THÉORIE ET OBSERVATION :      

      COMPLÉMENTAIRES ET INDÉPENDANTES ! !      




Pour que la théorie et l'observation entretiennent des rapports fructueux, chacune doit conserver son indépendance.


Christian Magnan
Collège de France, Paris
Université de Montpellier II


La connaissance du monde physique suppose l'établissement d'une relation entre les activités observationnelles d'une part et les modélisations théoriques d'autre part. Or, je tiens beaucoup à cette idée que dans cette relation chacun de ces deux domaines en présence, l'expérimental et le théorique, se revendique autonome, leur indépendance constituant pour la recherche une condition sine qua non de fécondité.

À cet égard les exemples astronomiques sont particulièrement probants. J'en choisis un, celui de la découverte de l'expansion de l'Univers.

Einstein découvrit l'expansion de l'univers dans les équations de la théorie de la gravitation qu'il avait développée, donc comme solution d'un problème mathématique. Mais, fait à souligner, Einstein ne cherchait pas cette expansion, loin de là !

À l'époque ce phénomène ne pouvait que heurter profondément le sens commun. Einstein lui-même, dont l'esprit était aussi très éloigné d'une telle conception du monde, estima inacceptable la solution obtenue, la jugeant à tort déraisonnable, et alla jusqu'à introduire subrepticement dans ses formules un terme idoine, tout à fait arbitraire, dans le seul but de supprimer cette indésirable expansion (il s'agit de la fameuse « constante cosmologique notée Λ »). Par la suite Einstein regrettera son geste en le qualifiant de « plus grande sottise de sa carrière » mais il conservera longtemps un certain malaise vis-à-vis du caractère non-statique de l'Univers.

Une dizaine d'années plus tard, Hubble « vérifiait » à sa façon l'expansion prédite.

En un sens, lui non plus ne cherchait pas cette fameuse expansion même si avec la publication des travaux d'Einstein, de Friedmann et Lemaître l'idée d'un univers dynamique pouvait affleurer progressivement. Simplement, effectuant des mesures de décalages spectraux, il constata que toutes les galaxies semblaient fuir la nôtre (sauf notre voisine, la galaxie d'Andromède, qui fonce vers nous à la vitesse de 35 kilomètres par seconde) et qu'en outre les plus lointaines s'en éloignaient le plus rapidement (selon la loi qui porte son nom).

La théorie formelle - disons Einstein pour simplifier - d'un côté; l'observation - disons Hubble - de l'autre ! Le premier n'a pas cherché à interpréter brutalement des observations : il a créé sa théorie de toutes pièces, ou du moins en oubliant les problèmes concrets qui avaient constitué le point de départ de sa réflexion. Le second n'a pas cherché à tester la validité d'une théorie : il se proposait de mesurer, le plus soigneusement possible, aux limites de l'accessible, sans idée préconçue (mais quand même avec des buts avoués).

Ajoutons immédiatement que l'indépendance entre théorie et observation que je prône n'est évidemment féconde que si un échange s'opère au moment opportun. Quoiqu'autonomes, les observations seules n'ont aucune valeur intrinsèque, les théories seules non plus. Les unes n'en acquièrent que face aux autres. Il faut donc saluer ici cette coïncidence idéale entre l'achèvement de la théorie et la réussite de l'observation. Idéale car sans la théorie disponible, l'observation de Hubble restait dénuée de signification et sans la confirmation de l'observation, la théorie d'Einstein demeurait pure chimère (comme l'ont d'ailleurs montré les réticences à l'accepter).

D'ailleurs cette heureuse conjonction entre expérience et théorie n'est pas toujours réalisée : la science connaît des situations d'échec lorsqu'elle se trouve confrontée à la faiblesse d'une théorie coupée de l'expérience ou, à l'inverse, à la relative inutilité de faits observationnels sans interprétation.

Les trous noirs sont un assez bon exemple de la première situation. Alors qu'ils constituent l'un des fleurons des théories actuelles, l'observation reste assez discrète à leur sujet car aucun fait vraiment convaincant n'est là pour donner consistance à ce qui reste encore une vue de l'esprit. Que les astrophysiciens ne donneraient-ils pas en échange de la découverte irréfutable d'un véritable spécimen ! Certes on ne s'attend pas à « voir » directement l'objet convoité puisqu'un trou noir, ne laissant échapper aucune lumière, est par nature invisible, mais on peut espérer détecter sa présence par ses effets dévastateurs sur son environnement.

Au chapitre des faits expérimentaux privés de cadre d'interprétation, j'avancerai l'exemple des quasars, sortes de galaxies très lumineuses mais si compactes qu'on les compare par leur aspect à des étoiles. D'où leur nom de « quasar » comme abréviation de quasi stellar radiosource. Or, malgré leur célébrité, ces corps célestes monstrueux restent passablement encombrants pour la théorie car les observations se révèlent indéchiffrables. Il faut dire que ces objets sont sans doute liés d'une façon ou d'une autre à la formation des galaxies et que le chapitre de l'astronomie consacré à la fabrication des condensations de matière (planètes, étoiles ou galaxies) est l'un des plus mal compris.

Pour conclure, je ne prétends pas qu'il faille abandonner les observations des quasars ou interrompre les recherches théoriques sur les trous noirs, mais il est bon, d'une manière générale, de ne pas méconnaître la nécessaire complémentarité de ces deux démarches d'observation et de réflexion, chacune attendant avec impatience le schéma, théorique ou expérimental selon le cas, qui lui donnera un sens.

À ce stade, je défends une autre idée-force : pour être véridique et non factice, cette relation entre théorie et expérience ne doit pas être obtenue artificiellement, par exemple en forçant un modèle à s'adapter aux données observationnelles au prix du simple ajustement de paramètres introduits pour les besoins de la cause.


Version revue, corrigée et enrichie
du livre de Christian Magnan
La nature sans foi ni loi,
Éditions Belfond/Sciences (1988)
Dernière modification : 3 octobre 2006


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