JEU DE PORTRAIT




La puissance de la science repose sur des principes intangibles

Christian Magnan
Collège de France, Paris
Université de Montpellier II

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Nous avons dit que le « jeu scientifique » consistait à instaurer entre la pensée mathématique et les données de l'observation un dialogue dont la fécondité était conditionnée par la valeur de la théorie utilisée. À quoi donc reconnaître cette vraie science, capable d'être source de découvertes dans son rapport avec la nature ? Je rassemble et résume ici les traits qui la caractérisent, que nous avons rencontrés ça et là.

La vraie science est dotée d'un caractère fait d'harmonie, de précision, de perfection et de rigueur. Si ces structures, détournées de leur vrai sens, ont pu devenir, entre les mains de certains savants, source de domination, elles seules confèrent à la science sa puissance. Il serait donc absurde de renier ces attributs, de les édulcorer ou de les troquer pour d'autres, fallacieux. La science vit de grands principes  : c'est ainsi et pas autrement !

Sa quête d'harmonie est indissociable de sa progression et de ses succès. Même s'il est vain de vouloir enfermer le monde dans telle forme d'harmonie, car celle-ci ne possède jamais qu'une valeur relative et se révèlera toujours inadéquate à la longue, il faut bien que la science retrouve à chaque fois, sous une autre forme, l'harmonie qui se sera avérée provisoire. Certes le monde n'est pas bâti sur des cercles ou des sphères, certes les planètes ne décrivent pas des ellipses autour du Soleil, certes l'Univers n'est pas soumis à un principe cosmologique lui imposant d'être homogène et isotrope, mais la science n'a pu progresser qu'en quêtant l'harmonie, qu'en la postulant. Il fallait en passer par les cercles, par les ellipses, par un univers homogène, pour faire avancer la découverte. Il fallait que les ellipses détrônent les cercles mais ces ellipses elles-mêmes, invalidées en quelque sorte par la suite, étaient, à l'époque, nécessaires.

Après l'harmonie, l'ordre règne en science. Il lui est indispensable. Là où semble régner le désordre, la science ne peut comprendre qu'en y mettant de l'ordre, son ordre (j'écris « son » ordre car rien ne prouve que l'ordre de la théorie gouverne, pareil à lui-même, le monde physique réel). Si nous tentons d'écouter la nature sans purifier les informations à travers cette sorte de « filtre » que constitue l'ordre, cette nature restera inaudible à nos oreilles. Plus exactement, du bruit perçu, nous ne dégagerons aucun signal intelligible.

Le contraire de l'ordre, c'est le désordre, lequel peut évoquer le hasard, car « hasard » est plutôt antonyme de « ordre ». Or nous avons parlé de hasard à propos de la science de l'infiniment petit (la mécanique quantique). Le hasard ferait-il partie intégrante de la théorie et y introduirait son désordre ? Si la réponse est négative, à quel niveau se situe-t-il ?

Jamais la science n'agit « par hasard ». On ne tire pas aux dés les solutions d'un problème. Les équations de la mécanique atomique, cette mécanique qui est réputée pour, en quelque sorte, « contenir du hasard », sont en réalité parfaitement déterminées : elles ne comportent pas de termes aléatoires susceptibles de prendre des valeurs arbitraires et non-prévisibles. Lorsque la théorie calcule une certaine fonction d'onde (en résolvant l'équation dite de Schrödinger), celle-ci s'exprime sous une forme mathématique dépourvue de toute ambiguïté.

Ce n'est qu'au moment de l'expérience, au moment de l'établissement du contact avec la réalité, que le résultat devient partiellement imprévisible, car seule la fourchette dans laquelle tombe la mesure est connue à l'avance, non sa valeur exacte. On doit se contenter de connaître la probabilité pour que telle ou telle valeur « sorte » de l'expérience. Si les valeurs les plus probables sortent plus souvent que les autres lorsqu'on renouvelle la même expérience, c'est bien au total, le hasard qui décide.

Le point qui me passionne ici, c'est que ce soit la traduction du langage de la science dans le langage de la réalité qui produise une difficulté (difficulté : au sens où intervient le hasard). On peut dire en somme que ce hasard se présente comme un simple « problème de traduction ». Cependant cet obstacle ne remet pas en cause l'intégrité du langage de la science. Celle-ci conserve, dans sa théorie, son caractère de déterminisme, de nécessité absolue.

En science, rien n'est « laissé au hasard ».

Autre trait de la vraie science : la médiation qu'opère le nombre. Pour que le rapport entre la théorie et le monde réel s'établisse dans la vérité, cet élément intermédiaire, le nombre, s'avère indispensable, on n'insistera jamais assez, selon moi, sur ce point. Seul et unique moyen de communication entre le réel et la pensée, il ne préexiste pas à la rencontre théorie-nature, mais en constitue le fruit. En effet, si toute observation et toute expérience se traduit en bout de chaîne par des nombres, rien que par des nombres, ceux-ci n'existent au préalable ni dans la réalité ni dans la théorie.

La réalité ne se réduit pas à ces signes symboliques. Elle ne fabrique pas de nombres. Aucun nombre ne traîne dans la nature. Quant à la théorie, si elle contient des nombres, elle ne les contient qu'en puissance. Son formalisme recèle en effet une infinité de nombres possibles, mais ceux-ci n'existent qu'à l'état latent. La théorie constitue, de ce point de vue, une sorte de réservoir de nombres virtuels. Seule l'expérience, au moment voulu, fera naître à la réalité celui qu'elle aura choisi parmi eux.

La leçon peut avoir son intérêt pour les nostalgiques du vague et de l'impondérable, qui, sous le faux prétexte de critiques adressées à la science, ou parce que cette science n'a pas encore résolu certaines questions, s'imaginent pouvoir accéder à la réalité en procédant par simple analogie qualitative.

Sans nombre, point de science : voilà un impératif absolu.

Manipuler des concepts, des idées pures, des arguments de bon sens, observer passivement, négliger de mesurer, contempler béatement, discuter, et s'en tenir là, ne permet pas de comprendre le monde réel. Il faut toujours passer par la mesure, le mesurable, le quantitatif et l'analyse des nombres obtenus. D'autre voie, point.

Se passer du nombre, c'est oublier que la nature réelle a quelque chose à dire. C'est donc la dédaigner.

Un exemple astrophysique, relatif à la « constante cosmologique » de l'Univers, illustrera cette nécessité du retour constant aux choses-qui-existent, afin de vérifier, grâce notamment à des estimations d'ordre de grandeur, si les quantités physiques manipulées correspondent bien à la réalité, comme le dit si exactement l'expression courante (par exemple, on lira dans le journal que tel « projet de loi sur les ingénieurs ne correspond pas à la réalité des PME »).

On assiste ces toutes dernières années à un retour en force de ce concept quelque peu oublié : celui de la constante cosmologique. À l'origine, cette quantité avait été introduite par Einstein lui-même sous la forme d'un paramètre ad hoc rajouté à la solution des équations de la relativité générale afin de rendre artificiellement statique un univers qui, autrement, manifestait une expansion (que l'on comprenne bien : il s'agissait de l'expansion d'un univers mathématique). C'est pour vouloir se conformer à la conception prévalant à l'époque, celle d'un univers au repos, qu'Einstein commit ce qu'il appellera plus tard la plus grande bévue de sa carrière, son geste constituant à ses yeux une véritable offense à la théorie (laquelle, nous l'avons dit et répété, ne supporte pas d'être « trafiquée »). L'effet de ce paramètre est d'introduire une force de répulsion cosmique capable de contrebalancer les forces de gravitation. Or, des mesures récentes - dont l'interprétation reste à confirmer, car elle repose sur une série d'hypothèses emboîtées les unes dans les autres - sembleraient indiquer que notre Univers subit dans son expansion une accélération et non, comme le prévoient tous les modèles habituels, une décélération. Il est donc tentant de ré-introduire ce fameux paramètre délaissé depuis plus d'un demi-siècle.

Des théories ont suivi cette « découverte » présumée pour tenter de justifier sur des bases physiques l'introduction de la constante cosmologique. Et c'est là qu'apparaissent des difficultés, pour l'instant insurmontables. En effet les estimations d'ordre de grandeur de la constante cosmologique théorique ne s'accordent absolument pas à la mesure empirique du ralentissement de l'expansion.

L'écart entre la vision de la physique théorique et celle de la cosmologie est facile à chiffrer. La physique théorique veut que la constante cosmologique soit une manifestation de l'« énergie du vide ». Elle se place pour cela dans le cadre de l'infiniment petit et travaille à l'échelle de Planck, la plus petite dimension physiquement concevable, qui vaut 10-43 seconde de lumière. De leur côté, les cosmologistes travaillent sur une constante cosmologique à l'échelle de l'Univers, la taille de ce dernier valant une quinzaine de milliards d'années de lumière, ou 1017 secondes de lumière. Entre ces deux temps existe l'écart temporel le plus grand qu'il soit possible d'imaginer en restant dans le domaine physique. Il correspond à un facteur multiplicatif de 1060. Autrement dit, pour passer de l'échelle de Planck à l'échelle de l'Univers il faut multiplier 60 fois par 10, ce qui est absolument énorme. En somme, pour l'instant il n'y a aucun rapport entre l'énergie du vide et la constante cosmologique.

Nulle part ailleurs mieux qu'ici ne se manifeste le hiatus entre l'atome et l'Univers. La physique théorique ne « comprend pas » pourquoi notre Univers est si grand. Elle ne sait pas théoriser cet état de fait. Et l'incompatibilité d'échelle entre le monde atomique et le monde cosmique est tel qu'on voit mal comment elle pourrait être levée sans révision majeure de la science. Ce qui est en jeu, c'est bien l'unification, ou la ré-unification, de l'échelle atomique et de l'échelle universelle.

En physique, il ne faut donc jamais oublier l'ordre de grandeur des phénomènes dont on parle, que seule la réalité peut nous donner. Tout est une question d'échelle, donc de nombre.

Passons à un autre trait incontournable de la science, de la vraie science : elle construit un monde idéal, parfait, dégagé des contingences matérielles et des contraintes naturelles. Cette loi, à laquelle elle est soumise, ne peut pas se négocier.

Un exemple simple, mais très significatif, celui de la chute des corps à la surface de la Terre, nous fournira l'illustration souhaitée. La loi théorique (la tournure est quasi pléonastique) énonce que tous les corps, quelle que soit leur masse, qu'ils soient lourds ou légers, quelle que soit leur volume, qu'ils soient gros ou petits, tombent à la même vitesse. Selon cette loi, une plume d'oie et une bille, lâchées en même temps d'une même hauteur, toucheraient le sol au même instant.

Une polémique éminemment savoureuse, début 1999, entre l'excellent hebdomadaire « Le Canard Enchaîné » et le ministre de l'Éducation nationale de l'époque, Claude Allègre, autour de la comparaison entre la durée de chute d'une boule de pétanque et d'une balle de tennis, sur une même hauteur, montre qu'il y a loin de la théorie à la réalité ! Claude Allègre prétendait que la boule de pétanque, lâchée au même instant que la balle de tennis, arrivait au sol en même moment qu'elle, insistant auprès de nos chères têtes blondes sur le fait que la science avait mis plus de deux mille ans pour découvrir ce merveilleux résultat. Il avait tort.

Pour édicter sa loi, la science se place dans une situation idéale, en isolant le phénomène spécifique dû à l'attraction terrestre des autres effets présents susceptibles d'affecter le mouvement de chute, notamment la résistance de l'air. Sachant très bien qu'une plume tombe plus lentement qu'une boule de pétanque, Claude Allègre s'était cru avisé en comparant le chute de la boule à celle d'une sphère de même taille mais plus légère, par exemple celle d'une balle de tennis. Dans son raisonnement, la résistance de l'air était la même sur les deux corps, car ils étaient de même volume, et par conséquent modifierait leur temps de chute de façon identique. Hélas ! notre ministre s'enferrait dans son erreur car la résistance de l'air (qui dépend et de la surface offerte à l'air et de la vitesse du corps) contrera plus tôt la gravitation pour un poids léger que pour un poids lourd. Autrement dit, à volumes égaux, un corps plus lourd (la boule de pétanque) tombe plus vite qu'un corps moins lourd (la balle de tennis). D'ailleurs, pour prendre un cas limite sur un autre exemple, on conçoit sans peine que si un parachute était contruit en plomb, tout en conservant exactement la même forme et la même surface portante, il ne freinerait guère la chute du malheureux parachutiste suspendu à sa voilure.

Dans le monde réel, les corps tombent rarement à la même vitesse. Pour découvrir derrière l'apparente contingence des faits réels la loi plus profonde et souveraine de la gravitation, la science a dû imaginer une situation « parfaite » dans laquelle toute force « parasite » serait éliminée. Ce n'est que dans un monde idéal que la science peut exercer sa pleine puissance de découverte.

Tel est son caractère : dans sa démarche, la science raisonne chaque fois dans l'abstrait d'une situation simple et bien définie, irréalisable en toute rigueur, mais seule cette façon de procéder lui confère force et efficacité.

Enfin, le modèle idéal dont se sert la science pour bâtir sa théorie est non seulement restrictif, puisqu'il ne retient qu'un aspect des choses, mais encore oublieux des circonstances qui rendent toute expérience réelle unique et particulière. Ce point me tient aussi à coeur. D'une part, le fait que le modèle ne tienne pas compte de la singularité de chaque événement réel apporte une preuve supplémentaire de la coupure séparant le monde des choses existantes du monde des idées théoriques. D'autre part cette affirmation de l'uniformité des modèles face à la diversité des faits concrets constitue un trait essentiel d'une démarche scientifique authentique.

La science ne raisonne qu'en termes de permanence, de conservation, de répétitivité et de généralité. Des faits isolés, non reproductibles, incontrôlables, lui sont étrangers. Mais il n'y a pas à lui en faire grief. Les lois universelles sont son lot, si ce n'est celui du monde.

Mais regardez ce qui nous y gagnons, que la science reste fidèle à ses principes, alors même qu'elle donne l'impression de s'éloigner des faits tangibles : le rapport à la réalité, qui, sans le passage par l'abstraction, se révèlerait impossible à établir.

Ce n'est qu'à partir d'un modèle général que la science peut s'ouvrir aux particularités de la réalité et, en quelque sorte, les digérer.

Bref, en conclusion de ce chapitre, c'est dans la fidélité aux caractères qui la définissent que la vraie science trouve son pouvoir. Qu'elle joue donc son rôle, que nul ne peut lui briguer ! L'homme ne peut communiquer avec la réalité physique qu'en parlant le langage abstrait de l'esprit. Le contact immédiat et sensoriel ne suffit pas pour atteindre la vérité des choses. Le scientifique doit imaginer, inventer et reconstruire la réalité par sa pensée en en niant les aspects trop concrets.

L'esprit doit s'affirmer face à la nature, sans honte ni crainte : il est fait pour penser, qu'il pense donc !

À suivre



D'après un extrait du livre de Christian Magnan
Et Newton croqua la pomme...
Éditions Belfond/Sciences (1990)
Dernière modification : 7 avril 2009


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