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La philosophie des sciences

Chercheur étudiant la conception d'une structure moléculaire sur ordinateur. Document GettyImages.

L'objectif de la Science (I)

La définition du mode opératoire de la science ne signifie pas nécessairement que les hypothèses qu'elle pose apportent des réponses rigoureuses à nos questions. Quel effet peut-on attendre d'une réponse scientifique ? A-t-elle un caractère normatif, passionnel et modelé sur la vie quotidienne, moralisante ou rigoureuse et précise ? La question fondamentale est de savoir quel est l'objectif de la science. Quel est son champ d'action ?

Rappelons avant toute chose que le scientifique ne définit pas la science comme le public l'imagine à travers les institutions professionnelles, les laboratoires et les universités.

Science est synonyme de démarche scientifique à laquelle nous devons accoler la notion de contexte socio-économique et de paradigme. L'idéologie scientifique suit une structure logique qui peut quelquefois conduire à une œuvre originale. Nous avons vu cependant que d'un point de vue philosophique voire sociologique, les philosophes des sciences ne partagent pas l'avis des scientifiques.

L'objectif de la science est de décrire la nature, c'est-à-dire d'interpréter ce qui nous est donné par l'expérience, de proposer de nouveaux paradigmes, de nouveaux concepts en indiquant la multitude des voies possibles. Son rôle est également de permettre l'éclosion des talents. Son objet, surtout en physique est de "soumettre" les lois, vérifier leur adéquation face à la nature en respectant les critères de scientificité que nous avons évoqués.

En 1935, Popper[1] écrivait : "Notre science n'est pas une connaissance : elle ne peut jamais prétendre avoir atteint la vérité, ni même l'un de ses substituts, telle la probabilité. […] Nous ne savons pas, nous ne pouvons que conjecturer" souligne-t-il. "La science ne poursuit jamais l'objectif illusoire de rendre nos réponses définitives ou même probables. Elle s'achemine plutôt vers le but infini encore qu'accessible de toujours découvrir des problèmes nouveaux, plus profonds et plus généraux, et de soumettre ses réponses, toujours provisoires, à des tests toujours renouvelés et toujours affinés.

Le principal objectif de la science n'est pas d'atteindre des degrés de probabilité élevés. Elle recherche un contenu hautement informatif, bien étayé par l'expérience. Or une hypothèse peut être probable pour la simple raison qu'elle ne nous dit rien ou très peu de chose. Un degré de probabilité élevé n'est donc pas un indice de bonté; cela peut n'être qu'un symptôme d'un contenu peu informatif."

Si le théoricien prend peu de risques sur le plan humain, il en va différemment du praticien dont la faute peut avoir des conséquences fatales. Document UAMS adapté par l'auteur.

Le but de la science est de comprendre pour comprendre, sans chercher à valoriser ses découvertes et en ne prenant aucun brevet. Pour la science seule compte la connaissance désintéressée et sa transmission à chacun. Comme il est stipulé dans un rapport du CERN : "Cette transmission du savoir est d'une importance inestimable, puisqu'elle favorise le progrès et le développement industriel, dans un esprit désintéressé, au service d'une civilisation de l'Universel."

Pour éviter toute méprise, on peut également définir ce que la science n'est pas. La science est tout aussi arbitraire que n'importe quel autre entreprise philosophique ou artistique dans la mesure où son objet est d'expliquer certains aspects de la réalité en négligeant certains paradigmes dépassés, excentriques, etc. La science n'a pas de projet social, économique ou politique. Les faits accumulés par la science n'ont aucune prétention d'être les seules vérités. Nous avons déjà souligné que toute théorie, tout conception si géniale qu'elle soit est vouée à être abandonnée un jour ou l'autre pour une théorie plus efficace.

Les lois et l'expérience.

Une question reste toutefois en suspens depuis l'époque de Cicéron[2] : "comment peut-on prévoir un événement dépourvu de toute cause ou de tout indice qui explique qu'il se produise ?"

Le chercheur qui essaye de déduire des prédictions est confronté à deux tâches différentes :

- découvrir des lois relatives à des prédictions individuelles (loi causale)

- déduire des prédictions statistiques en termes de fréquences

Nous savons cependant que certaines lois causales sont déduites de fréquences (c'est le cas de la physique quantique) mais l'inverse n'est pas possible, car il y aura toujours une dépendance statistique (von Mises). D'un autre côté, un phénomène aléatoire peut représenter une certaine régularité (en thermodynamique par exemple).

Toutefois rien n'indique que les lois soient en définitive toutes indéterministes ou inversement parfaitement déterminées et rigoureuses.

Dans le cas particulier des "relations d'incertitudes" de Heisenberg, on peut essayer de soumettre les différentes expériences à des tests avec l'intention d'y déceler des régularités, des lois. Ceux qui rejettent cette possibilité considèrent qu'il n'existe pas d'hypothèses empiriques et donc se contredisent.

Ceci étant précisé, nous pouvons entrer dans l'âtre du chercheur et découvrir ensemble le recueil de ses aventures.

La science en action

Pour décrire l'univers, ces événements qui forgent la science, nous devons confronter la pensée au réel. Le raisonnement scientifique consiste à rechercher les causes par la méthode expérimentale : poser une hypothèse, expérimenter, déduire, poser une nouvelle hypothèse, etc. La déduction conduit au raisonnement qui, s'il aboutit à une découverte, sera force de loi. Mais malgré le calcul, les résultats ne sont pas toujours interprétés comme étant en relation avec la réalité. Les découvertes fortuites, que les anglo-saxons nomment "serendipity"[3], telle la pénicilline par Alexander Fleming, ne le sont que pour leurs détracteurs. En fait la problématique existait au préalable et il a suffit que l'observateur soit prêt à voir le "fait" pour confirmer son interprétation.

Mais contrairement à la légende, ce n'est pas Fleming qui découvrit la pénicilline car il ne fit même pas d'essais en laboratoire. La découevrte lui échappa. Ce n'est que quelques dizaines d'années plus tard qu'une équipe de chercheurs d'Oxford dirigée par Howard Florey trouva les propriétés de cet antibiotique. Ce n'est que durant la Seconde guerre mondiale qu'il sera produit industriellement.

Le Dr Alexander Fleming en 1952 entouré de boîtes de Petry contenant des cultures de bactéries du penicillium (Æ 25 microns). Image microscopique réalisée par MSU.

En astronomie, l'observation "virtuelle" de Neptune par Galilée à partir du 28 décembre 1612 fut sans signification car elle résulta d'un choix élaboré par déduction : Galilée venait de découvrir les satellites de Jupiter et toute son attention était focalisée sur cette découverte. Il lui fallait aussi vérifier son observation, la répéter au moins la nuit suivante pour isoler les éléments essentiels du phénomène, car la théorie existait. Comme le disait Pasteur[4] "Dans le champ de l'observation le hasard ne favorise que les esprits préparés."

La même explication s'applique à la découverte d'Uranus par William Herschel en 1781. Cette année là il crut découvrir une comète tellement l'objet était gros, avant que Lexell lui apprenne qu'il s'agissait bien d'une nouvelle planète. On peut également citer la découverte des rayons X par Roentgen en 1895, quand il observa accidentellement que la décharge d'un tube cathodique sur une plaque de platinocyanure de baryum produisait sa luminescence. Ce genre de découvertes ne se retrouve pas seulement en physique mais également en biologie, en géologie et jusqu'en science culinaire…

A lire : Top 10 papers per year by citations

En astronomie depuis 1900, compilation de K.Gordon/STScI

A gauche, l'observation par Galilée de Jupiter ( 38.19", Mv -2.10) au petit matin du 28 décembre 1612 depuis Arcetri (partie inférieure). Il nota une "étoile fixe" (a) à l'est de Jupiter. A droite, la simulation. Le champ couvre horizontalement ~26' d'arc. On distingue clairement une "étoile" bleutée à 14' de Jupiter qui n'est autre que la planète Neptune ( 2.27", Mv +7.92). La nuit du 27 au 28 janvier 1613, Galilée nota dans son cahier que cette "étoile fixe" s'était rapprochée de Jupiter (partie supérieure du croquis). Documents Musée Galilée et T.Lombry.

Certaines découvertes ne sont même pas liées aux travaux qui préoccupent les chercheurs sur le moment. Quand on demanda à Werhner von Braun comment lui était venu toutes ses idées et en particulier les fusées, il répondit : "la découverte, c'est ce que je fais quand je ne sais pas ce que je suis en train de faire." La même idée s'applique à la découverte "des Amériques" par Christophe Colomb alors qu'il n'était même pas parti avec cette intention ! Picasso disait "Je ne cherche pas, je trouve."

En revanche, il arrive de temps en temps que des chercheurs trouvent une idée géniale, la note dans un calepin, mais n'y trouvant bien souvent aucune application, la laisse de côté. Quelques années plus tard, un collègue reprend les notes de son ami et découvre que sa théorie était déjà couchée sur le papier. Il suffisait de reconnaître ses éléments essentiels.

Côté théorique, si Ernest Rutherford avait bien inventé l'atome pour expliquer ses résultats, il était avant tout préoccupé de trouver une théorie de la diffusion; ce n'est qu'en 1917 qu'il proposera une thèse planétaire de l'atome.

On retrouve ces idées géniales et parfois accidentelles en musique, par exemple dans l'erreur de transcription lors d'une copie du "Misere" de Gregorio Allegri (1582-1652) par le musicologue anglais W.S. Rockstroke (1823-1895) qui transforma un sol (G) mineur en do (C) mineur forçant certaines phrases à être chantées en contre-ut (High C), c'est-à-dire un do plus aigu d'un octave qui en fait l'un des plus beaux sinon le plus beau chant polyphonique religieux.

A écouter : How Allegri's Miserere should really sound | The Marian Consort

ou comment une erreur de transcription créa un chef-d'oeuvre

La plupart des découvertes se font par tâtonnements et demandent beaucoup de patience et d'imagination. En physique quantique, la théorie autocohérente des matrices S (bootstrap) inventée par Geoffrey Chew au début des années 1960 était tout d'abord considérée comme une idée saugrenue : toutes les particules élémentaires pouvaient s'engendrer elles-mêmes et dans un système lié ces mêmes particules véhiculaient les interactions. Ce n'est qu'au milieu des années 1970 que la théorie des cordes put s'appliquer aux particules élémentaires.

Lecteur RFID. Document L.Bolic et al.

Idem en physique appliquée. Le concept de symétrie de jauge utilisé en physique quantique fut inventé par Hermann Weyl en 1918. Son idée ne trouva de véritable application qu'à partir de 1954 à travers les découvertes de Yang et Mills sur la symétrie du groupe U(1).

Ainsi que l'a écrit le physicien français P.de Gennes[5], prix Nobel de Physique 1994, "une découverte, c'est trois mois de théories et quatre ans de pratique". C'est même parfois beaucoup plus long et fastidieux.

Le système RFID fut inventé en 1935 à des fins militaires mais ne fut breveté sous sa forma moderne qu'en 1973. Ce n'est que 20 ans plus tard qu'il fut normalisé. La fermeture-éclair nécessita 15 ans de recherches, l'hydroptère ou bateaux-volant 10 ans d'étude et de mise au point, la carte à puce exigea 9 ans de mise au point avant que chacun l'ait en poche. En chimie, le délai avant la commercialisation d'une nouvelle matière peut encore être plus long.

En physique bien souvent, la première expérience fonctionne du premier coup, mais s'est ensuite, lorsqu'on essaye de modifier un paramètre, de reproduire un événement, d'améliorer ses performances que l'on constate qu'il manque un ingrédient, que le mécanisme se brise, qu'il y a des parasites, qu'il manque de sécurité ou que l'on trouve autre chose.

Ces découvertes fortuites obéissent à un double jeu d'éléments à la fois logiques et irrationnels. D'une part toute découverte non prédite est redevable au génie de son auteur qui sut dépasser la simple constatation pour déduire une explication logique. D'autre part elle est déterminée par le contexte scientifique. Les environnements culturel et social du chercheur le poussent à perfectionner ses instruments, à inventer de nouvelles théories, à prospecter plus loin encore son champ d'investigation pour mettre en évidence des phénomènes qui jusqu'alors passèrent inaperçus.

"De revolutionibus" ayant appartenu à Reinhold Erasmus qui fut l'élève de Copernic vers 1560.

Quelquefois les découvertes se succèdent, allant jusqu'à provoquer une véritable révolution scientifique. Pour Kuhn ces découvertes suivent une évolution temporelle et ont donc une structure.

Le plus bel exemple est l'ellipse inventée par Kepler. C'est parce que le célèbre mathématicien eut connaissance du système héliocentrique de Copernic qu'il put tirer profit des conceptions néoplatonistes, en particulier des concepts de la Renaissance pour formuler ses nouvelles hypothèses. Si Kepler avait conservé les ouvrages de Platon, le démiurge aurait façonné le monde d'une manière bien différente.

Si les théoriciens peuvent décrire les phénomènes, nous savons maintenant que leurs descriptions sont guidées par l'état de la science de leur temps, étroitement liées à une structure temporelle qui forge leur évolution.

Selon Conduitt, alors que Newton venait de voir la pesanteur faire tomber une pomme d'un arbre, il se demandait si cette force ne pouvait pas s'étendre jusqu'à la Lune. Mais en effectuant des calculs basés sur les estimations des géographes, Newton reconnut que ses valeurs ne s'accordaient pas avec sa théorie, "et il fut forcé d'admettre qu'à la force de pesanteur devait se mêler cette force que la Lune aurait si elle était emportée dans un tourbillon…" Son intuition était exacte, mais ne pouvant expliquer les faits nouveaux, Newton reprit l'idée de Descartes et introduisit une erreur qui alla gâcher toute l'élégance et la simplicité de sa théorie originale.

Ainsi que l'a écrit Max Planck[6], "Une vérité nouvelle en science n'arrive jamais à triompher en convainquant ses adversaires et en les amenant à voir la lumière, mais plutôt parce que finalement ses adversaires meurent et qu'une nouvelle génération grandit, à qui cette vérité est familière."

Mais pourquoi les scientifiques sont-ils si peu réceptifs aux idées nouvelles ? Se sont souvent des personnes extérieures à la discipline ou de jeunes recrues occupant un rang plus modeste dans la hiérarchie qui découvrent de nouvelles idées. Les travaux de Mendel par exemple furent ignorés pendant 35 ans car les biologistes considéraient que les expériences d'un ecclésiastique ne pouvaient rien apporter à la science. La théorie de la dérive des continents de Wegener sera rejetée pendant 40 ans car il eut été inconcevable qu'un météorologiste donne son avis en matière de géologie. Pasteur à son tour sera critiqué car ce chimiste découvrit les germes pathogènes avant les médecins ! De tels exemples sont légions et ne confirment pas le rôle traditionnel de la science.

Trois parmi de nombreux transfuges de la science : l'ecclésiastique Gregor Mendel passionné de biologie, le météorologiste Alfred Wegener passionné de géologie et le chimiste Louis Pasteur passionné de médecine. Ces pionniers durent parfois se battre plus de 40 ans contre les préjugés de certains intellectuels pour faire valoir leurs théories. Documents Field Museum/Stepan Bartos, K.Funigraz et Dibner Library of the History of Science and Technology

La réponse des scientifiques est donc modelée sur des idées préconçues concernant tant l'état de leur discipline que la façon de conduire les expériences à venir. Mais en se protégeant ainsi contre la nouveauté, les conservateurs masquent la réalité des faits. L'interprétation des résultats devient fonction d'a priori culturels et sociologiques que la méthode scientifique et les contrôles internes ne découvrent pas. Si l'influence de ces différents facteurs est bien cernée, l'objectivité sera sauvegardée et le but de la science sera respecté.

Mais la recherche du "comment", cette causalité tant appréciée, ne résout pas tous les problèmes. Il est important de souligner que la causalité ne s'applique qu'en physique. Mais dès que le comportement devient imprévisible, le déterminisme disparaît. La biologie, l'économie ou les sciences sociales ignorent le déterminisme. Un phénomène "obéit" à une loi plutôt qu'à une cause, dont l'antécédent est constant et la conséquence déterminée. La cause est sujette à variations tandis qu'une loi est corrélée à des observations maintes fois répétées. Elle suit une méthode mathématique. Une loi, une règle, toute norme est de nature libérale. On pourrait dire qu'elle est fixée arbitrairement, imposée par nature, où comme Montesquieu[7] le disait "elle dérive de la nature des choses".

Il existe ainsi un rapport entre les composants d'un phénomène, ce qu'on appelle une équation mathématique qui obéit à des corrélations observées dans des circonstances variées. Ces lois expriment le caractère déterministe des phénomènes physiques. Mais à l'échelle de l'atome cette explication n'a plus de sens et la théorie devient beaucoup plus complexe. On doit appliquer le calcul des probabilités pour retrouver un résultat "déterminé". Ceci concerne un problème stochastique (de conjoncture) qui a des relents philosophiques dont il est très difficile de se débarrasser.

Claude Bernard disait que "le but de toute science, tant des êtres vivants que des corps inertes, peut se caractériser par deux mots : prévoir et agir." Mais son déterminisme était opposé aux lois du hasard et ne supporterait plus les critiques des physiciens ou des chimistes. Ce à quoi Wittgenstein rétorqua dans son Tractatus : "Le monde est tout ce qui est, tout ce qui se passe". Le monde est contingence, régit par les lois du hasard. Faux diraient Bohm ou les sages tibétains. Puisque nous sommes plongés dans le monde, nous participons à son devenir. L'ordre est suggéré par l'harmonie de la Nature.

Les théories alternatives

Des idées à faire exploser la Terre en mille éclats

En biologie, en physique quantique, en cosmologie

Précisons que la relation causale a également une connotation philosophique. Chercher la cause ou la raison d'un phénomène consiste par définition à poser le "pourquoi". La science n'est pas à même de répondre à ce genre de question. Sa tâche réelle est d'expliquer le "comment", de quelle manière, par quel moyen tel événement peut se produire. La nuance, ambiguë pour certains, transforme de plus en plus la science en une doctrine moderne : on croit en telle théorie comme l'on croit en Dieu. On finit par attribuer à la science un pouvoir surnaturel, métaphysique qu'elle ne possède pas. A moins que les physiciens ne se décident à considérer les principes philosophiques de Bohm et consorts comme une réalité possible.

Pour plus d'informations

Livres

Nouvelle histoire des idées, Alain Blondy, Perrin, 2016

Le Cygne noir (suivi de Force et fragilité), Nassim Nicholas Taleb, Les Belles lettres, 2012

Petit traité de l'imposture scientifique, Aleksandra Kroh, Belin/Pour la Science, 2009

Sur Internet

Comment fonctionne la science (poster en PDF), How Science Work/U.Berkeley

Comment fonctionne la science ?, Tom Roche, Mediapart, 2016

Top 10 papers per year by citations (depuis 1900), K.Gordon/STScI

Understanding Science: An overview, How Science Work/U.Berkeley (dossier complet)

Peer Review or how an experiment becomes scientific literature, Pale Red Dot, 2016

Peer Review at Science Publications, Science

Authors & Referees. How to publish your paper, Nature

Referee guidelines for papers submitted to a journal published by IOP, IOP Publishing, 2015

Tips for Publishing in Scientific Journals, Katrina Kelner, Science, 2007

11 steps to structuring a science paper editors will take seriously, Elsevier, 2014

How to become good at peer review: A guide for young scientists, Jennifer Raff, 2013

Three myths about scientific peer review, Michael Nielsen, 2009

How scientists fool themselves, Regina Nuzzo, Nature, 2015

Why Current Publication Practices May Distort Science, Neal S Young et al., PLOS Medicine, 2008

An investigation of the false discovery rate and the misinterpretation of p-values, David Colquhoun, The Royal Society Publishing, 2014

Most scientific papers are probably wrong, Kurt kleiner, 2005.

 

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[1] K.Popper, "La logique de la découverte scientifique", Payot, 1973, 85, p284 et suivantes et Appendice XI, p406.

[2] Cicéron, "De la divination", Les Belles Lettres, trad. G.Freyburger/J.Scheid, 1992, p106.

[3] J.Jacques, "L'imprévu ou la science des objets trouvés", Odile Jacob, 1990, p101.

[4] L.Pasteur, lors d'un discours officiel prononcé à la Faculté des Sciences de Lille, le 7 décembre 1854.

[5] P.de Gennes, "Les objets fragiles", Plon, 1994.

[6] M.Planck, "Autobiographie scientifique", trad. A.George, Flammarion-Champs, 1991, p33-4.

[7] Montesquieu, "L'Esprit des Lois", 1748.


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