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Sous les changements la permanence

Étudiant en physique, Jules Guioth s’intéresse à l’histoire et la philosophie des sciences. Il propose ici, en s’appuyant sur l’histoire de l’astronomie et de la physique, une vision de la science plurielle, soumises à diverses influences philosophiques, historiques et sociologiques, bien souvent absente des points de vue actuels.

Pour la promotion de l’histoire des sciences

La science est-elle sujette aux préjugés métaphysiques ? Quelle est sa place dans la connaissance ? Ces questions ne sont pas nouvelles. Laissons la parole à un des pères de l’histoire des sciences française, Pierre Duhem : « Depuis qu’il existe une science de la Nature, elles [ces questions] sont posées ; si la forme qu’elles revêtent change quelque peu d’un siècle à l’autre, parce qu’elles empruntent cette forme variable à la science du moment, il suffit d’écarter ce vêtement pour reconnaître qu’elles demeurent essentiellement identiques à elles-mêmes. » peut-on lire dans l’avant-propos de Sauver les apparences. Néanmoins, leurs réponses peuvent varier... On pouvait lire cette affirmation d’Ernest Renan en 1848 dans l’Avenir de la science  : « La science étant un des éléments vrais de l’Humanité, elle est indépendante de toute forme sociale et éternelle comme la nature humaine » . Bien qu’elle semblerait quelque peu anachronique à un scientifique d’aujourd’hui, je pense pourtant que cette vision est encore trop partagée dans nos sociétés fondées sur les sciences et la technique. La méthode scientifique n’est absolument pas remise en cause, mais j’aimerais combattre l’idée, sans doute véhiculée par l’enseignement au lycée, que la science est une entreprise toute tracée selon une unique forme de rationalité, exsangue de toute métaphysique . Les contre-exemples, montrant à la fois que la science ne se construit pas le long d’un chemin pré-dessiné par une unique forme de raison et qu’elle peut parfois être sujette à de violente controverses philosophiques sont légions. Pour n’en citer qu’un, il n’y a qu’à regarder l’histoire relativement récente de l’introduction des probabilités en physique et notamment en mécanique quantique où elles jouent un rôle fondamental, qui ne fût pas toujours très bien accepté au début : Les débats entre Einstein et Bohr à ce sujet sont remarquables. Toutefois, je ne traiterai – à titre d’exemple – essentiellement que l’histoire des premières conceptions de l’Univers jusqu’à Platon et Aristote. Très restrictif face à l’immensité de l’histoire des Hommes et pourtant trop vaste, ce thème puise une partie de son intérêt dans la diversité des approches qu’il abrite et également en ce qu’il nous permettra d’aborder brièvement ce qui a pu amener l’humanité à ce que certains jugent être un paradoxe de l’histoire des sciences. Il s’agira de montrer, en s’appuyant sur le bel ouvrage d’Arthur Koestler, Les somnambules , comment l’astronomie a pu se développer sous divers fondements notamment spirituels et métaphysiques. Enfin, seront mentionnés quelques exemples plus récents de l’histoire qui montreront – je l’espère – à quel point les critères de rationalité et les influences philosophiques, sociologiques et historiques, ont pu être divers, même dans notre société occidentale.

Les premières conceptions de l’Univers dont nous avons connaissance remontent aux babyloniens et aux égyptiens, trois milles ans avant Jésus-Christ. À cette époque, le monde des babyloniens est perçu comme une huître : la Terre flotte sur de l’eau et la Lune, le Soleil parcours le dôme d’un bord à l’autre, lui-même parsemé d’étoiles. La conception des égyptiens était très proche : au dessus, le ciel est un fleuve sur lequel les dieux Lune et Soleil poussent leur barque ; au dessous demeure la Terre. Les étoiles fixes étaient des lampes suspendues à la voûte céleste. Les planètes, quant à elles, voguent sur leurs bateaux personnels. Tous les quinze de chaque mois environ, la Lune commence à disparaître dans la pénombre petit à petit pendant deux semaines. Selon la mythologie égyptienne, celle-ci est petit à petit dévorée par une truie féroce avant de renaître au début du mois suivant. De nos jours de telles considérations paraîtraient impensables. Cependant, bien que fondée sur des postulats mythologiques, leurs connaissances laissaient déjà apparaître une méthode scientifique : leur théorie s’accordait bien avec leurs observations qui étaient d’ailleurs étonnamment précises – ils calculaient la longueur de l’année à moins de 0,001 % près de la valeur correcte. Ils pouvaient d’une certaine manière être « prédictifs » . Quel que fut leur arrière plan mythologique, leurs prédictions devaient s’accorder aux phénomènes. Mais au-delà de cette exigence scientifique minimale, il est indéniable que les critères d’acceptation de leurs représentations étaient mythologiques.

Après Babylone et l’Égypte vint la Grèce, et notamment celle du grand VIe siècle avant Jésus-Christ, qui marque, avec les philosophes ioniens et la figure de Pythagore, l’entrée dans une nouvelle ère de pensée rationnelle s’extrayant peu à peu de la mythologie. Sans vraiment abroger les anciennes conceptions – égyptiennes et babyloniennes – de l’Univers, Thalès de Milet, philosophe ionien , est un des premiers à directement interroger notre mère Nature. Connu pour avoir introduit la géométrie abstraite et avoir prédit une éclipse de Soleil, il ne s’en tint pas là. S’abstrayant de toute considération mystique, il pose cette question révolutionnaire : par quels moyens naturels et avec quelle matière première l’Univers s’est-il formé ? D’après lui ce devait être l’eau, car toutes les choses naissent en son sein – y compris l’air qui est de l’eau évaporée. Mais peu importe sa réponse ; d’ailleurs certains de ses contemporains parlaient plutôt du feu. Il est remarquable que pour la première fois la curiosité humaine ne s’adresse pas à un oracle mais directement à la Nature. D’après Platon, un bon exemple de cette nouvelle fièvre « est celui de Thalès qui, la tête en l’air pour contempler les étoiles, tomba dans un puits, et fut raillé – dit-on – par une maligne et jolie servante de Thrace comme étant curieux de savoir ce qui se passait dans le ciel et incapable de voir ce qu’il y avait devant lui à ses pieds. » Le second philosophe ionien, Anaximandre, est également tout à fait symptomatique de cette époque. Selon ce dernier, l’Univers est infini en temps et en espace et toute chose qui le constitue est formée à partir d’une même entité, indestructible et éternelle. La Terre est toujours considérée comme un disque mais se trouve cette fois ci entourée d’air et ne flotte plus sur l’eau. Anaximandre semble également être à l’origine d’une des premières visions mécaniques du monde : les cieux sont sphériques, organisés en plusieurs couches dans lesquels des trous sont percés, laissant apparaître le feu au-delà. Le Soleil n’est donc qu’un trou dans la sphère extérieure se déplaçant durant la journée. Ici apparaît clairement une évolution : la barque babylonienne du dieu Soleil est transformée en un trou se déplaçant mécaniquement qui laisse apparaître le feu extérieur. Cette conception apparaît sans doute loufoque à l’homme du XXIe siècle, mais elle demeure pourtant belle et bien une conception mécanique, matérialiste, plus proches de nos canons rationnels que ceux des babyloniens.

Néanmoins, ces premières théories de l’Univers sont encore très attachées à leurs auteurs, en ce sens qu’à chaque système philosophique correspond une vision rationnelle de l’Univers : les critères de rationalité sont multiples, liés à des métaphysiques diverses. Pour rendre cela un peu plus probant dans ce contexte, le nouveau système du sceptique Xénophane de Colophon peut être examiné. En tant que panthéiste, homme pour qui le changement n’est qu’illusion – au contraire des philosophes ioniens, plutôt matérialistes et optimistes –, Xénophane voit la Terre comme « enracinée dans l’infini ». Le soleil et les étoiles ne sont que des « exhalaisons nuageuses » qui montent et prennent feu. Le Soleil renaît tous les matins... Ainsi, en comparant Xénophane aux précédents philosophes ioniens, la diversité des conceptions de l’Univers qui régnait à cette époque peut-être perçue. Il faudra attendre l’arrivée d’un homme et au final de toute une école de pensée pour unifier la majeure partie de ces théories : il s’agit de Pythagore de Samos.

Pythagore peut aujourd’hui être considéré comme le fondateur de la science. Ce grand esprit bénéficiait d’une notoriété considérable – certains viennent à parler de « demi-dieu » – grâce à la fabuleuse synthèse de son époque qu’il édifia. Le paradigme de cette unification est sans aucun doute le rapprochement de la musique et des mathématiques qui l’amena à la notion fondamentale d’harmonie. En effet, les mathématiques lui sont sacrées. Elles deviennent symbole de symétrie, de l’éternel. Matérialistes, les ioniens souhaitaient élaborer une connaissance des phénomènes. Les pythagoriciens, quant à eux, s’intéressent essentiellement aux relations entre les choses qui doivent correspondre aux lois fondamentales de l’harmonie des nombres. Par conséquent, le disque terrestre devient une sphère autour de laquelle, le Soleil, la Lune et les planètes tournent, chacun fixé à sa propre sphère. Les orbites de ces astres forment alors des rapports harmonieux exactement de la même manière que les fréquences des sons musicaux : une véritable « musique des sphères » apparaît. Encore une fois, la foi, des considérations métaphysiques guidaient leurs critères de rationalité. Les Pythagoriciens synthétisent également tous les cultes (Bacchisme, Orphisme, culte d’Apollon, etc., qui avaient pour fonction première de purifier l’âme et le corps) en une hiérarchie complexe appelée Catharsis et dont le plus haut degré figure dans les nombres et leur harmonie. Cette synthèse pythagoricienne, en rassemblant dans un même élan philosophique la science et la purification de l’âme à travers l’harmonie, donnera un élan considérable aux conceptions de l’Univers qui suivront.

La période qui suit directement Pythagore voit naître une vision plus précise de l’Univers. Dès la fin du VIe siècle avant Jésus-Christ, Philolaos imagine que la Terre se met en mouvement autour d’un « feu central ». Elle devient alors une planète. Ceci constitue la première rupture avec le géocentrisme. Par suite de raffinements successifs, le feu central devient l’intérieur de la Terre et par là-même sa source d’énergie. Ensuite, Héraclide du pont, fait cette fois-ci tourner la Terre autour de son axe à raison d’un tour toutes les vingt-quatre heures ; mais l’irrégularité manifeste des planètes pose toujours problème. Pour le résoudre, il franchit une étape décisive : il suppose que les deux planètes les plus irrégulières – Mercure et Vénus – ne tournent plus simplement autour de la Terre, mais deviennent des satellites du Soleil. La voie vers l’héliocentrisme est alors ouverte, et ce dès le IVe siècle avant Jésus-Christ ! L’apothéose apparaît en ce même siècle avec son successeur, Aristarque de Samos, le « Copernic grec » selon Koestler. Tout d’abord, il mesure successivement les distance Terre-Lune et Terre-Soleil. Il démontre alors que la distance Terre-Soleil est environ dix neuf fois plus grande que la distance Terre-Lune. Mais le diamètre apparent du Soleil étant presque identique à celui de la Lune , il en déduit que le Soleil devait être dix neuf fois plus grand .
Or il paraît davantage logique de considérer que les petites planètes tournent autour des plus grosses : l’héliocentrisme est né ! Aristarque est le premier à enseigner le modèle qui sera celui de Copernic et la rotation propre de la Terre. Sous ces hypothèses, il explique avec une bien plus grande simplicité que ses confères la quasi-totalité des faits astronomiques alors connus. Néanmoins, Aristarque n’aura apparemment que pour seul disciple, Séleucos de Séleucie, un astronome du IIe siècle avant Jésus-Christ, dont l’influence s’effacera devant celle des grands noms de l’astronomie des IIe et IIIe siècles avant notre ère : Appolonios de Pergè et Hipparque de Nicée qui tous deux conservèrent la conception géocentrique. Là encore, les raisons des choix de cette même hypothèse, l’héliocentrisme, par Aristarque et Séleucos sont différentes. Ce dernier était apparemment motivé par un certain réalisme, tandis qu’Aristarque, en bon mathématicien, était moins préoccupé par ses hypothèses. Il fallait seulement que les prédictions de son modèle collent aux observations. Quoiqu’il en soit, l’héliocentrisme ne sera « redécouvert » que dix sept siècles plus tard grâce au célèbre chanoine polonais, Nicolas Copernic. Que s’est-il passé entre temps ? Pourquoi la théorie d’Aristarque n’a-t-elle pas été retenue ?

Arthur Koestler répondrait succinctement « le divorce de la foi et de la raison »... En effet, l’auteur hongrois affirme que la théorie d’Aristarque fut masquée par l’apparition, environ un siècle plus, tôt des deux grandes figures fondamentales de la fin de cette apothéose grecque : Platon et Aristote. Schématiquement, Platon signe « le divorce de la foi et de la raison » en faveur de la première. Bien qu’il ne faille pas prendre ses théories au pied de la lettre, elle perdurèrent en tant que telles par la voix de ses disciples : le néoplatonisme dominera toute la philosophie occidentale jusqu’à la redécouverte d’Aristote à la Renaissance. Bien évidemment, de très nombreuses raisons expliquent l’extraordinaire influence qu’on eut ces deux sommets de la pensée. Il mentionne en particulier celles-ci : la majorité de leurs écrits ont survécu et ne se sont pas retrouvés en fragments ou citations ; ils se sont intéressés à de très nombreux domaines de la connaissance en apportant à chaque fois des réponses complémentaires et exhaustives ; et enfin leurs systèmes philosophiques et politiques apportaient stabilité et permanence dans une Grèce ravagée par les guerres macédoniennes : quand le réel n’est plus tolérable, l’esprit fuit et s’invente un autre monde artificiel et parfait ! Le platonisme méprise donc la science empirique et voit en tout changement quelque chose d’intolérable : le monde parfait est éternel et immuable. L’Astronomie n’échappe pas à cette contamination : la perfection résidant dans le cercle et la sphère, chaque astre possède désormais une vitesse uniforme le long de sa trajectoire circulaire. Aristote surenchérit, et cette conception platonicienne s’érige en véritable « dogme du cercle » qui ne s’éteindra véritablement qu’après l’avènement des lois de Képler ! Il s’agit ensuite de « sauver les apparences » pour reproduire au mieux les observations : c’est ainsi qu’apparaît par exemple le fameux modèle des épicycles de Ptolémée. Voilà exposé très sommairement l’hypothèse la plus probable selon Arthur Koestler de ce retour dans l’ « obscurité » en signant l’oubli de l’héliocentrisme d’Aristarque.

Cette position, si elle n’est pas complétée, est largement discutable. Plusieurs historiens, dont Geoffrey Lloyd , admettent l’importance des croyances religieuses et philosophiques dans le soutient envers le géocentrisme. Cependant, ces considérations ne sauraient à elles seules tout expliquer. Lloyd souligne que beaucoup d’astronomes rejetèrent l’héliocentrisme d’Aristarque sur des bases physiques et astronomiques. En effet, un premier argument consiste à dire, selon celui d’Aristote, que les corps lourds ont tendance à rejoindre leur lieu naturel, le centre de la Terre, afin de demeurer au repos. Mais pour que cette loi soit universelle – ce qui semble être d’expérience le cas – il faut que le centre de la Terre soit confondu avec celui de l’Univers. En appliquant cette idée à la Terre elle-même prise dans son ensemble, elle ne peut être qu’au repos et au centre de l’Univers. La seconde objection a trait à n’importe quel mouvement de la Terre. Elle est la plus célèbre : si la Terre tournait sur son axe, ou encore pire autour du Soleil, comment se fait-il que nous ne le sentions pas ? Les nuages devraient par exemple se déplacer très rapidement. Et même si l’air environnant suivait le mouvement de la Terre, plusieurs, tel Ptolémée, soutinrent que les corps solides devaient d’une certaine façon manifester quelques indices de rotation de notre planète. Enfin la difficulté majeure à laquelle s’opposait l’héliocentrisme était que tout mouvement de la Terre devait conduire à observer des mouvements de parallaxe des étoiles. Mais ceci était contraire à l’expérience ! Aucun mouvement de ce type n’était décelé à cette époque. Aristarque avait prévenu ce type d’objection en faisant l’hypothèse que les étoiles étaient à une distance très grande devant celui, typique, du mouvement de la Terre supposé. Ainsi, le rejet de l’héliocentrisme d’Aristarque semble s’être également établi sur des considérations scientifiques : sa théorie ne permettait pas de répondre à ces objections.

Toutefois, la doctrine aristotélicienne des « lieux naturels » séparant le monde en deux parties, l’une sublunaire, imparfaite, et l’autre supralunaire, parfaite, où résidaient les étoiles et les planètes, reposait également sur des considérations métaphysiques. En effet, pour expliquer la différence des mouvements naturels entre les corps pesant dans le monde sublunaire – qui rejoignent la Terre – et les corps célestes – dont le mouvement est circulaire, éternel –, Aristote, conformément à sa métaphysique des causes, imagine que ces derniers sont composés d’un cinquième éléments, l’éther dont le mouvement naturel est circulaire et uniforme. Le « dogme du cercle » dont parle Arthur Koestler a donc quelque part sa place. L’astronomie grecque, loin d’être une partie intégrante de la physique, était avant tout une discipline mathématique. Il s’agissait de « sauver les phénomènes » à l’aide de modèles géométriques mettant en jeu des mouvements réguliers et uniformes – essentiellement le cercle – afin d’expliquer les mouvements irréguliers des astres. Le choix de ces modèles, s’il n’était pas pleinement détaché de considérations physiques, s’est avéré empreint de métaphysique et donc d’une certaine visée rationnelle, qu’elle obéisse à une croyance ou à un critère pragmatique de simplicité ! Le paradoxe pointé par Koestler n’en est donc pas vraiment un selon cette conception. Il en est ainsi seulement de notre point de vue anachronique, spectateur d’un certain progrès scientifique que l’on pourrait croire apodictique.

Si cet exemple grec est éminemment riche dans son illustration de la diversité des influences philosophiques et des pratiques jugées acceptables par chacun, il est loin d’être le seul dans l’histoire des sciences. Un autre exemple concerne la mécanique du XVIIe siècle : l’opposition entre Newton et Leibniz à propos de la gravitation relève du même genre de conflit philosophique. Pour le philosophe anglais, seules les actions à distances sont acceptables. Tandis que pour Leibniz, il n’y a qu’un monde constitué de monade, qui obéissent à un principe de continuité tout à fait contraire à la vision newtonienne. Ces deux rivaux sont donc fondamentalement en désaccord sur leurs critères respectifs d’intelligibilité, d’acceptation, donc d’une certaine manière de rationalité. Plus récemment, l’influence des thèses de la Naturphilosophie allemande du XIXe siècle, et en particulier celles de Schelling, sur le père de l’Électromagnétisme Œrsted a été avérée . Souhaitant se démarquer de la doctrine kantienne selon laquelle l’espace et le temps sont les conditions sensibles a priori des perceptions des phénomènes physiques, Schelling propose d’intégrer la physique dans l’espace et le temps mêmes, ce qui le conduit à abandonner le paradigme des forces centrales – héritées de la gravitation de Newton – pour introduire des actions latérales. Œrsted a apparemment été influencé par le philosophe allemand – dont il s’était lié d’amitié à l’Université de Jena –, ce qui le conduisit à l’expérience fondatrice de l’Électromagnétisme, liant électricité et magnétisme. Mais il ne fut pas le seul. Il semblerait – bien que cela soit sujet à controverse – que Faraday fut aussi influencé par cette philosophie dans sa conception des lignes de forces magnétiques et électriques, qui ont directement conduits aux travaux fondationnels de Maxwell.

L’influence de la philosophie – voire de la théologie ou de la mythologie pour les temps plus reculés – dans nos représentations du monde apparaît donc comme une constante dans l’histoire de la physique. Les modes d’influence sont divers. Les considérations métaphysiques guident bien souvent les modèles de l’astronomie grecque mais à l’époque moderne, elles opères davantage sous forme de critères d’acceptation. Les pratiques diffèrent et les modes de rationalité, avec. Car si les sources d’inspiration sont plurielles, il s’agit toujours de décrire le monde : la prise en compte de l’observation garantit une « rationalité minimale ». Et qu’en est-il aujourd’hui ? La méthode axiomatique adoptée dans l’enseignement empêche sans doute une prise de conscience de ce type d’influences.
Aussi, l’habitude des schèmes de nos représentations et la valorisation de la technicité tendent assurément à diminuer leurs impacts. En ce qui concerne la physique, une démarche abstraite, apparemment dénuée de toute interprétation est valorisée. Et, finalement, aucune discussion des fondements – qui sont sans doute les plus imprégnés des ces influences socio-historico-philosophiques – n’est proposée. Car, ces questions demeurent, à en juger par l’exemple de la mécanique quantique dont les nombreuses interprétations théoriques diffèrent selon des ontologies et des épistémologies différentes.
Les fondements mécanistes de la physique classique ne sont pas à remettre en cause, mais il s’agit de briser cette image monolithique que pourrait avoir de la physique – et sûrement des sciences en général – des élèves ou jeunes étudiants, pour les sensibiliser à la pluralités des pratiques et aux questions philosophiques qui sous-tendent les fondements de nos représentations du monde. Voilà un manifeste pour l’enseignement de l’histoire des sciences. Loin de la discréditer, cela ne la rendra que plus passionnante !

Jules Guioth
ENS Cachan