Notes et références:

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Pour Aristote (384-322 av. J.C.), tout mouvement nécessite une cause. En l'absence d'une force extérieure, un corps est obligatoirement immobile. Cette croyance est intuitive mais erronée. Il s'agit de la différence la plus flagrante entre sa théorie et la nouvelle théorie amorcée par Galilée (1564-1642) et reprise par Newton (1642-1727). Ces derniers ont montré que contrairement à notre intuition, en l'absence d'une force extérieure un corps pouvait tout aussi bien être animé d'un mouvement rectiligne à vitesse constante (réf. 1). La première loi de Newton est contre-intuitive : si aucune force n'agit sur un corps, alors la vitesse de ce corps reste inchangée. Dans sa troisième loi, Newton précise qu'une force n'engendre non pas une vitesse, mais une modification de la vitesse d'un corps.

"Nombre d'étudiants n'appréhendent pas correctement les concepts de la [physique] newtonienne et interprètent les divers phénomènes enseignés en termes aristotéliciens plus familiers" (réf. 1, pp. 16-17). En plus de remettre en doute nos représentations intuitives parfois erronées des phénomènes naturels, l'apprentissage de la physique permet aussi d'apprendre à remettre en doute nos jugements dans la vie en général.

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La philosophie d'Aristote domina la pensée européenne à partir du XIIIe notamment grâce au travail de saint Thomas d'Aquin qui concilia la philosophie d'Aristote avec les dogmes de l'église en une théorie appelée "scolastique". La "scolastique aristotélicienne" contribua ensuite à une révolution scientifique qui débuta au XVIe siècle (réf. 1, p. 13). La controverse principale qui aboutit au rejet de la physique aristotélicienne était la question de l'immobilité de la Terre... Parmi les protagonistes de la révolution on trouve entre autres Galilée et Copernic. Selon eux, "les planètes tournent autour du Soleil et la Terre possède en outre un mouvement de rotation sur elle-même qui explique les alternances du jour et de la nuit. Mais à l'époque, un tel système parait peu crédible car il implique le mouvement de la Terre à grande vitesse . Or aucune force ne pousse les nuages qui, pourtant, suivent la Terre dans son mouvement" (réf. 2, p.17). Le mouvement de la Terre s'oppose à la physique d'Aristote et au sens commun : on ne ressent pas la force qui nous contraint à suivre le mouvement de la Terre. Les idées de Copernic, Galilée et autres protagonistes de la révolution scientifique permirent à Newton d'élaborer une nouvelle physique encore largement utilisée aujourd'hui.

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Cette "expérience de pensée" de Galilée montre que l'hypothèse qui dit qu'un corps plus lourd tombe plus rapidement amène à une contradiction. L'hypothèse est donc réfutée. Galilée n'est pas le seul physicien à avoir utilisé une "expérience de pensée" pour contredire ou élaborer une théorie. Einstein par exemple, a souvent utilisé cette démarche qui consiste à imaginer une mise en scène permettant de résoudre un problème en utilisant uniquement la raison . Les "expériences de pensée" ne fournissent pas de résultats quantitatifs, on ne peut pas mesurer concrètement une quantité puisque l'expérience n'est pas concrète. Seuls des résultats qualitatifs peuvent être tirés de ce genre d'expériences.

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Galilée s'est sans doute aussi contenté d'une "expérience de pensée" pour la pierre qui tombe du mât. C'est une certain Gassendi qui réalisa l'expérience à bord d'un bateau au large de Marseille, il trouva un résultat conforme à ce qu'affirmait Galilée : la pierre tombe au pied du mât, elle continue d'avancer comme le bateau sans qu'il n'y ait besoin d'une cause à ce mouvement (réf. 1, p. 28).
Ou tombent vos clés lorsque vous les lâchez dans le train? A vos pieds ou plus en arrière?

référence 1
Invitation à la physique, Yoav Ben-Dov, Edition établie par Christian Jeanmougin, Editions du Seuil, 1995

référence 2
Invitation à la philosophie des sciences, Bruno Jarrosson, Edition du Seuil, 1992