lundi 14 mai 2012

Suite du post daté Jeudi 3 mai 2012 :

Eléments d’épistémologie : critères de scientificité


    À défaut d’un langage fixé par l’usage, les réflexions qui suivent regorgeront de néologismes (que l’auteur espère compréhensibles à défaut d’élégants ou de grammaticalement  corrects) : d’où l’emploi sans doute abusif de guillemets ou d’italiques. Comme il s’agit par ailleurs de clarifier des notions assez couramment employées, il est impossible de se départir d’une certaine circularité et de définir ex nihilo des concepts comme « phénomène » ou « théorie ». C’est pourquoi on utilisera une méthode (linguistique) de « différentiation » (presque au sens biologique du terme), où le sens d’un mot ou d’une locution se dégage des restrictions ou conditions que l’on pose à son usage, l’ensemble étant agrémenté de suffisamment d’exemples significatifs permettant, on l’espère, d’éclairer notre propos.



1. Champ observationnel

    On appellera champ observationnel l’ensemble de toutes les observations effectuées ou susceptibles de l’être, ou encore l’ensemble de tous les phénomènes observables par une discipline scientifique donnée. Pour entrer dans ce champ, un « phénomène » doit posséder entre autres caractéristiques : « perceptibilité » partagée, reproductibilité, mesurabilité, régionalité.
a)    Pour que l’on puisse parler de phénomène, il est nécessaire qu’il y ait perception partagée, qu’elle soit immédiate (ou considérée comme telle) ou médiatisée par un instrument de mesure (dans ce cas, c’est la lecture de la mesure qui est perçue comme immédiate. Voir plus loin). Par exemple, une expérience subjective (personnelle, individuelle) « en elle-même » ne peut entrer dans ce cadre : seule éventuellement la description qu’en fait l’individu agent/patient peut être objet d’étude scientifique, en tant que description discursive par exemple. Ainsi une « extase mystique » ou une « observation d’OVNI » ne sont pas des phénomènes.
b)    Un phénomène doit être reproductible : de façon intentionnelle (chute d’un corps chaque fois que je le laisse tomber d’assez haut), ou non intentionnelle mais prévisible (éclipse, cycle des saisons).
c)    Un phénomène est mesurable, du moins dans le domaine de précision des instruments de mesure actuels. Ainsi, les virus ou les microbes « n’existaient pas » (au sens : « n’étaient pas observables ») avant l’invention du microscope au XVIIe siècle ; les galaxies « n’existaient pas » avant le perfectionnement du télescope – malgré les spéculations de Giordano Bruno sur l’infinité des mondes – ; les effets de dilatation relativiste du temps ou les particules élémentaires ne sont devenus phénomènes observables que lorsque des accélérateurs de particules suffisamment puissants ont pu être construits. Par contre, tous ces phénomènes (particules élémentaires, virus, galaxies) sont désormais susceptibles d’être caractérisés par des ensembles de mesures (taille, masse, position, vitesse, composition éventuelle, interactions…) et ainsi accessibles à la description scientifique.
d)    régionalité du phénomène : un phénomène est « localisé » dans le cadre d’une théorie, inversement, une théorie ne rend compte que des phénomènes qui lui sont accessibles. On n’explique pas l’évolution des espèces au moyen de la relativité restreinte, ni les phénomènes mécaniques (chute des corps, orbites des planètes) par la théorie de l’électromagnétisme. 
    On peut cependant nuancer cette dernière remarque en constatant que les sciences modernes tendent de plus en plus à intégrer dans leur champ propre des champs provenant d’autres disciplines (biologie moléculaire comme explication de phénomènes biologiques au moyen de la chimie, étude des propriétés chimiques des corps au moyen de la mécanique quantique…). À l’extrême de cette tendance, on placera la cosmologie, qui tend à intégrer de façon cohérente des disciplines aussi diverses que la physique des particules, l’astrophysique et la physique théorique (allant même jusqu’à élaborer une « théorie du Tout », dont le but ultime est de décrire l’ensemble de l’évolution cosmique).
    Le champ des sciences humaines, quant à lui, à encore peu « importé » de techniques issues des sciences « dures » (expérimentales ou mathématiques). En cela, la « psycho-histoire » de Hari Seldon/Isaac Asimov n’est encore que l’utopie d’un auteur de science-fiction (spécialiste des sciences physiques au demeurant) ! On peut malgré tout observer une caractéristique de plus en plus partagée par les ensembles des domaines de recherche, que ce soit en sciences humaines ou en sciences de la nature, c’est l’exigence d’une modélisation mathématique, selon deux axes possibles :
–    celui de la mathématisation de l’explication des phénomènes, à l’instar de la physique, dont l’ossature théorique même est mathématique (d’où l’interaction entre ces deux disciplines et l’interfécondation observée depuis Newton (gravitation/analyse) jusqu’à nos jours (physique des champs/géométrie, topologie, théorie des groupes ou des nombres)).
–    celui de la description statistique des phénomènes et de l’utilisation des outils de la statistique mathématique (échantillonnage, analyse factorielle, etc.) à des fins explicatives ou prédictives : citons par exemple la génétique des populations ou la sociologie.
    Dans d’autres domaines de recherche (biologie, chimie), c’est la physique qui naturellement sert de modèle ou de paradigme, en tant que théorie la plus performante et la plus avancée conceptuellement. Il reste sans doute aussi dans ce choix un souvenir des succès remportés au sein même de la physique du XIXe siècle, lorsque l’ensemble de ses branches s’est inspiré de l’une d’entre elle, la mécanique, afin d’en exploiter les résultats mais surtout d’en copier les concepts et les méthodes.

2. Interaction théorie/expérience

    Une observation (identifiée au phénomène observé lui-même, tel qu’on l’a décrit plus haut) ne fait sens qu’au sein d’une théorie qui puisse en rendre compte :
a)    soit en l’expliquant, autrement dit en lui donnant une description et en lui assignant une place dans le cadre de la théorie,
b)    soit en lui conférant le statut de paradoxe ou de phénomène encore inexpliqué, aux marges de la théorie elle-même.
Donnons des exemples.
a)    Le trajet apparent de la lune dans le ciel s’explique dans l’astronomie ptoléméenne par certains épicycles ; dans l’astronomie classique, la lune suit une orbite elliptique autour de la terre, orbite elle-même décrite par la théorie de la gravitation newtonienne.
b)    Les perturbations de l’orbite d’Uranus ne sont expliquées en astronomie (classique) que lorsque Le Verrier « calcule » les influences qu’exerce sur elle la planète Neptune, avant même que celle-ci ne soit découverte par l’observation effective. L’expérience de Michelson et Morley (invariance de la vitesse de la lumière par rapport aux directions d’observation) est en contradiction avec les lois de la mécanique classique ou avec l’hypothèse de l’éther. Elle ne trouve son explication, c’est-à-dire son intégration dans un cadre théorique déterminé, que lorsque Einstein introduit le postulat d’invariance de la vitesse de la lumière et fonde ainsi la relativité restreinte. D’autres « paradoxes » apparaissent lorsqu’une prédiction théorique (une conséquence de la théorie) entre en contradiction avec les principes mêmes de cette théorie. Ils mettent souvent en évidence une mésinterprétation de ladite théorie (p. ex. le « paradoxe des jumeaux » de Langevin) ou bien une incompatibilité de cette théorie avec un autre modèle théorique traitant des mêmes phénomènes (l’expérience des fentes de Young met en évidence le caractère ondulatoire de la lumière, à l’encontre de la théorie corpusculaire qui prévaut jusque là), ou encore une insuffisance des fondements de la théorie elle-même (cf. le paradoxe EPR et la question de la non-localité de la mécanique quantique).

    On en arrive ainsi aux questions proprement épistémologiques posées par une théorie scientifique, liées au fonctionnement de cette théorie, au « comment le chercheur fait fonctionner sa théorie ». Un chercheur « se contente » de sa théorie tant qu’elle ne lui pose pas de problème pratique et n’entre pas en contradiction avec les données observationnelles. Il faut remarquer l’apparente circularité de la situation : une théorie ne devra être modifiée qu’au moment où elle entre en contradiction avec des données expérimentales, qu’elle circonscrit et détermine elle-même. On pourrait ainsi n’aboutir qu’à un statu quo permanent. Mais c’est oublier que d’une part le théoricien essaiera de « faire fonctionner » sa théorie dans des conditions extrêmes, de la « pousser jusque dans ses derniers retranchements » ; et que d’autre part les observations qu’il utilise sont sans cesse améliorées par l’augmentation de la précision des mesures, et c’est là qu’entre en jeu l’expérimentateur, concentré non sur le travail théorique, mais sur le respect du protocole expérimental et le perfectionnement de l’appareillage instrumental.
    L’hypothèse héliocentrique de Copernic, avec ses orbites circulaires, n’est valable comme théorie concurrente des épicycles ptoléméens que tant que la précision des relevés astronomiques reste faible. Après les travaux de Tycho Brahé, la thèse copernicienne ne tient plus, et il faut les lois de Kepler pour intégrer les données observationnelles dans un cadre théorique plus rigoureux.
    Ce point de vue épistémologique a été mené à son extrémité par les travaux de Popper sur la réfutabilité. Dans l’épistémologie poppérienne, seule est scientifique une théorie qui accepte sa réfutabilité, c’est-à-dire qui accepte, non comme faiblesse, mais comme critère d’objectivité sa propre capacité à être « falsifiée », c’est-à-dire à rencontrer, dans le champ des expériences qu’elle manipule, une expérience particulière qui entre en contradiction avec ses principes mêmes. Il va sans dire que cette approche est fondée sur la croyance que la théorie en question sera suffisamment forte pour surmonter cette contradiction, en se réformant elle-même, quitte à changer de « paradigme », c’est-à-dire de point de vue sur son propre champ de recherche (Kühn).

3. Principes

    La – relative – rigueur qu’assurent à une théorie ses fondements mathématiques ne la laisse pas à l’abri de faiblesses ou d’incohérences liées à ses principes mêmes (pour une particule ayant une vitesse proche de celle de la lumière, le principe d’addition vectorielle des vitesses n’est plus valide : il faut le remplacer par le principe d’invariance de la vitesse de la lumière et la composition relativiste des vitesses suivant les transformations de Lorentz). Il ne faut cependant pas céder à la tentation de modifier les principes à la moindre difficulté rencontrée. L’usage montre qu’un principe d’économie reste le moyen le plus sûr dans le domaine des sciences. C’est le fameux « hypotheses non fingo » de Newton : « (…) je n’imagine point d’hypothèses. Car tout ce qui ne se déduit point des phénomènes est une hypothèse : et les hypothèses, qu’elles soient métaphysiques ou physiques, mécaniques ou portant sur des qualités occultes, ne doivent pas être reçues dans la physique expérimentale. » « Règle I : Il ne faut admettre de causes, que celles qui sont nécessaires pour expliquer les phénomènes. Les physiciens disent : la nature ne fait rien en vain et ce serait faire des choses inutiles que d’opérer par un plus grand nombre de causes ce qui peut se faire par un nombre plus petit. » (Principia)

4. Vérité

    Le concept de vérité a subi de nombreuses transformations au cours de l’histoire. La philosophie antique et la théologie médiévale l’ont située dans le domaine du transcendant ou du divin (qu’on se souvienne de la définition platonicienne de la vérité comme adéquation avec l’Idée, ce qui est très proche de la conception chrétienne, qui voit en Dieu l’unique source de toute vérité). Il n’est pas jusqu’aux philosophes modernes qui restent farouchement attachés à ce concept : Descartes, même s’il révoque en doute toutes les traditions et « évidences » philosophiques, n’en revient pas moins à admettre l’existence d’un Dieu qui lui garantisse la cohérence du discours métaphysique sur le cogito. C’est là qu’on pourrait distinguer un « pari » cartésien, peut-être moins naïf, mais somme toute assez proche de celui de Pascal : « Et certes puisque je n’ai aucune raison de croire qu’il y ait quelque Dieu qui soit trompeur… » (IIIe méditation). Kant postule l’existence d’une connaissance a priori, portant sur les constituants ou les caractères a priori que possèderaient les objets, les phénomènes ou les concepts.
    Il faut sans doute attendre le milieu du XIXe siècle pour assister au réveil de la logique scientifique, endormie (ou pour le moins somnolente, si l’on exclut les logiciens scolastiques de la fin du Moyen Age) dans la conception que les métaphysiciens s’étaient forgée.  Comme le rappelle encore Kant, la définition communément admise de la vérité est « l’accord de la connaissance avec son objet ». Pour Kant d’ailleurs, l’objectif de la Critique de la raison pure est moins de questionner cette définition « ici admise et supposée » que de s’interroger sur « un critérium universel de la vérité » qui fût « bon pour toutes les connaissances, sans distinction de leurs objets », en accord avec les « règles universelles de la pensée ». Bourbaki affirme dans ses Eléments d’histoire des mathématiques : « Il faut descendre jusqu’au début du XIXe siècle pour voir les mathématiciens revenir de l’arrogance d’un Descartes (sans parler de celle d’un Kant, ou de celle d’un Hegel, ce dernier quelque peu en retard, comme il convient, sur la science de son époque), à une position aussi nuancée que celle des Grecs. »  Et c’est bien à partir du problème mathématique posé par le Ve postulat d’Euclide et de sa résolution par Lobatchevsky et Bolyai, jusqu’aux développements de la logique moderne dans les travaux de Gödel, que le statut de la vérité trouve en mathématique une solution satisfaisante.
    De même, dans les sciences de la nature, Heisenberg définit la recherche de la vérité comme recherche des critères d’une « connaissance scientifique cohérente et définitive » mais uniquement dans un domaine limité de l’expérience sensible (régionalité) et conformément à un « système de concepts et de lois formant une totalité close et [qui soient] mathématiquement formulables ». C’est ainsi qu’une théorie, pour localisée qu’elle soit dans le temps ou dans la portée de ses concepts, reste « vraie » (au sens décrit ci-dessus) pour peu qu’on l’utilise dans les limites de son cadre de validité, quitte parfois pour elle à ne plus être considéré que comme une partie, un cas particulier ou le cas limite d’une théorie conceptuellement plus vaste et opérativement plus efficace (ainsi la gravitation « universelle » de Newton apparaît comme un cas particulier, « aux faibles potentiels », de la relativité générale).

5. Causalité, déterminisme

    Pour la scolastique existaient quatre types de « causes » dont la science moderne n’a conservé que la cause dite « efficiente », dans l’acception de : « processus matériel particulier qui précède l’événement à expliquer et, en quelque sorte, le provoque » (Heisenberg). La science contemporaine ne peut plus se contenter d’une définition aussi sommaire de la causalité : ce serait en effet ne pas tenir compte des découvertes « récentes » de la thermodynamique et de la mécanique quantique, pour lesquelles la causalité au sens strict est abandonnée au profit d’une description statistique du mouvement des molécules pour en déduire le comportement et les caractéristiques matérielles d’un corps (p. ex. la température) ; au profit d’une description probabiliste des objets et des événements de dimension atomique, pour lesquels les notions intuitives ou naturelles (au sens de la mécanique classique) de vitesse ou de position absolument mesurables n’ont plus cours, au profit d’une fonction d’onde indiquant la probabilité de présence d’une particule dans telle zone de l’espace.
    Le déterminisme trahit de lui-même la confiance aveugle qu’un Laplace a pu lui accorder : du fait même du comportement des solutions des équations les décrivant, certains phénomènes ont un comportement chaotique, c’est-à-dire essentiellement imprévisible – quel que soit le degré de précision dans la détermination de leurs conditions initiales, et l’écart entre elles aussi minime soit-il, deux trajectoires possibles d’un phénomène bifurqueront pour aboutir à des configurations finales tout à fait étrangères – mais il faudra attendre Poincaré puis les mathématiciens contemporains pour découvrir ces propriétés.

6. Objectivité


    L’injonction d’objectivité est largement employée dans le langage politique ou journalistique et sert à suspecter l’interlocuteur de mensonge ou pire, de parti pris idéologique. Il n’est pas exclu que le scientifique, dans un discours à destination du grand public ou d’un décideur économique ou politique, soit amené à renoncer à tout ou partie de son objectivité en vue de convaincre et d’emporter l’adhésion à ses thèses.  Mais ce n’est pas de cela qu’il s’agit ici.
    L’objectivité de la science aura plutôt à voir avec les principes mêmes à l’origine du savoir scientifique. Confronté à l’ensemble des phénomènes, le savant en isole une portion qu’il posera comme objet de son étude, cette portion sera effectivement isolée au moyen d’une reproduction en laboratoire, soumise à un contrôle strict des conditions de réalisation, ou  bien elle sera isolée par la pensée au cas où elle ne serait pas directement accessible à la reproduction expérimentale (les fameuses « expériences par la pensée » des physiciens).
    Ici encore, les découvertes faites par la mécanique quantique nous enseignent que cette attitude « naïve » est largement dépassée et, qu’au moins dans ce domaine, le chercheur est amené à tenir compte des interactions entre l’observateur et le phénomène observé. De la même manière, l’observation anthropologique est largement biaisée par la présence de l’ethnologue au sein de la société qu’il étudie.
    On peut aborder le problème d’un point de vue plus « philosophique » et rappeler, comme le fait Monod, la nécessité de postuler l’ « objectivité de la Nature. C’est-à-dire le refus systématique de considérer comme pouvant conduire à une connaissance “vraie” toute interprétation des phénomènes donnée en termes de causes finales, c’est-à-dire de “projet”». L’objectivité n’est pas tant à exiger de l’attitude du chercheur qu’à considérer comme qualité intrinsèque de la nature, ce qui est, rappelle Monod, un « postulat pur, à jamais indémontrable, car il est évidemment impossible d’imaginer une expérience qui pourrait prouver la non-existence d’un projet, d’un but poursuivi, où que ce soit dans la nature. » Il paraît clair que la perpétuelle confrontation de la théorie à l’observation, telle que l’exige la méthode expérimentale, assure l’objectivité de la science (au sens faible du mot) dans une plus large mesure que pour bon nombre d’autres activités humaines. L’objectivité stricte, « de la Nature » (au sens de Monod) rejoint quant à elle la règle des Principia de Newton citée plus haut ; elle prend son sens dans les sciences expérimentales (physique, chimie) et plus particulièrement encore en biologie, où les vitalisme, idéalisme ou finalisme ont largement parasité – sans doute le font-ils encore de façon plus souterraine – le discours théorique ; la cosmologie moderne elle-même n’est pas à l’abri de la prolifération de discours véhiculant des hypothèses « anthropiques » (finalisme), quand il ne s’agit pas de points de vue purement théologiques ou mystiques sur l’évolution de l’univers.

7. Mathématiques

    Il est un domaine de la connaissance qui échappe à la méthode expérimentale telle qu’on l’a décrite plus haut : il s’agit des mathématiques. Certes, on peut « sauver les apparences » en admettant que la conjecture tient lieu d’hypothèse et que la démonstration de la conjecture, sa transformation en théorème mathématique est l’analogue de l’expérimentation menée au laboratoire. Il n’empêche que ce parallèle semble largement suspect, ou de peu de pertinence à nombre de chercheurs : les physiciens ou utilisateurs de mathématiques aimeraient se baser des connaissances certaines ; nombre de mathématiciens, sans doute par la haute estime qu’ils ont d’eux-mêmes et de leur matière, ont un point de vue largement idéaliste sur leur discipline (« réaliste » au sens platonicien du terme). C’est pourquoi l’approche « conventionnaliste » ou formaliste de Hilbert n’est pas forcément partagée par la majorité. Elle demande en effet d’admettre que l’ensemble du discours mathématique est fondé sur la manipulation suivant des règles établies, de signes purement conventionnels. Ceci conduit à ne pouvoir répondre simplement à la question de l’existence des objets mathématiques, ou à l’ « applicabilité » des résultats mathématiques à d’autres disciplines telles que la physique, ou aux sciences de la nature en général. La question : les mathématiques sont-elles la construction d’un discours logique à partir d’un ensemble de signes et d’axiomes conventionnels ? ou l’exploration de la Raison, le développement de ses virtualités, par l’esprit, humain et limité, du mathématicien (on retrouve ici une vision proche de celle de Hegel) ? ou encore l’exploration de lois (mathématiques) déjà inscrites dans la nature elle-même (on est ici chez Platon ou même Pythagore) ? est loin d’être tranchée dans la communauté mathématique.

8. Lois

    Cette longue digression sur les mathématiques permet d’aborder la question des lois en science. Je passerai sur le problème longuement débattu portant sur le langage permettant de formuler ces lois : on est à peu près d’accord, depuis Galilée – qui en cela ne fait que reprendre Léonard de Vinci – que la science moderne est « écrite en langue mathématique ». Heisenberg résume en quelques mots la distinction entre loi naturelle et énoncé mathématique : « Pour observer la nature, l’esprit humain développe des hypothèses qui doivent être mathématiques, logiquement concluantes. Les démonstrations mathématiques portent sur ces hypothèses. Le fait qu’elles soient concluantes ne donne cependant aucune indication quant à l’existence réelle, dans la nature, des rapports tels qu’ils sont envisagés dans les hypothèses. Les hypothèses n’acquièrent le caractère de lois naturelles que si elles ont été employées pour l’expérience empirique et confirmées par celle-ci. Des hypothèses qui sont, en soi, logiques, mathématiques, mais ne correspondent à rien dans la nature, ne cessent pas pour autant d’être concluantes mais ne constituent pas une loi naturelle. »
    Il n’est pas pour autant possible d’affirmer que la « loi naturelle » est gravée dans quelque airain qui serait le corps même de la nature, à moins d’en revenir au chapitre Des miracles du Traité théologico-politique : « Tout ce qui arrive en effet, arrive par la volonté et le décret éternel de Dieu ; c’est-à-dire, comme nous l’avons déjà montré, rien n’arrive que suivant des lois et des règles enveloppant une nécessité éternelle. La Nature observe donc toujours des lois et des règles qui enveloppent, bien qu’elles ne nous soient pas toutes connues, une nécessité et une vérité éternelle, et par suite un ordre fixe et immuable », puisque « la puissance de la Nature est la puissance même et la vertu de Dieu, et la puissance de Dieu est absolument identique à son essence » (Deus, sive Natura). Spinoza permet à ceux qui y sont allergiques de remplacer le mot « Dieu » par « Nature », mais la science contemporaine nous met en garde contre une confiance aveugle en une éventuelle autonomie de la nature : les lois (νόμοι) qu’on lui attribue ne sont que les lois gouvernant les discours que nous tenons sur elle. Comme l’écrivait Eddington, « We have found a strange foot-print on the shores of the unknown. We have devised profound theories, one after another, to account for its origin. At last, we have succeeded in reconstructing the creature that made the foot-print. And Lo! It is our own. »
    Les progrès de la science contemporaine ne consisteraient-ils pas après tout qu’en l’élargissement du champ discursif sur la nature, soit en y ajoutant de nouveaux chapitres, ou bien en relisant avec un regard neuf ceux qui y sont déjà écrits ?

Références 

Newton, Principes mathématiques de la philosophie naturelle
Heisenberg, La nature dans la physique contemporaine
Descartes, Méditations métaphysiques
Kant, Critique de la raison pure
Bourbaki, Eléments d’histoire des mathématiques
Monod, Le hasard et la nécessitéSpinoza, Traité théologico-philosophique
Eddington, Space, time and gravitation

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