes matières, mais toutes suffisamment denses, cependant que des camarades, restés en bas, peuvent observer que les billes lâchées simultanément arrivent au sol au même instant.
Ces résultats d'une merveilleuse simplicité battent en brèche l'enseignement traditionnel, car, sans souci de la moindre vérification expérimentale, on pensait que les corps tombaient avec une vitesse liée à leur lourdeur ou à leur légèreté. Aussi Galilée se crée-t-il de solides inimitiés ; à Pise, où il enseigne les mathématiques depuis 1589, sa position devient difficile. Par chance, la république de Venise lui offre, en 1592, une chaire de mathématiques à l'université de Padoue.
C'est donc dans cette ville qu'il va accomplir ses principaux travaux. Il poursuit notamment son étude de ce qu'on nomme alors la « chute des graves », car il se préoccupe de découvrir la loi exacte de ce mouvement. Mais celui-ci est bien trop rapide pour permettre des mesures directes, et Galilée a l'idée d'observer une chute ralentie par l'emploi d'un plan incliné. C'est en 1602 qu'il réalise sa fameuse expérience. Il fait rouler une bille dans une rainure de bois bien lisse et détermine les durées de chute correspondant à diverses longueurs en pesant l'eau qui s'écoule d'un robinet à débit constant. Il trouve ainsi que les espaces parcourus sont proportionnels aux carrés des temps ; autrement dit, le mouvement de chute est uniformément accéléré. Ce résultat reste valable quand il fait varier la pente du plan incliné ; lorsque ce dernier atteint la verticale, la chute devient libre, et Galilée étend à ce cas limite la loi précédente
De la même époque datent sans doute bien d'autres observations, dont l'ensemble permet de voir en Galilée le créateur de la dynamique. Mais leur relation ne sera publiée que quatre années avant sa mort, dans ses Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze attenenti alla meccanica e i movimenti locali (1638). Il établit dans cet ouvrage le mouvement parabolique des projectiles dans le vide (→ trajectoire) ; il y énonce aussi le principe de l'inertie et la loi de composition des vitesses, dont le mouvement parabolique n'est à vrai dire qu'une conséquence. C'est encore dans cette publication qu'il attribue la hauteur des sons aux fréquences des vibrations, caractérise les intervalles musicaux par le rapport de celles-ci, étudie les cordes vibrantes, le phénomène de résonance et met en évidence les ondes stationnaires.
Les leçons de mécanique qu'il donne ont un succès extraordinaire ; mais elles ne seront bien connues en France que lorsque le P. Mersenne publiera, en 1634, les Mécaniques de Galilée.
3. Galilée, opticien et astronome
Cependant, Galilée porte son attention sur bien d'autres domaines de la physique. C'est ainsi qu'il est l'un des premiers à faire usage de thermomètres à liquides. Mais c'est surtout en optique que ses travaux ont une importance primordiale.
On rapporte qu'il construit, vers 1612, le premier microscope, mais cette affirmation est sujette à caution. En tout cas, c'est en 1609, alors qu'il réside à Venise, ville la plus réputée d'Europe dans l'industrie du verre, qu'il réalise la lunette à objectif convergent et oculaire divergent, à laquelle son nom est resté attaché. Sans doute n'en est-il pas exactement l'inventeur, car des instruments de même sorte ont été conçus aux Pays-Bas, mais les qualités de cette lunette, son grossissement, qui atteint 30, la font largement surclasser ses contemporaines.
→ astronomie.
Tout aussitôt, il braque cette lunette non vers des objets terrestres, mais vers le ciel, ce que personne n'avait encore fait ; et il annonce immédiatement une foule de découvertes. Ses observations se portent d'abord sur la Lune ; il constate que celle-ci nous présente toujours la même face, il observe ses montagnes, dont il évalue les hauteurs, et il signale ses librations ; il pense même qu'elle peut recéler des êtres vivants. Puis il découvre ou retrouve les satellites de Jupiter, dont il étudie les mouvements. Il découvre aussi l'anneau de Saturne, les taches et la rotation du Soleil sur son axe, les phases de Vénus, les variations du diamètre apparent des planètes ; toutes nouveautés qui viennent confirmer sa présomption en faveur du système de Copernic, en infirmant celui de Ptolémée (→ Système solaire).
En 1610, Galilée se rend aux instances du grand-duc Cosme II de Médicis, qui le rappelle en Toscane pour le combler de faveurs. Il est nommé premier mathématicien de l'université de Pise et philosophe du grand-duc, sans être obligé de professer ni même de résider dans cette ville. Mais bientôt, ayant suscité des envieux en grand nombre, il est dénoncé au Saint-Siège. Les doctrines de Copernic, qu'il ne cesse d'enseigner, ont été, en son temps, agréées par le pape Paul III ; mais elles ont alors pour adversaires la plupart des érudits d'Europe, qui ne jurent que par Aristote. Aussi les juges de Rome déclarent-ils en 1616 ce système « absurde » en même temps qu'« hérétique ». Galilée reçoit l'ordre de ne plus le professer et retourne à Florence.
→ Inquisition.
4. Le procès de Galilée
Mais l'apparition de trois comètes, en 1618, le ramène à l'astronomie. Il reprend en 1632, timidement, la défense du nouveau système dans son ouvrage Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo, Tolemaico e Copernicano (Dialogue concernant les deux principaux systèmes du monde). Le pape Urbain VIII croit se reconnaître dans un personnage de ce dialogue, Simplicio, défenseur parfois ridicule et toujours malheureux du système de Ptolémée. L'ouvrage est déféré à l'Inquisition, devant le tribunal de laquelle Galilée, âgé de soixante-neuf ans, doit comparaître en 1633. Le procès dure vingt jours ; Galilée se défend à peine ; il doit prononcer à genoux l'abjuration de sa doctrine. La tradition veut qu'en se relevant il ait frappé du pied la terre et se soit écrié : « Eppur, si muove » (« Et pourtant, elle se meut »).
5. La vieillesse de Galilée
Après son abjuration, Galilée est autorisé à retourner au palais de l'ambassade de Toscane. Puis il se rend à Sienne, où il trouve un exil honorable auprès de son ami l'archevêque Piccolomini. À la fin de 1633, le pape lui permet d'habiter dans les environs de Florence. Il s'installe dans une villa d'Arcetri, où il reste sous la surveillance de l'Inquisition.
Outre son procès, il doit supporter dans sa vieillesse de cruelles épreuves. En 1634, il perd une de ses filles ; deux ans plus tard, il devient complètement aveugle. Malgré ses infirmités, il ne peut se détacher de la science, qui a fait sa gloire. Il est souvent entouré de ses disciples, dont les plus chers sont Torricelli et Viviani. C'est là qu'il meurt d'une maladie de cœur, ayant presque soixante-dix-huit ans et ne laissant qu'un fils naturel, qui sera mathématicien.
L'année même où meurt Galilée, comme pour un mystérieux passage du flambeau de l'esprit, va naître Newton, l'autre créateur de la physique.
J. C. Poggendorff, dans son Histoire de la physique, a écrit : « Galilée mériterait le titre de fondateur de la physique, si un seul homme avait pu fonder une science aussi vaste et aussi variée. Avec lui et par lui commence l'étude attentive de la nature, à l'aide de l'expérience et de l'analyse mathématique. » Galilée combine en effet le raisonnement inductif, tel que le pratiquait l'Anglais William Gilbert, avec la déduction mathématique, et crée ainsi la méthode de recherche universellement utilisée depuis lors en physique.
6. Citations de Galilée
Le doute est le père de la création.
Galilée.
Je n'ai jamais rencontré d'homme si ignorant qu'il n'eût quelque chose à m'apprendre.
Galilée.
DEUX DISCIPLES DE GALILÉE
Evangelista Torricelli
Envoyé à Rome à vingt ans, Evangelista Torricelli, physicien italien (Faenza 1608-Florence 1647) y attire l'attention de Galilée en montrant qu'un système matériel est en équilibre quand son centre de gravité occupe la plus basse position possible. C'est en 1643 qu'il fait sa célèbre expérience : des fontainiers de Florence n'ayant pu faire fonctionner une pompe aspirant de l'eau à plus de 32 pieds, il pense à utiliser le mercure, beaucoup plus dense, et met en évidence l'existence de la pression atmosphérique. L'année suivante, il énonce sa loi sur l'écoulement des liquides.
Vincenzo Viviani
Vincenzo Viviani, mathématicien italien (Florence 1622-Florence 1703) a reconstitué les œuvres perdues des géomètres anciens. Le nom de fenêtre de Viviani a été donné à une intersection d'une sphère et d'un cylindre.
