Parallèlement à l'astronomie, Galilée s'intéressa de près aux questions de mécanique et de cinématique, essayant de comprendre les raisons pour lesquelles un corps se déplaçait et notamment l'influence de la masse ou du poids sur la chute des corps.

En 1581, à 17 ans, après 4 années d'études dans un monastère Jésuite, et une brève inscription comme moine novice rapidement rayée, Galilée entre à l'université de Pise pour y poursuivre des études de médecine conformément aux souhaits de son père. Trois ans plus tard, en 1584, il observa une lanterne se balancer dans la cathédrale et se mis à mesurer sa période.

Par curiosité il refit l'expérience avec des pendules de différentes longueurs et de poids différents. Il constate que leur période est toujours identique, indépendante de l'amplitude et ne dépend que de la longueur du fil. Personne n'avait jamais observé ce phénomène, ce qui rendit le jeune élève immédiatement célèbre. Malheureusement il s'ennuyait aux cours et malgré des cours de rattrapage en mathématiques qui lui donna le mathématicien de la Court du Grand-Duc de Toscane, il ne réussit pas à obtenir son diplôme et quitta l'Université de Pise.

Pour gagner sa vie, il donna des cours privés de mathématiques aux jeunes étudiants et continua à réaliser différentes expériences, s'intéressant à la flottaison des objets et au fonctionnement de la balance. C'est ainsi qu'il découvrit qu'à l'aide d'une balance il pouvait dire qu'une pièce d'or était 19.3 fois plus massive que le même volume d'eau.

Enfin Galilée se décida à prendre son destin en main et visa une place de mathématicien auprès d'une université. En répondant à un concours que nous jugerions surréaliste sur l'Enfer de Dante, Galilée obtient un contrat de trois ans avec... l'Université de Pise, celle-là même qui lui refusa son diplôme !

La légende raconte que Galilée se décida à trancher la question de la chute des corps en profitant de la Tour de Pise haute de 54 mètres, pour y lancer différents poids du haut de la tour et en mesurant leur temps de chute. S'il n'a jamais réalisé cette expérience du haut de la Tour penchée mais probablement depuis une tour de Padoue, il découvrit que tous les poids arrivèrent au sol dans le même temps. La conclusion était définitive, Aristote s'était trompé.

Pendant qu'il était à l'université, des questions seront débattues autour de certaines lois d'Aristote, notamment le fait de savoir si les corps lourds tombent réellement plus rapidement que les corps légers. En cette matière, ici aussi les paroles des Anciens étaient considérées jusqu'alors comme "parole d'évangile".

Galilée découvrit en même temps que la vitesse d'un corps en chute est proportionnelle au temps (v=e/t) et, contrairement à notre intuition, indépendante de son poids. Dans son esprit, une plume ou une masse en plomb tombant dans le vide subissent donc la même accélération et doivent toucher le sol en même temps. 

Bien que l'expérience de Galilée était convaincante, encore aujourd'hui nous avons du mal à croire qu'un lingot de plomb et une plume peuvent tombent avec la même accélération et arriver en même temps au sol ! Mais comme Aristote, tant qu'on ne fait pas l'expérience, on ne le saura jamais et, se fiant à notre intuition, notre conclusion posée a priori, est une nouvelle fois totalement fausse : il faut le répéter, un lingot de plomb et une plume lâcher ensemble du même niveau arrivent toujours en même temps au sol. Galilée a raison ! En voulez-vous une preuve ? En voici une très convaincante.

L'expérience de la plume et du marteau d'Apollo 15

Ce fait est si paradoxal qu'il fallut encore le prouver récemment aux incrédules au cours de la mission Apollo 15 ! En 1971 en effet, les astronautes américains David Scott et James Irwin séjournèrent sur la Lune près des monts Hadley durant 64 heures, y roulèrent en 4x4 et firent diverses expériences tandis qu'Alfred Worden les attendait en orbite. Les commentaires durant l'EVA étaitent transmis à terre au CapCom Joseph P.Allen.

Juste avant la fin de la mission, devant les caméras, Scott prit en main une plume et un marteau, se demandant si la loi de Galilée sur la chute des corps serait vérifiée. Voici la transcription de cette expérience tout à la fois ordinaire et hors du commun enregistrée entre H+167:22:06 et H+167:22:58 :

- Scott : Bien, dans ma main gauche, j'ai une plume, dans ma main droite, un marteau. Et je parie que l'une des raisons pour lesquelles nous sommes ici aujourd'hui c'est parce qu'un gentleman appelé Galilée, il y a un longtemps, a fait une découverte plutôt significative au sujet de la chute des corps dans le champs de gravité. Et nous avons pensé qu'il n'y avait pas de meilleur endroit pour confirmer ses résultats que sur la Lune.

[la caméra effectue un zoom sur le marteau et la plume puis prend du recul pour filmer l'expérience]

- Scott : Et ainsi nous avons pensé que nous devions la tenter pour vous. La plume s'avère justement être, à propos, une plume de faucon pour notre Falcon [nom de leur module lunaire]. Et je vais les laisser tomber tous les deux et, je l'espère, ils toucheront le sol en même temps [Pause]

Avant, pendant et après la chute de la plume et du marteau. Voici le film correspondant (AVI de 2.1 MB ou MPEG de 6.4 MB) ainsi que la transcription originale de cette action. Documents NASA.

[Dave prend la plume et le marteau entre respectivement le pouce et l'index de ses mains gauche et droite, et lève ses coudes vers le haut et l'extérieur. Il lâche le marteau et la plume simultanément et retire ses mains du champ. Le marteau et la plume tombent côte à côte et frappent le sol pratiquement au même instant. Et de fait, les deux objets subissant la même accélération, ils arrivèrent ensemble au sol 1.2 sec plus tard. En analysant les images, on peut également estimer l'accélération de la force de pesanteur lunaire à hauteur d'épaule de Scott à environ 1.63m/s²]

- Scott : Que dites-vous de ça !

- Allen : Que dites-vous ça ! [Applaudissement à Houston]

- Scott : Ce qui prouve que Mr. Galilée avait trouvé les bons résultats. [Pause]

- Allen : Superbe !

Des expériences au Discours

Si cette expérience est concluante Galilée aurait été bien en peine de la reproduire. Si vous dites quelque chose comme cela aujourd'hui en prouvant qu'un homme illustre s'est trompé, vous obtiendrez certainement un contrat à vie dans une université, à condition bien entendu de publier vos résultats, en démontrant à travers une théorie, une analyse mathématique, que cette personne s'est trompé.

Galilée n'avait pas encore d'explication à proposer et ne put donc pas publier ses résultats. A la place il injuriait les collègues qui s'opposaient à ses thèses, ce qui fut très mal apprécié par la direction de la Faculté. Elle décida de ne pas renouveler le contrat de Galilée.

Grâce à ses relations, Galilée finit par obtenir un contrat avec l'Université de Padoue. Il s'y plaisa bien jusqu'à la mort de son père en 1593. Galilée avait à présent charge de famille et avait payé la dot de l'une de ses soeurs, une somme dix fois supérieure à son humble salaire. Endetté, il savait que s'il rentrait à Florence il serait immédiatement mis en prison.

Pour s'en sortir il fabriqua divers instruments qu'il mit en vente : un thermomètre rudimentaire et une boussole militaire en 1596 qui eut beaucoup de succès, y compris sa version civile fabriquée l'année suivante. Cela lui permit d'avoir suffisamment d'argent et rentrer dans ses frais. Et il en avait encore plus besoin qu'avant car non seulement il devait faire vivre sa femme et ses trois enfants mais également entretenir une maîtresse de 21 ans aux moeurs légères.

Après avoir inventé la lunette astronomique en 1609, l'année suivante Galilée voulut trancher la question du mouvement des corps et reprit le problème à zéro. Rapidement il pose sa première loi : "En un même lieu et pour tous les corps, l'accroissement de la vitesse en fonction du temps est constant ", e = vt

Quelques temps plus tard, en laissant rouler des boules en bronze sur des plans différemment inclinés, il découvre le mouvement continu et uniformément accéléré : "les espaces parcourus sont proportionnels aux carrés des temps et les espaces parcourus en chute libre pendant des temps égaux sont comme les nombres impairs à partir de l'unité".

Mais sa théorie est incomplète et en 1615 il comprend que c’est à un instant donné de la chute que l’accélération est proportionnelle au temps écoulé depuis le début de celle-ci. Galilée venait de découvrir la Loi de la "chute des corps" dont Newton fera également usage avec le succès que l'on sait : e = 1/2 gt².

Les années s'écoulèrent. Galilée continua à enseigner la géométrie et les mathématiques, à pratiquer l'astronomie et à s'intéresser à la mécanique.

Un jour, un enfant passant sur le sentier qui longeait la villa de Galilée entendit un bruit infernal et inhabituel émaner de son habitation. Curieux, l'enfant monta sur la terrasse et s'approcha du maître en silence. Il vit l'astronome affairé autour d'une construction très bruyante faisant, semblait-il, rouler des boules sur un plan incliné. Le vacarme provenait des boules en cuivre qui roulaient sur la terrasse au bout de la pente. Galilée tentait de mesurer la force de gravité et la vitesse de chute des corps constitués de différentes matières ou de différentes masses. L'expérience était tellement bruyante que cela amusait l'enfant. Mais il comprit qu'il ne s'agissait pas d'un jeu et observa le maître un instant travailler sans oser le déranger. Après un moment d'hésitation, il tira sur la veste du professeur. Scusa Maestro dit l'enfant, pourquoi la Terre n'est plus au centre du monde ? Le vieux professeur s'émut et éprouva du mal à retenir ses larmes; la nouvelle génération cherchait à comprendre ses idées. C'était merveilleux. Galilée y vit un signe du destin. Comme un météore surgit de nulle part, cet enfant était le signe annonciateur d'un grand changement. Il savait à présent que bientôt le monde lui serait acquis et qu'il pourrait s'en aller le devoir acompli. Il ne se trompait pas..

Malade et aveugle depuis peu, Galilée s'éteignit à Florence le 8 janvier 1642 à l'âge de 78 ans. Malgré ce handicap il nous quitta en ayant préservé toute sa force de conviction, après avoir profondément marqué son époque. Il fut enterré sans cérémonie par ordre du Pape Urbain VIII en l'église de Santa Croce à Florence et ne recevra une sépulture correcte qu'en 1726. Sur son mausolée on peut lire cette épitaphe, "Eppur si muove" (Et pourtant elle tourne), le résumé de toute sa vie.

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