Le terme science vient du mot latin scientia, qui signifie "connaissance". Il peut être défini comme une tentative systématique de découvrir, par l'observation et le raisonnement, des faits particuliers sur le monde, et d'établir des lois reliant les faits entre eux et, dans certains cas, permettant de prédire des événements futurs. Il existe d'autres façons de définir la science, mais toutes les définitions se réfèrent d'une manière ou d'une autre à cette tentative de découvrir des faits spécifiques et à la capacité de trouver des modèles dans lesquels ces faits sont liés.
Il existe une citation intéressante de Carl Sagan sur l'attitude scientifique:
Si nous vivions sur une planète où rien ne changeait jamais, il n'y aurait pas grand-chose à faire. Il n'y aurait rien à découvrir. Il n'y aurait pas d'élan pour la science. Et si nous vivions dans un monde imprévisible, où les choses changent de manière aléatoire ou très complexe, nous ne serions pas en mesure de comprendre les choses. Mais nous vivons dans un univers intermédiaire, où les choses changent, mais selon des modèles, des règles ou, comme nous les appelons, des lois de la nature. Si je lance un bâton en l'air, il retombe toujours. Si le soleil se couche à l'ouest, il se lève toujours le lendemain matin à l'est. C'est ainsi qu'il devient possible de comprendre les choses. Nous pouvons faire de la science, et grâce à elle, nous pouvons améliorer notre vie. (Carl Sagan, 59)
Les premiers développements scientifiques
La régularité des événements naturels a favorisé le développement de certaines disciplines scientifiques. Après une période d'observation et d'enregistrement minutieux, même certains événements perçus comme aléatoires et imprévisibles peuvent commencer à présenter un schéma régulier qui, au départ, n'était pas immédiatement évident. Les éclipses en sont un bon exemple.
En Amérique du Nord, les Cherokee disaient que les éclipses étaient provoquées lorsque la lune (mâle) rendait visite à sa femme, le soleil, et les Ojibway croyaient que le soleil s'éteindrait complètement pendant une éclipse, et ils avaient donc l'habitude de tirer des flèches enflammées pour le garder allumé. Stephen Hawking mentionne que, selon les Vikings, le soleil et la lune sont poursuivis par deux loups, Skoll et Hati. Lorsque l'un des deux loups réussit à attraper sa proie, une éclipse se produit. Les Nordiques faisaient le plus de bruit possible pour effrayer les loups, afin de pouvoir sauver les victimes:
On appelle Skoll un loup qui poursuit le dieu brillant
dans les bois protecteurs;
et un autre, Hati, est le fils de Hrodvitnir,
qui poursuit l'épouse brillante du ciel.
(The Poetic Edda. Grimnir's Sayings, 39)
Hawking poursuit en disant que les gens ont fini par comprendre que le soleil et la lune émergeraient de l'éclipse, qu'ils fassent ou non du bruit pour secourir les victimes. Dans les sociétés où l'on consignait les événements célestes, on a dû remarquer au bout d'un certain temps que les éclipses ne se produisaient pas au hasard, mais plutôt selon des schémas réguliers qui se répètent.
Certains événements de la nature se produisent clairement selon des règles, mais d'autres ne présentent pas de schéma d'apparition clair et ne semblent même pas résulter d'une cause spécifique. Les tremblements de terre, les tempêtes et la peste semblent tous se produire au hasard, et les explications naturelles ne semblent pas pertinentes. C'est pourquoi des explications surnaturelles sont apparues pour rendre compte de ces événements, la plupart d'entre elles se confondant avec les mythes et les légendes.
Les explications surnaturelles ont donné naissance à la magie, une tentative de contrôler la nature au moyen de rites et de sortilèges. La magie repose sur la conviction que la nature peut être contrôlée directement. La pensée magique est convaincue qu'en exécutant certains sorts, un événement spécifique se produira. James Frazer a suggéré qu'il existe un lien entre la magie et la science, puisque toutes deux croient au principe de cause à effet. Dans la magie, les causes sont quelque peu floues et ont tendance à être basées sur des pensées spontanées, tandis que dans la science, grâce à une observation et un raisonnement minutieux, les causes sont mieux isolées et comprises. La science est fondée sur l'idée que l'expérience, l'effort et la raison sont valables, tandis que la magie est fondée sur l'intuition et l'espoir. Dans l'Antiquité, il était courant que la science se mêle à la magie, à la religion, à la mystique et à la philosophie, car les limites de la discipline scientifique n'étaient pas entièrement comprises.
Science babylonienne
Tout comme en Égypte, les prêtres encouragèrent une grande partie du développement de la science babylonienne. Les Babyloniens utilisaient un système numérique dont la base était 60, ce qui leur permettait de diviser les cercles en 360 degrés. L'utilisation de 60 comme base d'un système mathématique n'est pas anodine : 60 est un nombre qui a de nombreux diviseurs (1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 15, 20, 30, 60), ce qui simplifie la représentation des fractions: 1/2 (30/60), 1/3 (20/60), 1/4 (15/60), 1/5 (12/60), 1/6 (10/60), etc. Dès 1800 avant notre ère, les mathématiciens babyloniens comprenaient les propriétés des séquences élémentaires, telles que les progressions arithmétiques et géométriques, ainsi qu'un certain nombre de relations géométriques. Ils estimaient la valeur de pi à 3 1/8, ce qui représente une erreur d'environ 0,6 %. Il est très probable qu'ils connaissaient également ce que nous appelons aujourd'hui le théorème de Pythagore, selon lequel le carré du plus grand côté d'un triangle rectangle est égal à la somme des carrés des deux autres côtés. Cependant, nous n'avons aucune preuve que les Babyloniens l'aient démontré formellement, car leurs mathématiques reposaient sur des connaissances empiriques plutôt que sur des preuves formelles.
C'est en astronomie que les Babyloniens firent preuve d'un talent remarquable, et la magie, le mysticisme, l'astrologie et la divination en étaient les principaux moteurs. Ils croyaient que le mouvement des corps célestes annonçait un événement terrestre. Depuis le règne de Nabonassar (747 av. J.-C.), les Babyloniens tenaient des listes complètes des éclipses et, vers 700 av. J.-C., on savait déjà que les éclipses solaires ne pouvaient se produire que lors des nouvelles lunes et les éclipses lunaires que lors des pleines lunes. Il est possible qu'à cette époque, les Babyloniens connaissaient également la règle selon laquelle les éclipses lunaires ont lieu tous les six mois, ou occasionnellement tous les cinq mois. À l'époque où Nabuchodonosor régnait sur Babylone, les prêtres avaient également calculé la course des planètes et tracé les orbites du soleil et de la lune.
Science égyptienne
Malgré leurs superstitions, les prêtres égyptiens encouragèrent le développement de nombreuses disciplines scientifiques, en particulier l'astronomie et les mathématiques. La construction des pyramides et d'autres monuments étonnants aurait été impossible sans des connaissances mathématiques très développées. Le papyrus mathématique de Rhind (également connu sous le nom de papyrus d'Ahmès) est un ancien traité mathématique datant d'environ 1650 avant notre ère. Cet ouvrage explique, à l'aide de plusieurs exemples, comment calculer la superficie d'un champ, la capacité d'une grange, et traite également d'équations algébriques du premier degré. Dans la première partie, son auteur, un scribe nommé Ahmès, déclare que le papyrus est une transcription d'une copie ancienne, peut-être antérieure de 500 ans à l'époque d'Ahmès lui-même.
Les crues du Nil, qui modifiaient constamment les bornes qui séparaient les différentes portions de terre, favorisèrent également le développement des mathématiques: les géomètres égyptiens devaient effectuer des mesures à plusieurs reprises pour rétablir les limites perdues. C'est d'ailleurs l'origine du mot géométrie: "mesure de la terre". Les géomètres égyptiens étaient très pragmatiques: pour former des angles droits, ce qui était essentiel pour établir les limites d'un champ, ils utilisaient une corde divisée en douze parties égales, formant un triangle avec trois parties sur un côté, quatre parties sur le deuxième côté et cinq parties sur le côté restant. L'angle droit se trouvait à l'endroit où le côté à trois unités rejoignait le côté à quatre unités. En d'autres termes, les Égyptiens savaient qu'un triangle dont les côtés sont dans un rapport 3:4:5 est un triangle droit. Il s'agit d'une règle empirique utile qui n'est qu'à un pas du théorème de Pythagore, lequel repose sur l'extension du concept de triangle 3:4:5 jusqu'à sa limite logique.
Les Égyptiens calculèrent la valeur de la constante mathématique pi à 256/81 (3,16), et pour la valeur de la racine carrée de deux, ils utilisaient la fraction 7/5 (qu'ils considéraient comme 1/5 sept fois). Pour les fractions, ils utilisaient toujours le numérateur 1 (pour exprimer 3/4, ils écrivaient 1/2 + 1/4). Malheureusement, ils ne connaissaient pas le zéro et leur système numéral manquait de simplicité: 27 signes étaient nécessaires pour exprimer 999.
Science grecque
Contrairement à d'autres régions du monde où la science était fortement liée à la religion, la pensée scientifique grecque était davantage liée à la philosophie. Par conséquent, l'esprit scientifique grec avait une approche plus laïque et était capable de remplacer la notion d'explication surnaturelle par le concept d'un univers régi par les lois de la nature. La tradition grecque attribue à Thalès de Milet le mérite d'avoir été le premier Grec à développer, vers 600 avant notre ère, l'idée que le monde peut être expliqué en termes naturels. Thalès vivait à Milet, une cité grecque située en Ionie, le secteur central de la côte égéenne de l'Anatolie, en Asie Mineure, l'actuelle Turquie. Cette ville était le principal foyer du "réveil ionien", la phase initiale de la civilisation grecque classique, une époque où les Grecs anciens développèrent un certain nombre d'idées étonnamment similaires à certains de nos concepts scientifiques modernes.
L'un des grands avantages de la Grèce fut l'influence des mathématiques égyptiennes, lorsque l'Égypte ouvrit ses ports au commerce grec pendant la 26e dynastie (c. 685-525 av. J.-C.), et de l'astronomie babylonienne, après la conquête de l'Asie mineure et de la Mésopotamie par Alexandre à l'époque hellénistique. Les Grecs étaient très doués pour innover systématiquement à partir des connaissances mathématiques et astronomiques égyptiennes et babyloniennes. Les Grecs devinrent ainsi les mathématiciens et astronomes les plus compétents de l'Antiquité et leurs réalisations en géométrie sont sans doute les plus remarquables.
Si l'observation était importante au début, la science grecque finit par sous-estimer l'observation au profit du processus déductif, où la connaissance est construite au moyen de la pensée pure. Cette méthode est essentielle en mathématiques et les Grecs lui accordèrent une telle importance qu'ils crurent, à tort, que la déduction était le moyen d'obtenir les connaissances les plus élevées. L'observation fut sous-estimée, la déduction fut érigée en reine et la connaissance scientifique grecque se retrouva dans une impasse dans pratiquement toutes les branches de la science autres que les sciences exactes (mathématiques).
Science indienne
En Inde, on trouve déjà certains aspects de la science astronomique dans les Vedas (composés entre 1500 et 1000 av. J.-C.), où l'année est divisée en douze mois lunaires (en ajoutant parfois un mois supplémentaire pour ajuster l'année lunaire à l'année solaire), où les six saisons de l'année sont nommées et associées à différents dieux, et où les différentes phases de la lune sont observées et personnifiées sous la forme de différentes divinités. De nombreuses cérémonies et rites sacrificiels de la société indienne étaient régis par la position de la lune, du soleil et d'autres événements astronomiques, ce qui encouragea l'étude détaillée de l'astronomie.
La géométrie se développa en Inde à la suite de règles religieuses strictes concernant la construction des autels. Le livre 5 du Taittiriya Sanhita, inclus dans le Yajur-Veda, décrit les différentes formes que pouvaient prendre les autels. Le plus ancien de ces autels avait la forme d'un faucon et une superficie de 7,50 purusha (un purusha était une unité équivalente à la taille d'un homme les bras levés, soit environ 7,6 pieds ou 2,3 mètres). Parfois, d'autres formes d'autels étaient nécessaires (comme une roue, une tortue, un triangle), mais la surface de ces nouveaux autels devait rester la même, à savoir 7,50 purusha carrés. D'autres fois, il fallait augmenter la taille de l'autel sans changer la forme ou la proportion relative de la figure. Toutes ces procédures étaient impossibles à réaliser sans une connaissance approfondie de la géométrie.
Un ouvrage connu sous le nom de Shulba Sutras, composé pour la première fois en Inde vers 800 avant notre ère, contient des explications détaillées sur la manière d'effectuer toutes les opérations géométriques nécessaires pour soutenir les procédures religieuses concernant les autels. Ce texte développe également des sujets mathématiques tels que les racines carrées et la quadrature du cercle. Après avoir développé d'importantes études géométriques, les pratiques religieuses changèrent en Inde et le besoin de connaissances géométriques s'estompa progressivement à mesure que la construction d'autels tombait en désuétude.
La réalisation la plus influente de la science hindoue est sans doute l'étude de l'arithmétique, en particulier le développement des nombres et de la notation décimale que le monde utilise aujourd'hui. Les "nombres arabes" sont en fait originaires de l'Inde; ils apparaissent déjà dans les édits sur le roc de l'empereur mauryen Ashoka (IIIe siècle av. J.-C.), environ 1 000 ans avant qu'ils ne soient utilisés dans la littérature arabe.
Science chinoise
En Chine, la prêtrise n'a jamais eu de pouvoir politique significatif. Dans de nombreuses cultures, la science était encouragée par les prêtres, qui s'intéressaient à l'astronomie et au calendrier, mais en Chine, ce sont les fonctionnaires qui avaient le pouvoir et qui s'occupaient de ces domaines, et le développement de la science chinoise est donc fortement lié aux fonctionnaires. Les astronomes de la cour s'intéressaient particulièrement aux sciences de l'astronomie et des mathématiques, car le calendrier était une question impériale sensible: la vie du ciel et la vie sur terre devaient se développer en harmonie, et le soleil et la lune régissaient les différentes fêtes. À l'époque de Confucius (de 551 à 479 av. J.-C.), les astronomes chinois réussirent à calculer l'occurrence des éclipses.
La géométrie se développa en raison de la nécessité de mesurer les terres, tandis que l'algèbre fut importée de l'Inde. Au cours du IIe siècle avant notre ère, après de nombreux siècles et générations, un traité mathématique intitulé Les neuf chapitres sur l'art mathématique fut achevé. Cet ouvrage contient essentiellement des procédures mathématiques pratiques, notamment pour déterminer la superficie de champs de différentes formes (à des fins fiscales), le prix de différentes marchandises, le taux de change des matières premières et une fiscalité équitable. Ce livre développe l'algèbre et la géométrie et mentionne également des quantités négatives pour la première fois dans l'histoire. Zu Chongzhi (429-500) estima la valeur exacte de pi à la sixième décimale et améliora l'aimant qui avait été découvert des siècles plus tôt.
C'est dans le domaine des inventions que les Chinois firent preuve d'un talent exceptionnel. La poudre à canon, le papier, la gravure sur bois, la boussole (connue sous le nom d'"aiguille pointant vers le sud") sont quelques-unes des nombreuses inventions chinoises. Malgré leur immense créativité, il est ironique de constater que la vie industrielle chinoise ne connut aucun développement significatif entre la dynastie Han (206 av. J.-C.-220 ap. J.-C.) et la chute des Mandchous (1912).
Science mésoaméricaine
Les mathématiques et l'astronomie mésoaméricaines étaient d'une grande précision. La précision du calendrier maya était comparable à celle du calendrier égyptien (les deux civilisations fixaient l'année à 365 jours) et dès le 1er siècle de notre ère, les Mayas utilisaient le chiffre zéro comme valeur de remplacement dans leurs registres, plusieurs siècles avant que le zéro n'apparaisse dans la littérature européenne et asiatique.
En Mésoamérique, l'enregistrement du temps comprenait une période de 260 jours, appelée tzolkin "compte des jours" par les Mayas et tonalpohualli par les Aztèques. Cet intervalle était obtenu en combinant des cycles de 20 jours avec treize coefficients numériques (20 x 13 = 260). L'origine de cet intervalle se situerait autour du 6e siècle avant notre ère dans la région sud de la civilisation zapotèque, et il correspond à certains événements naturels importants: 260 est une bonne approximation de la période de gestation humaine et, à la latitude moyenne de la Mésoamérique, correspond parfaitement au cycle agricole. Les Mayas connaissaient également une période de 360 jours appelée tun, composée de cycles de 20 jours et de 18 mois (20 x 18 = 360). La plupart des calendriers mésoaméricains sont basés sur un tun plus un mois supplémentaire de cinq jours (360 + 5 = 365), ce qui est une bonne approximation du cycle solaire. Ce décompte régissait les fêtes, les cérémonies religieuses, les sacrifices, la vie professionnelle, les hommages et bien d'autres aspects de la vie religieuse, politique et sociale.
Les comptages de 260 et 365 jours étaient effectués simultanément et, tous les 52 ans, les points de départ des deux comptages coïncidaient, un événement appelé "cycle calendaire". Les codex aztèques suggèrent qu'à l'époque d'un cycle calendaire, on croyait que le monde risquait d'être détruit. C'est pourquoi les Aztèques organisaient alors un certain nombre de sacrifices et de cérémonies religieuses afin de contenter les dieux et d'assurer la pérennité du monde.
Les Mayas créèrent le plus long cycle du calendrier mésoaméricain en multipliant un tun par 20 (360 jours x 20 = 7 200 jours, ou un katun) et un katun par 20 (7 200 jours x 20 = 144 000 jours, ou un baktun). Le compte long maya était composé de 13 baktun (144 000 jours x 13 = 1 872 000 jours), soit 5 125,37 ans. Le point de départ du compte long maya est le 11 août 3114 avant notre ère et il s'est terminé le 21 décembre 2012 avant notre ère.
