19e siècle en sciences - 19th century in science

Le XIXe siècle scientifique a vu naître la science en tant que profession ; le terme scientifique a été inventé en 1833 par William Whewell , qui a rapidement remplacé l'ancien terme de philosophe (naturel).

Parmi les idées les plus influentes du XIXe siècle se trouvaient celles de Charles Darwin (aux côtés des recherches indépendantes d' Alfred Russel Wallace ), qui en 1859 publia le livre On the Origin of Species , qui introduisit l'idée d' évolution par sélection naturelle . Un autre jalon important en médecine et en biologie a été les efforts fructueux pour prouver la théorie des germes de la maladie . Suite à cela, Louis Pasteur fit le premier vaccin contre la rage , et fit également de nombreuses découvertes dans le domaine de la chimie, notamment l' asymétrie des cristaux . En chimie, Dmitri Mendeleev , suivant la théorie atomique de John Dalton , créa le premier tableau périodique des éléments . En physique, les expériences, théories et découvertes de Michael Faraday , Andre-Marie Ampere , James Clerk Maxwell et leurs contemporains ont conduit à la création de l' électromagnétisme en tant que nouvelle branche de la science. La thermodynamique a permis de comprendre la chaleur et la notion d'énergie a été définie.

Parmi les autres faits saillants, citons les découvertes dévoilant la nature de la structure et de la matière atomiques, en même temps que la chimie, et de nouveaux types de rayonnement. En astronomie, la planète Neptune a été découverte. En mathématiques, la notion de nombres complexes a finalement mûri et a conduit à une théorie analytique ultérieure; ils ont également commencé à utiliser des nombres hypercomplexes . Karl Weierstrass et d'autres ont effectué l' arithmétisation de l'analyse pour les fonctions de variables réelles et complexes . Il a également vu naître de nouveaux progrès en géométrie au-delà des théories classiques d'Euclide, après une période de près de deux mille ans. La science mathématique de la logique a également connu des percées révolutionnaires après une période de stagnation tout aussi longue. Mais l'étape la plus importante de la science à cette époque était les idées formulées par les créateurs de la science électrique. Leurs travaux ont changé le visage de la physique et rendu possible l'apparition de nouvelles technologies telles que l'énergie électrique, la télégraphie électrique, le téléphone et la radio.

Mathématiques

Tout au long du XIXe siècle, les mathématiques sont devenues de plus en plus abstraites. Carl Friedrich Gauss (1777-1855) incarne cette tendance. Il a fait des travaux révolutionnaires sur les fonctions de variables complexes , en géométrie , et sur la convergence des séries , laissant de côté ses nombreuses contributions à la science. Il a également donné les premières preuves satisfaisantes du théorème fondamental de l'algèbre et de la loi de réciprocité quadratique . Son volume de 1801 Disquisitiones Arithmeticae a jeté les bases de la théorie moderne des nombres.

Comportement des droites de perpendiculaire commune à chacun des trois types de géométrie

Ce siècle a vu le développement des deux formes de géométrie non-euclidienne , où le postulat parallèle de la géométrie euclidienne ne tient plus. Le mathématicien russe Nikolai Ivanovich Lobatchevsky et son rival, le mathématicien hongrois János Bolyai , ont indépendamment défini et étudié la géométrie hyperbolique , où l'unicité des parallèles ne tient plus. Dans cette géométrie, la somme des angles d'un triangle est inférieure à 180°. La géométrie elliptique a été développée plus tard au 19ème siècle par le mathématicien allemand Bernhard Riemann ; ici aucun parallèle ne peut être trouvé et les angles d'un triangle totalisent plus de 180°. Riemann a également développé la géométrie riemannienne , qui unifie et généralise largement les trois types de géométrie.

Le 19ème siècle a vu le début d'une grande partie de l'algèbre abstraite . Hermann Grassmann en Allemagne a donné une première version des espaces vectoriels , William Rowan Hamilton en Irlande a développé l' algèbre non commutative . Le mathématicien britannique George Boole a conçu une algèbre qui a rapidement évolué vers ce qu'on appelle maintenant l'algèbre de Boole , dans laquelle les seuls nombres étaient 0 et 1. L'algèbre de Boole est le point de départ de la logique mathématique et a d'importantes applications en informatique .

Augustin-Louis Cauchy , Bernhard Riemann et Karl Weierstrass ont reformulé le calcul de manière plus rigoureuse.

Aussi, pour la première fois, les limites des mathématiques ont été explorées. Niels Henrik Abel , un Norvégien, et Évariste Galois , un Français, ont prouvé qu'il n'existe pas de méthode algébrique générale pour résoudre des équations polynomiales de degré supérieur à quatre ( théorème d'Abel-Ruffini ). D'autres mathématiciens du 19ème siècle ont utilisé cela dans leurs preuves que la règle et la boussole seules ne sont pas suffisantes pour couper un angle arbitraire , pour construire le côté d'un cube deux fois le volume d'un cube donné, ni pour construire un carré égal en surface à un donné cercle. Les mathématiciens avaient vainement tenté de résoudre tous ces problèmes depuis l'époque des Grecs anciens. D'autre part, la limitation des trois dimensions en géométrie a été dépassée au 19ème siècle grâce à des considérations d' espace des paramètres et des nombres hypercomplexes .

À la fin du XIXe siècle, Georg Cantor a établi les premiers fondements de la théorie des ensembles , qui a permis le traitement rigoureux de la notion d'infini et est devenu le langage commun de presque toutes les mathématiques. La théorie des ensembles de Cantor et la montée de la logique mathématique entre les mains de Peano , LEJ Brouwer , David Hilbert , Bertrand Russell et AN Whitehead , ont lancé un long débat sur les fondements des mathématiques .

Le XIXe siècle a vu la fondation de plusieurs sociétés mathématiques nationales : la London Mathematical Society en 1865, la Société Mathématique de France en 1872, la Edinburgh Mathematical Society en 1883, le Circolo Matematico di Palermo en 1884 et l' American Mathematical Society en 1888. La première société internationale d'intérêt spécial, la Société du Quaternion , est formée en 1899, dans le contexte d'une controverse sur les vecteurs .

La physique

Michel Faraday
(1791-1867)

En 1800, Alessandro Volta inventa la pile électrique (dite pile voltaïque ) et améliora ainsi la manière dont les courants électriques pouvaient également être étudiés. Un an plus tard, Thomas Young démontra la nature ondulatoire de la lumière, fortement soutenue expérimentalement par les travaux d' Augustin-Jean Fresnel, et le principe d'interférence. En 1813, Peter Ewart a soutenu l'idée de la conservation de l'énergie dans son article Sur la mesure de la force en mouvement . En 1820, Hans Christian Ørsted a découvert qu'un conducteur porteur de courant engendre une force magnétique qui l'entoure, et moins d'une semaine après la découverte d'Ørsted en France, André-Marie Ampère a découvert que deux courants électriques parallèles exerceraient des forces l'un sur l'autre. En 1821, William Hamilton a commencé son analyse de la fonction caractéristique de Hamilton. En 1821, Michael Faraday a construit un moteur électrique, tandis que Georg Ohm a énoncé sa loi de résistance électrique en 1826, exprimant la relation entre la tension, le courant et la résistance dans un circuit électrique. Un an plus tard, le botaniste Robert Brown découvre le mouvement brownien : des grains de pollen dans l'eau subissent un mouvement résultant de leur bombardement par les atomes ou molécules en mouvement rapide dans le liquide. En 1829, Gaspard Coriolis introduisit les termes de travail (force multipliée par distance) et d'énergie cinétique avec le sens qu'ils ont aujourd'hui.

En 1831, Faraday (et indépendamment Joseph Henry ) a découvert l'effet inverse, la production d'un potentiel ou courant électrique par magnétisme – connu sous le nom d'induction électromagnétique ; ces deux découvertes sont à la base du moteur électrique et du générateur électrique, respectivement. En 1834, Carl Jacobi a découvert ses ellipsoïdes auto-gravitationnels à rotation uniforme (l' ellipsoïde de Jacobi ). En 1834, John Russell a observé une vague d'eau solitaire non décroissante ( soliton ) dans le canal Union près d' Édimbourg et a utilisé un réservoir d'eau pour étudier la dépendance de la vitesse des vagues d'eau solitaire sur l'amplitude et la profondeur de l'eau. En 1835, William Hamilton énonça les équations canoniques du mouvement de Hamilton . La même année, Gaspard Coriolis examine théoriquement le rendement mécanique des roues hydrauliques, et en déduit l' effet Coriolis . En 1841, Julius Robert von Mayer , un scientifique amateur, écrivit un article sur la conservation de l'énergie mais son manque de formation académique entraîna son rejet. En 1842, Christian Doppler proposa l' effet Doppler . En 1847, Hermann von Helmholtz a formellement énoncé la loi de conservation de l'énergie. En 1851, Léon Foucault montra la rotation de la Terre avec un énorme pendule ( pendule de Foucault ).

Il y a eu d'importants progrès en mécanique des milieux continus dans la première moitié du siècle, à savoir la formulation de lois d'élasticité pour les solides et la découverte des équations de Navier-Stokes pour les fluides.

Lois de la thermodynamique

Informations complémentaires : Histoire de la thermodynamique
William Thomson (Lord Kelvin)
(1824-1907)

Au 19ème siècle, le lien entre la chaleur et l'énergie mécanique a été établi quantitativement par Julius Robert von Mayer et James Prescott Joule , qui ont mesuré l'équivalent mécanique de la chaleur dans les années 1840. En 1849, Joule a publié les résultats de sa série d'expériences (y compris l'expérience de la roue à aubes) qui montrent que la chaleur est une forme d'énergie, un fait qui a été accepté dans les années 1850. La relation entre la chaleur et l'énergie était importante pour le développement des machines à vapeur, et en 1824 les travaux expérimentaux et théoriques de Sadi Carnot ont été publiés. Carnot a capturé certaines des idées de la thermodynamique dans sa discussion sur l'efficacité d'un moteur idéalisé. Les travaux de Sadi Carnot ont fourni une base pour la formulation de la première loi de la thermodynamique - une réaffirmation de la loi de conservation de l'énergie - qui a été énoncée vers 1850 par William Thomson , plus tard connu sous le nom de Lord Kelvin, et Rudolf Clausius . Lord Kelvin, qui avait étendu le concept de zéro absolu des gaz à toutes les substances en 1848, s'est inspiré de la théorie de l'ingénierie de Lazare Carnot , Sadi Carnot et Émile Clapeyron - ainsi que de l'expérimentation de James Prescott Joule sur l'interchangeabilité de la mécanique, formes de travail chimiques, thermiques et électriques - pour formuler la première loi.

Kelvin et Clausius ont également énoncé la deuxième loi de la thermodynamique , qui a été formulée à l'origine en fonction du fait que la chaleur ne s'écoule pas spontanément d'un corps plus froid vers un corps plus chaud. D'autres formulations ont rapidement suivi (par exemple, la deuxième loi a été exposée dans l' ouvrage influent de Thomson et Peter Guthrie Tait , Treatise on Natural Philosophy ) et Kelvin en particulier a compris certaines des implications générales de la loi. La deuxième loi était l'idée que les gaz sont constitués de molécules en mouvement avait été discutée en détail par Daniel Bernoulli en 1738, mais était tombée en disgrâce, et a été reprise par Clausius en 1857. En 1850, Hippolyte Fizeau et Léon Foucault ont mesuré la vitesse de la lumière dans l'eau et constate qu'elle est plus lente que dans l'air, à l'appui du modèle ondulatoire de la lumière. En 1852, Joule et Thomson ont démontré qu'un gaz en expansion rapide refroidit, appelé plus tard effet Joule-Thomson ou effet Joule-Kelvin. Hermann von Helmholtz avance l'idée de la mort thermique de l'univers en 1854, l'année même où Clausius établit l'importance de dQ/T ( théorème de Clausius ) (bien qu'il ne nomme pas encore la quantité).

James Clerk Maxwell

James Clerk Maxwell
(1831-1879)

En 1859, James Clerk Maxwell découvrit la loi de distribution des vitesses moléculaires . Maxwell a montré que les champs électriques et magnétiques se propagent vers l'extérieur à partir de leur source à une vitesse égale à celle de la lumière et que la lumière est l'un des nombreux types de rayonnement électromagnétique, ne différant que par la fréquence et la longueur d'onde des autres. En 1859, Maxwell a élaboré les mathématiques de la distribution des vitesses des molécules d'un gaz. La théorie ondulatoire de la lumière était largement acceptée à l'époque des travaux de Maxwell sur le champ électromagnétique, et par la suite l'étude de la lumière et celle de l'électricité et du magnétisme étaient étroitement liées. En 1864, James Maxwell a publié ses articles sur une théorie dynamique du champ électromagnétique et a déclaré que la lumière est un phénomène électromagnétique dans la publication de 1873 du Traité de Maxwell sur l'électricité et le magnétisme . Ce travail s'est inspiré des travaux théoriques de théoriciens allemands tels que Carl Friedrich Gauss et Wilhelm Weber . L'encapsulation de la chaleur dans le mouvement des particules et l'ajout de forces électromagnétiques à la dynamique newtonienne ont établi un fondement théorique extrêmement solide pour les observations physiques.

La prédiction que la lumière représentait une transmission d'énergie sous forme d'onde à travers un " éther luminifère " , et la confirmation apparente de cette prédiction avec la détection de rayonnement électromagnétique par Heinrich Hertz , étudiant de Helmholtz en 1888 , a été un triomphe majeur pour la théorie physique et a soulevé la possibilité que des théories encore plus fondamentales basées sur le domaine pourraient bientôt être développées. La confirmation expérimentale de la théorie de Maxwell a été fournie par Hertz, qui a généré et détecté des ondes électriques en 1886 et vérifié leurs propriétés, préfigurant en même temps leur application à la radio, à la télévision et à d'autres appareils. En 1887, Heinrich Hertz découvre l' effet photoélectrique . La recherche sur les ondes électromagnétiques a commencé peu de temps après, avec de nombreux scientifiques et inventeurs menant des expériences sur leurs propriétés. Entre le milieu et la fin des années 1890, Guglielmo Marconi a développé un système de télégraphie sans fil basé sur les ondes radio (voir invention de la radio ).

La théorie atomique de la matière avait été de nouveau proposée au début du 19ème siècle par le chimiste John Dalton et est devenue l'une des hypothèses de la théorie cinétique-moléculaire des gaz développée par Clausius et James Clerk Maxwell pour expliquer les lois de la thermodynamique. La théorie cinétique a conduit à son tour à la mécanique statistique de Ludwig Boltzmann (1844-1906) et Josiah Willard Gibbs (1839-1903), qui soutenaient que l'énergie (y compris la chaleur) était une mesure de la vitesse des particules. En mettant en relation la vraisemblance statistique de certains états d'organisation de ces particules avec l'énergie de ces états, Clausius a réinterprété la dissipation d'énergie comme étant la tendance statistique des configurations moléculaires à passer vers des états de plus en plus probables, de plus en plus désorganisés (inventant le terme « entropie » pour décrire la désorganisation d'un État). Les interprétations statistiques versus absolues de la deuxième loi de la thermodynamique ont mis en place un conflit qui durera plusieurs décennies (produisant des arguments tels que " le démon de Maxwell "), et qui ne sera considéré comme définitivement résolu que lorsque le comportement des atomes sera fermement établi. au début du 20e siècle. En 1902, James Jeans a trouvé l'échelle de longueur requise pour que les perturbations gravitationnelles se développent dans un milieu statique presque homogène.

Chimie

En chimie, Dmitri Mendeleev , suivant la théorie atomique de John Dalton , créa le premier tableau périodique des éléments .

Ingénierie et technologie

Thomas Edison était un inventeur, scientifique et homme d'affaires américain qui a développé de nombreux appareils qui ont grandement influencé la vie dans le monde, notamment le phonographe , la caméra cinématographique et une ampoule électrique longue durée et pratique .
Premier autocar de l'histoire : le Benz Omnibus, construit en 1895 pour la compagnie de bus Netphener

Biologie et médecine

Voir aussi : Histoire de la paléontologie

En 1859, Charles Darwin publia le livre L'origine des espèces , qui introduisit l'idée d' évolution par sélection naturelle .
Oscar Hertwig publie ses découvertes en biologie de la reproduction et du développement. En 1875, il publie son premier ouvrage, étant le premier à décrire correctement la conception animale . Dans ses travaux ultérieurs en 1885, il décrivit que le noyau contenait de la nucléine (maintenant appelée acide nucléique ) et que ces nucléines étaient responsables de la transmission des caractéristiques héréditaires.

Médicament

Sciences sociales

Personnes

La liste des scientifiques importants du XIXe siècle comprend :

Les références