Ernst Mach, le physicien des sensations

« Quand l’esprit humain, avec son pouvoir limité, tente de reproduire en lui-même la riche vie du monde, dont il est lui-même une petite partie, et dont il ne peut jamais espérer s’extraire, il a toutes les raisons de procéder économiquement. » ("La Nature économique de la recherche en physique").




Ce vendredi 19 février 2016 est honoré le physicien autrichien Ernst Mach qui est mort près de Munich il y a exactement cent ans, d’une paralysie à l’âge de 78 ans. Né en Autriche-Hongrie, Ernst Mach a suivi sa carrière scientifique à Vienne, à Graz, à Prague, puis de nouveau à Vienne. Il s’est penché sur plusieurs disciplines à la fois, mêlant physique, physiologie, psychologie et épistémologie.

Il n’a rien à voir avec le mot "machisme", mais son patronyme reste utilisé encore aujourd’hui. Tout le monde en effet connaît un peu Mach. On emploie ce terme pour annoncer le mur du son, quand un avion supersonique le franchit. Mach 1 correspond alors à la vitesse du son dans l’air, soit, dans les conditions de température et de pression ordinaires (à savoir 20°C et 1 bar) de l’ordre de 340 mètres par seconde (soit environ 1 224 kilomètres par heure).

Plus précisément, le nombre de Mach (appelé ainsi à partir de 1929) est le rapport de la vitesse d’un mobile dans un fluide sur la vitesse du son dans ce même fluide. Comme je viens de l’écrire, cette vitesse du son dépend de la température et de la pression. Si le fluide en question est un gaz dit parfait, alors cette vitesse du son est proportionnelle à la racine carrée de la température : plus la température est élevée, plus cette vitesse est grande. Ce qui est logique, puisque la température décrit le niveau de "mouvements" dans un milieu donné, le "zéro absolu" correspondant à la situation limite où plus aucune particule ne s’agite, plus rien ne bouge, à savoir à 0 kelvin ou –273,15°C (le record atteint expérimentalement est de 0,45 nanokelvin).


Rapide biographie

Né le 18 février 1838 près de Brno en Moravie (actuelle République tchèque), Ernst Mach suivit des études de physique et de mathématiques à l’Université de Vienne et a soutenu son doctorat de physique en 1860 sur les décharges électriques et l’induction.



Pendant qu’il donnait des cours de mathématiques à l’Université de Graz (de 1964 à 1867), puis de physique expérimentale à l’Université de Prague (de 1867 à 1895), il étudia l’effet Doppler, la propagation des ondes, l’optique, l’acoustique, en particulier les interférences, la diffraction, l’aérodynamique et l’hydrodynamique (ces deux dernières disciplines étant les sciences des mouvements dans l’air et dans l’eau), etc. Il fut aussi recteur de Prague de 1882 à 1884.

En 1895, ce fut la consécration, il fut nommé à l’Université de Vienne pour enseigner l’histoire et la théorie des sciences inductives, titre d’une nouvelle chaire, qu’il occupa jusqu’à sa retraite en 1901 (qu’il a prise tôt en raison d’une attaque cérébrale qu’il a eue en 1897 et qui l’immobilisa un moment, paralysé du côté droit). Il fut ensuite nommé l’équivalent de sénateur au Parlement autrichien après ses activités d’enseignement, et quitta Vienne pour Munich, chez son fils, en 1913.

Mach a publié de nombreux ouvrages scientifiques jusqu’à sa mort et a donné de nombreuses conférences populaires.


Résumé de ses principaux travaux scientifiques

Entre 1873 et 1893, Ernst Mach mit au point une méthode pour observer et photographier des projectiles et des ondes sonores pour étudier les mouvements supersoniques. C’est en 1877 qu’il publia son premier article sur la vitesse supersonique en décrivant les ondes de choc consécutives à un déplacement supersonique. C’est ainsi qu’un bruit se fait entendre lorsqu’un objet atteint la vitesse du son dans son milieu. C’est le cas des avions supersoniques, mais aussi des balles tirées d’une arme à feu dont le bruit provient de cet effet.

En 1886, Ernst Mach a publié son étude "L’Analyse des sensations : le rapport du physique au psychique" puis "La Science de la mécanique" en 1893 où il décrivait le "principe de Mach" qui fut l’un des éléments de réflexion cruciaux du physicien Albert Einstein pour concevoir sa théorie de la relativité générale. Enseignant la physique à des étudiants en médecine, il a réalisé une étude en collaboration avec des médecins et des physiologistes sur la psychologie de la perception et la psychophysiologie (vue, audition, pression sanguine), et Ernest Mach en concluait que l’inertie des masses n’était jamais absolue et dépendait des autres masses présentes dans l’univers, ce qui fut l’une des premières remises en cause de la mécanique newtonienne.

Concernant la perception des sens, dès 1865, Ernst Mach s’était penché sur ce qu’on appelle aujourd’hui les "bandes de Mach" qui sont une illusion d’optique, l’œil croyant percevoir des bandes de teintes différentes à la frontière entre deux teintes contrastées, alors que ces bandes n’existent en fait pas.

Ernst Mach a également touché à l’épistémologie dans "La Connaissance et l’erreur" (publié en 1905) où il a appliqué la théorie de l’évolution de Charles Darwin à la philosophie des sciences. Ernst Mach a ainsi estimé que la science est « un problème de minimum qui consiste à exposer les faits aussi parfaitement que possible avec la moindre dépense intellectuelle ». En ce sens, il a introduit un concept d’économie et d’optimisation dans le développement des sciences.



Mais ce fut aussi avec ces idées qu’Ernst Mach refusa la conception de la matière divisée en atomes, car il trouvait que les atomes imaginés ainsi, invisibles à l’œil nu ou même avec des instruments optiques classiques, ne correspondaient pas au principe économique qu’il avait énoncé. En ce sens, il s’est opposé à l’un des génies de la théorie des gaz, le physicien autrichien Ludwig Boltzmann (1844-1906) dont il partageait pourtant le pragmatisme et l’approche évolutionniste. Dans ses "Prolégomènes à la logique pure" (1900), l’ouvrage fondateur de la phénoménologie, le philosophe autrichien Edmund Husserl (1859-1938) a consacré un chapitre à la philosophie développée par Ernst Mach.


La philosophie de la connaissance selon Mach

Sabine Plaud, agrégée et docteur en philosophie à la Sorbonne, a évoqué, dans une publication, la philosophie de Mach dans ces termes : « Les constituants ultimes de la réalité ne sont rien d’autre que les données premières de la perception, de sorte que l’ontologie de Mach peut être considérée comme une forme de phénoménisme selon lequel "le monde n’est constitué que de nos sensations". Un tel phénoménisme semble bien appuyer une lecture subjectiviste ou solipsiste de la pensée machienne. Si, en effet, la réalité n’est rien de plus qu’un phénomène, alors il n’y a rien de tel qu’un monde objectif ou indépendant du sujet. On peut rappeler, par exemple, cette célèbre critique adressée par Lénine à Mach dans son ouvrage intitulé "Matérialisme et empiriocriticisme", critique par laquelle il reproche à Mach d’avoir dissimulé une régression vers une métaphysique idéaliste sous le masque d’un programme positiviste et matérialiste. » (15 novembre 2007).

Dans une autre publication, Olivier Lahbib, agrégé et docteur en philosophie à Poitiers, a lui aussi décrit la philosophie de Mach : « La différence principielle entre la théorie de la connaissance de Husserl et de Mach consiste justement dans la définition du phénomène, ou plutôt dans le statut d’objectivité du phénomène. Donné passif, le phénomène dans la philosophie transcendantale (nous entendons ici le sens kantien) ne possède pas la puissance de se hisser de lui-même à la connaissance, tandis que le phénomène chez Mach est sensation, au sens précis que Mach donne à la sensation : la sensation n’est pas seulement ce qui est vécu par un sujet sentant, la sensation est aussi l’élément, ce en quoi toute expérience phénoménale se décompose. La science décrit le réel en étudiant les liaisons établies entre eux ; l’élément permet de qualifier la sensation sous sa face objective. La sensation a donc deux faces, d’un côté, elle est subjective, mais de l’autre, elle définit la réalité sensible, mesurable et effective, elle est l’élément. Ce concept permet à Mach de répondre au problème récurrent de la chose en soi. La sensation n’est plus l’impression provoquée sur un sujet par le donné extérieur. Cette configuration de la sensation nous renvoie encore à l’hypothèse d’une réalité existant en soi, qui comme telle serait inaccessible, mais seulement donnée pour nous sous la forme relative de la sensation et de sa validité subjective. Si la sensation ne vaut pas de façon objective, la seule objectivité originelle revient à la chose en soi, et le processus de la connaissance ne parviendra jamais à établir une forme d’objectivité non relative. La définition du phénomène doit forcément pour ces raisons enfermer l’objectivité de la sensation, ce qui veut dire que le sensible a une valeur épistémologique propre : la connaissance commence dans le fait de la perception. La relativité de la sensation, comme les illusions de la sensation, ne sont plus des arguments qu’il faudrait évoquer pour rejeter sa valeur épistémologique. Précisément Mach inverse les codes habituels de la connaissance : la connaissance n’est pas une démarche artificielle qui viendrait qualifier le donné ; elle est attachée à sa forme d’existence et de donation. (…) Le plan d’existence de la sensation recouvre celui du savoir. » (20 février 2004).

« En réalité, une loi contient moins que le fait lui-même, parce qu’elle ne reproduit pas le fait dans son ensemble mais seulement dans son aspect qui est le plus important à nos yeux, le reste étant ignoré intentionnellement ou par nécessité. » (Mach dans "La Nature économique de la recherche en physique").


Aussi sur le blog.

Sylvain Rakotoarison (19 février 2016)
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Pour aller plus loin :
Karl Popper.
Emmanuel Levinas.
Hannah Arendt.
Paul Ricœur.
Albert Einstein.
La relativité générale.
Bernard d’Espagnat.
Niels Bohr.
Paul Dirac.
François Jacob.
Maurice Allais.
Luc Montagnier.




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