PHYSIQUE GRECQUE ET PHYSIQUE CHINOISE

Michel SOUTIF

Les rflexions sur la nature menes par les philosophes chinois et les philo-sophes grecs ont commenc peu prs la mme poque : Kong Fu Zi a vcu de551 479 et Pythagore de Samos a travaill Crotone vers 525 . Les pro-blmes pratiques quils ont rencontrs permettent de suggrer que des deux cts, lescits grecques dune part et les principauts de la priode des Printemps et Automnesen Chine dautre part, le morcellement gographique du pouvoir a facilit lmer-gence de rflexions non conformistes. Il tait en effet facile de changer dadresselorsquon dplaisait au tyran local.

Il est intressant de comparer les rsultats des rflexions de deux ples aussiloigns lun de lautre. Je me bornerai la Physique et deux domaines de cettescience : la constitution de la matire et la mcanique.

LA CONSTITUTION DE LA MATIRE

a) Les thories grecquesNous laisserons de ct la thorie dAnaxagore pour lequel, en toute chose, il y

a une portion de toute chose, compromis entre les ides divergentes dHraclite et deParmnide sur le changement. Nous insisterons plutt sur le travail dEmpdocledAgrigente la mme poque, vers 445, en raison des dveloppements quen adonns Aristote et de son acceptation par le monde occidental en grande partie jus-qu Lavoisier.

Pour Empdocle, la nature est constitue dun mlange de quatre lments(rhizomata) ternels et inns : la terre, leau, lair et le feu. Ces lments interagissententre eux sous laction de deux tendances opposes, lAmour et le Conflit, et se com-binent pour chaque substance en proportions dfinies.

Ce travail est repris et dvelopp par Aristote ( 384 , 322 ), qui ajoute auxquatre lments quatre opposs fondamentaux : ainsi la terre est froide et sche, leaufroide et humide, lair chaud et humide et le feu chaud et sec. Il est alors possible pardes raisonnements trs spcieux dexpliquer tous les phnomnes. Par exemple, leauchauffe de froide et humide devient chaude et humide, cest dire de lair (vapo-risation).

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Cette thorie, dont limportance rside dans sa prtention tout expliquer, futpresque unanimement accepte et strilisa toute recherche contradictoire pendantpresque deux mille ans1. Certes il y eut quelques rticences isoles : Thophraste,successeur dAristote, ou plus tard Philopon au IIIe sicle aprs J.-C. se demandrentsi la nature du feu tait comparable celle des trois autres lments. Mais ces objec-tions restrent isoles.

En complment, Aristote introduisit un cinquime lment : l aithr , dontseraient constitus les corps clestes et qui eut la vie encore plus dure que lhy-pothse prcdente puisquil fallut attendre lexprience de Michelson et Morley(en 1887) pour le faire disparatre.

Bien sr, il y eut des thories concurrentes, mais elles eurent peu de succs. Laplus importante est celle suggre par Leucippe et dveloppe par DmocritedAbdre ( 410) : la nature est constitue dlments inscables (atomos) qui sedplacent dans le vide et forment des difices temporaires. Dveloppe par quelquesrares auteurs comme picure et Lucrce, cette thorie a t condamne par leConcile de Trente (1550) comme contraire la transsubstantiation et par consquentconduisant au bcher (Giordano Bruno : 1600).

b) Les thories chinoisesZou Yan (vers 300 ) expose que toute substance est un mlange de cinq l-

ments : la terre, leau, le feu, le bois et le mtal. Ces lments se contrlent de faoncyclique suivant le schma :

- la terre domine leau (elle peut lendiguer),- leau domine le feu (elle peut lteindre),- le feu domine le mtal (il peut le fondre),- le mtal domine le bois (il peut le tailler),- le bois domine la terre (il peut la retourner).Ces lments interagissent grce deux principes opposs : le Yang (chaleur,

ardeur, soleil, virilit) et le Yin (froid, humide, sombre, fminit). Ces deux forcessont toujours imbriques et interviennent par leur poids relatif, et cest ainsi quelcole des Logiciens (Ming Jia) explique la Nature, lHistoire et la Politique.

Un des classiques fondamentaux, le Livre des mutations (Yi Jing) part de cettethorie pour donner un immense classement entre toutes choses, et son succs est telquil strilise tout autre dveloppement.

Certes il y eut quelques sursauts. Par exemple, lcole des Sceptiques sous lesHan de lEst ragit contre les ides simplistes du Yi Jing. Wang Chong (27-97) critles Discours pess dans la balance, qui forment un vritable trait de rationalisme,

1 Geoffrey E. R. Lloyd, Les dbuts de la science grecque, La Dcouverte, 1990.

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refuse les prodiges et les prsages et affirme que lme est mortelle comme le corps.Ce mouvement aura trs peu de retentissement.

En conclusion, on est frapp par lanalogie des thories (quatre ou cinq lmentsgouverns par deux forces antagonistes), mais aussi par le ct rigide et dogmatiquedun systme qui se veut universel et dont le rle nfaste bride limagination deschercheurs pendant un temps trs considrable.

LA MCANIQUELe phnomne est ici tout fait diffrent du cas prcdent, et les deux civilisa-

tions que nous comparons explorent des domaines diffrents avec des mthodes dif-frentes. Les Grecs vont exceller dans tout ce qui est statique, car tout ce qui con-cerne les systmes immobiles peut se ramener un traitement gomtrique o leurcomptence est sans gale. Par contre, la difficult des Grecs concevoir linterven-tion de la variable temps les conduira de graves erreurs et une mconnaissancetotale des phnomnes daction distance et de propagation, que les Chinois vonttudier trs pragmatiquement sans ide thorique a priori.

a) La mcanique en GrceArchimde ( 287 , 212) est le prototype du mathmaticien (tudes sur la

sphre et le cylindre, calcul de p ) qui sintresse la physique dun point de vue degomtre. Lhydrostatique (pousse dArchimde), lquilibre des leviers sont parfai-tement tudis, mais, ds que le temps devrait intervenir, tout draille : donnez-moiun point dappui et je soulverai la Terre . Or, mme avec un point dappui, lopra-tion demanderait un tel laps de temps quelle serait impossible. En effet, le rapportdes bras de leviers se retrouve dans le dplacement des extrmits : pour soulever laTerre dun centimtre, le bout de lautre bras devrait se dplacer la vitesse dunboulet de canon pendant des milliards dannes.

De mme, le paradoxe de la flche, prsent par Znon dle vers 445comme attaquant la possibilit du mouvement, expose quil faut dabord parcourir lamoiti de la distance la cible, puis la moiti du reste, puis la moiti de la moiti etainsi de suite sans jamais terminer cette srie infinie. Il oublie que, dans un mouve-ment, le paramtre distance est li au paramtre temps qui, ici, est aussi chaque foisdivis par deux, le rapport des deux paramtres, la vitesse, restant constant et seulsignificatif.

Les principaux traits grecs du mouvement sont dus Aristote de Stagire( 384 , 322 ). On y trouve quelques ides fondamentales qui induiront en erreurlOccident pendant plus dun millnaire. Ainsi, dans Du ciel, il dit : si un certainpoids franchit une certaine distance en un certain temps, un poids plus grand fran-chira la mme distance en un temps plus court, dans le mme rapport que les poids .Il faudra attendre Galile du haut de sa tour de Pise pour infirmer ce propos.

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Aristote crit dans La Physique (Livre VII) que la vitesse dun mobile est direc-tement proportionnelle la force utilise, posant implicitement quil sagit duneforce de contact, seul type de force envisag. Il ny a donc pas de mouvement sansforce applique, ce qui conduit toutes sortes dacrobaties pour expliquer le mou-vement de la flche une fois lance. Ailleurs dans le mme ouvrage, Aristote pose enprincipe quun mouvement seffectue toujours travers un milieu et suggre que lavitesse est inversement proportionnelle la densit du milieu, do limpossibilit delexistence du vide, qui conduirait une vitesse infinie.

Par ailleurs, loptique est peu tudie car suspecte dillusions doptique. Lidegnrale est que lil fonctionne comme un radar : il met une substance qui revientporteuse de linformation2. LOptique dEuclide, malheureusement trs apocryphe,pose bien la propagation en ligne droite. Seuls les astronomes sintressent la r-fraction pour corriger les positions des toiles lhorizon : Hipparque vers 135 etPtolme autour de +150 donnent des tables de rfraction.

Il est noter que Ptolme ralise un ingnieux dispositif pour mesurer lesangles de rfraction r sous lincidence i dans leau. Mais il suppose a priori que cesangles suivent la loi r = ai bi2 , et il arrange ses rsultats exprimentaux pour lesfaire coller la thorie ! De faon gnrale, lide de soumettre la thorie lexp-rience nexiste pas en Grce car, si on observait une contradiction, cela ne pourraitpas remettre en cause lIde, qui est souveraine, mais la vulgaire mesure, toujours su-jette caution. Pour Aristote, lexprience est ce quun observateur normal peroitdans les circonstances habituelles : seuls doivent tre retenus les faits vidents delexprience commune, par exemple que le Soleil tourne autour de la Terre.

Pour terminer, on remarquera que deux phnomnes dpendant du temps ontcependant t soigneusement tudis par les savants grecs : lastronomie, la sciencepar excellence selon Platon, et les sons des cordes vibrantes qui dfinissent desnombres rgissant lUnivers selon Pythagore. Mais, dans un cas comme dans lautre,il sagit de phnomnes priodiques ou stationnaires dans lesquels le temps ne jouequun rle secondaire.

Le temps selon Platon est limage mobile de lternit (Time). Il est ce quipermet aux rvolutions cosmiques de communiquer la connaissance du nombre quirgle le ciel. Le temps selon Aristote provient de lactivit de la conscience : sanslme, il est impossible que le temps existe . Le temps nest pas un paramtre, maisune loi du mouvement qui conduit le gland au chne et le chne la planche et setermine pour lhomme quand il entre en contact avec Dieu, cause dernire et hors dutemps.

2 Il faudra attendre Ibn Al Haytham (965-1039) et ses dissections dyeux de buf pour rtablir le sens

de la lumire et le rle de lil comme simple capteur.

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b) La mcanique chinoiseLes premiers travaux sont dus une secte pacifique qui a rdig sous le pseudo-

nyme de Mo Zi ( 480, 390 ) le canon des Mohistes (Mo Jing) pour mettre la dis-position des opprims des connaissances sur lart militaire et les bases scientifiquescorrespondantes, particulirement en mcanique et en optique3. Ces textes ont com-pltement t occults la suite des perscutions du premier empereur et nont texhums quau XVIIIe sicle.

On retiendra de la mcanique mohiste la proposition suivante, retrouve parNeedham : Larrt du mouvement est d la force oppose. Sil ny a pas de forceoppose, le mouvement ne cessera jamais. Cela est aussi vrai quun buf nest pasun cheval. Cet nonc trs clair du principe dinertie ne sera formul en Europe quedeux mille ans plus tard.

Le fait quun mouvement puisse exister sans force directement applique modi-fie compltement la conception de la dynamique et permet dintroduire des forces distance, soit permanentes comme en magntisme, soit fonctions du temps commeles vibrations. Avant daborder ces questions, disons encore un mot du Mo Jing et deses dcouvertes en optique : formation des ombres et des pnombres partir de lapropagation rectiligne, point focal et chambre noire, miroirs plans, loi de la rflexionet indice de rfraction, miroirs concaves et convexes. Le traitement souffre dunegomtrie insuffisante, mais rend compte exactement de lobservation.

Le Taosme est une pense religieuse trs profonde en Chine, dans laquelle cha-cun titre individuel doit vivre en harmonie avec la nature, ce qui exige la meilleureconnaissance possible de celle-ci, donc une tude pousse et exprimentale de tousles phnomnes physiques, chimiques ou biologiques.

La mesure du magntisme terrestre est intervenue trs tt dans les observationstaostes de gomancie. Le phnomne est appliqu lorientation dans le dsert dansle livre de Matre Han Fei ( 300 , 233) et la boussole est perfectionne, sous lesHan, en forme de cuiller de Fe3O4 (magntite naturelle) pivotant sur son arrondi possur une plaque de bronze poli. Ce dispositif est attest en 114. Daprs Needham, lepassage de la magntite des aiguilles dacier se produit au Ve sicle et lastronomeShen Gua (1030-1094) dcrit lusage maritime dune boussole constitue dun l-ment magntique fix sur un flotteur. cette poque, les proprits du champ ma-gntique terrestre, en particulier la dclinaison, ont t bien tudies depuis Yi Xingen 720 et sont dcrites par le mme auteur. Les Chinois ne se posent pas de pro-blmes existentiels autour du phnomne : ils le constatent et ils ltudient.

3 J. Needham, Science and Civilisation in China, Cambridge University Press ; S. Nakayama and

N. Sivin, Chinese Science, tome II, 1973.

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Dans le domaine du son, la rfrence est la corde vibrante en Grce et le tuyausonore (l) en Chine, mais les Chinois tudient galement les tambours et les gongsdont les partiels ne sont pas a priori harmoniques du fondamental, ce qui les amne,au del des correctifs ncessaires, une analyse fine du rle des harmoniques dans letimbre de linstrument et en appliquer les rsultats dans le jeu du grand luth septcordes, le gu qin .

Lassimilation du son une vibration dun milieu continu, le qi la foisfluide et esprit, conduit les Taostes assimiler le tympan une membrane vibrante(Tan Qiao). Les phnomnes de rsonance sont analyss et appliqus : ondes station-naires la surface dun bol (bol cracheur), couplage dune cloche avec les frquencespropres dune salle...

Les phnomnes non linaires sont galement abords : lors de mouvementsdamplitude notable, les conditions de rsonance des membranes changent et lesfrquences propres aussi. Lors de lamortissement et du retour aux faibles d-placements, on observe un glissement de frquence qui est mis profit dans les xiao luo et da luo de lOpra de Pkin pour obtenir un changement de tondtermin.

Un travail remarquable concerne la dtection des ondes sismiques, particulire-ment dangereuses dans une Chine constamment cisaille par la percussion de laplaque tectonique indienne. Le sismographe de Zhang Heng (132) comporte un pen-dule invers, dispositif particulirement sensible employ en Europe depuis celui delAbb de Hautefeuille, construit en 1708 sans plus de bases thoriques quen Chine.

CONCLUSION

la lumire de ces deux exemples, nous voyons comment deux civilisationscompltement indpendantes ont ragi devant les problmes poss par la comprhen-sion de la nature inanime. Si le premier domaine montre une tonnante conver-gence, il apparat travers le second des diffrences trs nettes entre lesprit desGrecs et celui des Chinois.

Les premiers privilgient la thorie au point mme de rejeter souvent toute idedapplication. Ainsi Platon reproche Archytas de Tarente, inventeur dune sorte dergle calculer, le msolabe , de prendre et ruiner lexcellence de la gomtriequi dserte avec lui les notions abstraites et intelligibles pour passer aux objets sen-sibles et revient lutilisation dlments matriels qui demandent un long et grossiertravail manuel 4. De mme, Plutarque sefforce de justifier le travail dArchimdesur les leviers et machines simples par la pression des vnements (le sige deSyracuse par les Romains) et les supplications du tyran Hiron.

4 Cit par Michel Serres, lments dhistoire des sciences, Bordas, 1989, p. 107.

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Tout au contraire, les Chinois placent avant tout lobservation de la nature,lnonc de lois exprimentales et lapplication de leurs dcouvertes au dveloppe-ment de la socit. En consquence, les sciences de lingnieur chinoises auront sou-vent plus de 1000 ans davance sur celles de lOccident.

Ce nest que bien plus tard que lide grecque suivant laquelle tout phnomnepeut tre exprim par la rigueur des mathmatiques explosera pour donner la sciencemoderne, aprs une meilleure prise en compte de la variable temps .

Cependant, les deux civilisations auront peu prs au mme moment une ton-nante convergence vers lesprit rationnel. En effet, Thomas dAquin (1225-1274)ressuscite Aristote pour dire : Rien narrive par hasard, tout se produit selon la n-cessit , tandis que Zhu Xi (1130-1200) affirme : Tin xa we you w li zh q (sous le ciel, il ny a jamais eu un quelconque souffle sans raison).