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Dossier présenté par Arnold lors de l’émission Podcast Science #297 - On parle souvent de la méthode scientifique, son efficacité, sa nécessité en science… les scientifiques la vénèrerait et le grand public la trouve froide et rigide… mais qu’en est-il vraiment ? Qu’est-ce que c’est ? D’où vient-elle ? Préparez vos sandales, vos toges et vos plumes, aujourd’hui nous allons parler de l’histoire de la méthode scientifique et de ce qu’elle nous apprend.

S’intéresser à l’histoire de la méthode scientifique : pourquoi ?

Posons les bases : creuser le sujet de la méthode scientifique, c’est se frotter à une question classique et ancienne de la philosophie : « Comment sait-on ce qu’on sait ? ».

S’intéresser à ce sujet sert à prendre du recul pour mieux comprendre ce qu’est la science, ce qu’elle a été, et pourquoi pas entrevoir ce qu’elle sera. Ça permet de comprendre pourquoi on peut se reposer sur la science, et pourquoi elle occupe une place de socle de nos sociétés. Ça permet aussi de combattre certains mythes populaires qu’on est nombreux à avoir en tête, tels que, au pif :

  • La science a commencé au XVIIe siècle avec Galilée puis Newton et leurs copains. Avant, tout le monde faisait mumuse et ils pensaient des choses amusantes.
  • Galilée n’était qu’un martyr de la science attaqué par des religieux dogmatiques.

Dans ce dossier, on va voir pourquoi un médecin de la Grèce antique se devait d’avoir des notions d’astronomie, qu’est-ce qui s’est passé lors de la révolution scientifique au XVIIe, et essayer de comprendre comment on en est arrivé à la pratique contemporaine de la science. On essayera même de se pencher sur l’avenir !

Voici le plan du dossier :

Qu’entend-on par “méthode scientifique” ?

Plantons le décor. Aujourd’hui, dans le langage courant, entre scientifique ou même avec le grand public, on utilise le plus souvent « méthode scientifique » pour parler de la méthode hypothético-déductive. Elle consiste en gros à suivre le cheminement hypothèse, prédictions, tester la prédiction (expériences & observations), refaire des hypothèses, etc (détail plus bas). C’est ce qu’on retrouve dans la plupart des supports de vulgarisation.

Cependant : il faut faire une mise au point sur ce qu’une méthode est / n’est pas dans notre contexte :

Premier petit piège : Rigoureusement, il est important de rappeler qu’en philosophie des sciences, « méthode scientifique » désigne plus largement l’ensemble des prérequis utilisés pour évaluer une théorie et l’accepter ou non à une époque donnée, ce qui désigne donc un cas plus général que la simple méthode hypothético-déductive actuelle ; cela ouvre la porte à d’autres exemples et types de méthodes.

Deuxième subtilité : On a parfois tendance à se représenter une méthode comme un mode d’emploi disponible sur une feuille A4 qu’il suffirait de suivre pour arriver à bon port (un protocole), mais dans ce cas-ci c’est autre chose. Le mot ‘méthode’ désigne ici les attentes implicites et explicitesque l’on a lorsqu’on évalue une idée ou une théorie, consciemment ou non (attentes issues de notre vision du monde).
Je m’explique : vous aller voir un film et vous ressortez en vous disant qu’il était nul. Mettons que pour vous, La La Land n’était pas au top. Si vous déclarer ça, c’est que vous avez une méthode pour évaluer ce film : une liste de critères pour l’évaluer (conscients ou non). Si on vous demande de les expliciter, vous pourrez en écrire quelques un, mais très probablement ce qui est écrit ne correspondra pas exactement à tous les critères que vous avez utilisés inconsciemment pour dire que le film est “bof”.

Ici donc, la méthode est ce qu’une personne utilise réellement pour évaluer une théorie, critères explicites et implicites inclus.

Qu’est-ce que la “méthode hypothético-déductive” ?

Comme écrit ci-dessus, ce qu’on entend aujourd’hui par méthode scientifique dans la vulgarisation et médiation scientifique (voire même de manière générale dans le monde scientifique) désigne le plus souvent la méthode hypothético-déductive. Alors à part des déductions et des hypothèses, késako ?

On peut se le représenter schématiquement comme un cycle fermé.


Le cycle de la méthode hypothético-déductive

  1. On commence généralement par une idée ou intuition sur un phénomène.
  2. Ensuite on inscrit cette idée dans une proposition qui reprend l’essence de ce que l’on pense, généralement sous la forme d’une question qui peut être testée : une hypothèse (étymologie : « hypo » signifie « manque » comme dans hypoglycémie ; en somme c’est une thèse à laquelle il manque un morceau.)
  3. En admettant cette hypothèse comme vraie, on déduit ce qui devrait se passer, en faisant des prédictions sur un phénomène à venir (ou des rétrodictions : idem mais pour des phénomènes passés).
  4. On peut ensuite tester empiriquement ces prédictions par des observations ou des expériences, et le cas échéant réfuter ou accepter l’hypothèse.
  5. Grâce à notre nouvelle compréhension, on recommence le cycle avec des idées différentes.

En procédant de cette manière, on essaye toujours de se prouver qu’on a tort. Si on n’arrive pas à prouver qu’on a tort, on considère que l’hypothèse correspond à la réalité des faits, jusqu’à preuve du contraire, comme le dit si bien Nicolas Martin.

Illustrons ! Je reprends un exemple issu de l’épisode PS avec Christophe de la chaîne Hygiène Mentale :

  1. Idée: Tiens, j’ai bien l’impression que je peux trouver de l’eau avec mes baguettes, aurais-je un don ? Essayons de s’en assurer.
  2. Hypothèse: l’utilisation de baguette de sourcier maniées par mes soins permet de détecter de l’eau.
  3. Prédiction: Si je passe près d’un volume d’eau avec mes baguettes, je serai en mesure d’obtenir une indication de sa présence.
  4. Expérience: On prend une vingtaine de seau d’eau : la moitié sont vides et les autres sont pleins.  On les dispose « assez » (arbitraire) écartés les uns des autres. On prend soin de fixer les paramètres autres que celui qu’on étudie pour éviter qu’ils aient une influence sur le résultat : prendre des seaux opaques, recouvrir le dessus, s’assurer que le support sur lequel il repose ne donne pas d’indice visuel sur leur poids… On effectue des tests et on relève les prédictions à l’aide des baguettes. On peut répéter ça plusieurs fois, ou avec plus de seaux, pour réduire l’incertitude du résultat.
  5. Conclusion : Il reste à comparer avec suffisamment d’essai si, à l’aide de mes baguettes, je trouve plus de seau d’eau que par hasard (50% de chance). En pratique, dans ce cas particulier il existe une panoplie de critères statistiques qu’on peut utiliser pour déterminer si l’effet est significatif (en outre je n’y touche pas, c’est pour un prochain épisode de Podcast Statistique).

Faites ce test chez vous ! si ça marche, demandez à un copain sourcier de faire l’expérience pour voir s’il peut reproduire votre résultat dans les mêmes conditions. Si ça marche aussi pour lui, demandez à une cinquantaine de sourciers de faire pareil de manière contrôlée. Si ça marche toujours, vous pouvez composer le numéro du CNRS en urgence. (Mais avant, appelez Christophe d’Hygiène mentale pour qu’il contrôle votre protocole, il se fera un plaisir de vous aider).

Voilà pour un aperçu de la méthode hypothético-déductive, le fondement de la science contemporaine. Maintenant qu’on sait ce que c’est, essayons de creuser en se posant la question suivante :

La méthode scientifique est-elle immuable? Autrement dit, la méthode est-elle trans-historique ? Ou y a-t-il eu d’autres méthodes scientifiques dans l’histoire ?

Pour répondre à cela, nous allons étudier le changement scientifique dans l’histoire ; mais avant de se lancer, nous avons besoin de deux concepts.

Théorie : ensemble de propositions qui essayent de décrire quelque chose. Ça peut être une seule comme « la distance de chute est proportionnelle au carré du temps écoulé depuis le début de la chute » ou plusieurs, comme le modèle standard de la physique des particules.

Mosaïque scientifique : C’est l’ensemble des théories acceptées à un moment donné. C’est un arrêt sur image dans le film du changement scientifique. Imaginez ça comme un puzzle ou chaque pièce est un domaine d’études. Ex : Dans la Grèce antique, la mosaïque comprenait l’astrologie, la physique aristotélicienne, la médecine basée sur les 4 humeurs élémentaires (substances dans le corps) … toutes aujourd’hui absente de notre mosaïque.


Un exemple de mosaïque scientifique : la mosaïque contemporaine (courtoisie d’Hakob Barseghyan)

Prémices des activités scientifiques

Pour savoir s’il y a eu d’autres méthodes scientifiques, nous allons faire de l’histoire des sciences et retracer le chemin qui nous a mené des premières tentatives de compréhension du monde à la découverte des ondes gravitationnelles. Ça revient à étudier les grandes étapes & changements qu’il y a eu dans la mosaïque scientifique.

Historiquement, la technique précède la science. On a fait des outils et du feu bien avant d’essayer de comprendre les rouages du monde, durant le paléolithique (paléolithique = -3 millions années à -10 000 av. JC)


Table mathématique cunéiforme gravée

En accélérant un peu, si on se place en l’an 3000 av. JC, on recense les premières activités scientifiques dans plusieurs endroits du monde : Égypte, Mésopotamie, civilisation de la vallée de l’Indus (nord-ouest de l’Inde actuelle). Néanmoins, les premières traces précises sont sans surprise aux endroits où des écritures permettant de manipuler des concepts abstraits ont vu le jour : en Mésopotamie (écriture cunéiforme) et en Egypte antique (hiéroglyphes). Dans les deux cas on sait qu’ils avaient des systèmes de comptage, de la géométrie élémentaire (des trucs pratiques genre calcul de surfaces), des notions d’astronomies (de nombreuses observations consignées), et une médecine naissante (bien que cette dernière ressemble plus à un art qu’à une science à ce moment-là).

Cela dit, si l’on souhaite comprendre l’origine des sciences contemporaines, le point de départ privilégié est la Grèce antique (du temps d’Aristote, IV ème siècle avant JC en gros). Pourquoi ? car même s’il y a eu de nombreux apports par d’autres civilisations ou des développement parallèles ailleurs (comme en chine par exemple), c’est là qu’on trouve la majorité des racines du processus qui a mené à la science actuelle, sous l’impulsion de différents philosophes.

Quelques exemples :

  • Parménide au Ve siècle av. JC qui dans son poème « De la nature» distingue une réalité permanente et immuable et le monde des apparences apportés par les sens.
  • … Puis la naissance du scepticisme basé sur l’idée que l’esprit humain ne peut rien savoir avec certitude (Pyrrhon d’Élis, IIIe siecle av JC)
  • La posture considérant le monde comme intelligible et explicable par des principes naturels déduits d’observations, porté par Thalès entre autres (VIe siècle av. JC)
  • La rhétorique et la volonté d’amener des propositions en suivant une articulation logique, codifié par Aristote (IVe siècle av. JC)

Bref, on peut encore rallonger avec Socrate, Platon et compagnie, mais sans avoir besoin de citer tout le monde, l’idée à retenir est que c’est la fête : tout le monde se tripote les neurones pour essayer de comprendre de quoi il retourne et comment le monde fonctionne.

La vision aristotélicienne-médiévale du monde et sa méthode

Ce qui nous amène à notre premier socle : la vision aristotélicienne du monde. Bien que modifiée et enrichie par la suite comme on le verra, c’est elle qui dominera les cercles intellectuels en Europe jusqu’à la fin du Moyen-âge.

Objectif de cette partie : se mettre dans les baskets (ou plutôt les sandales) d’un savant grec bien éduqué, au courant de toutes les composantes de la mosaïque scientifique aristotélicienne. Alors qu’est-ce que ça contient ? Pêle-mêle :

Physique aristotélicienne, Médecine des humeurs, Histoire naturelle, Cosmologie aristotélicienne, Astrologie, Mathématiques, Optique, Théologie (et oui !) puis enfin Métaphysique.

On va explorer un peu tout ça, mais pour bien comprendre ce qui est raconté par la suite, il faut prendre conscience des attentes implicites et explicites de l’époque concernant ce qu’une théorie doit être – c’est-à-dire, tel qu’on l’a défini, la méthode utilisée pour l’évaluer.

Imaginez que vous êtes un savant grec semblable à Aristote. Philosophe, étudiant la nature et manipulant des concepts métaphysiques ou théologiques avec l’aisance de vos contemporains. Quel est votre vision du monde ?
Dans la vision aristotélicienne, une proposition était considérée acceptable si elle répondait à un des deux critères suivants :

  • Ou bien la proposition atteint la nature – l’essence – d’une chose grâce à l’intuition (ici intuition = ce que pense quelqu’un qui a beaucoup d’expérience dans le domaine considéré. Exemple : si vous voulez comprendre la nature d’un mouton, demandez à un berger)
  • Ou bien la proposition peut être déduite logiquement d’autres propositions intuitives.

C’est une sorte de méthode « axiomatico-déductives ». Il y a déjà la partie de raisonnement logique, mais la source de l’information est issue d’axiomes qu’on postule, et c’est très vague ! Derrière ces critères on retrouve deux hypothèses implicites sur le monde :

  • La nature des choses : l’idée que chaque chose a une nature. Une qualité indispensable qui fait qu’une chose est ce qu’elle est. Ex : la nature d’une graine est de pousser pour devenir un arbre, la nature d’un humain est de raisonner…
  • L’intuition atteint la nature des choses : l’idée est que l’esprit humain peut toucher ou atteindre la nature d’une chose par l’intuition après suffisamment d’expositions et d’observations de cette chose.

Il découle de ces idées une démarcation très franche entre le “naturel” et “l’artificiel”. Ceci a deux conséquences importantes :

1) Une chose naturelle – qui n’est pas produite par l’homme – a sa propre source de changement, c’est-à-dire sa nature. Elle contient sa propre source de changement. La chose fait ce que sa nature lui dit de faire. Ex : les animaux se reproduisent car c’est ce que leur nature leur impose de faire.

Au contraire, une chose artificielle, étant donc produit artificiellement, a une source de changement externe à elle, quelque part d’autre. Ex : un char n’a pas de nature, il obéit à l’homme qui le dirige avec les chevaux. Un bateau n’a pas de nature, il est fait pour suivre ce qu’en fait le capitaine. Les sources de changements des choses artificielles sont extérieures à elle-même.

C’est pourquoi à cette époque, la mécanique ne faisait pas parti des sciences (car construit par l’homme donc n’a pas de « nature » / « d’essence »). Tout ce que l’homme fabriquait ou ce qu’on aurait pu appeler généralement l’ingénierie, n’était pas une science.

2) De manière plus importante en ce qui concerne notre fil conducteur : il découlait alors de la distinction naturelle / artificielle que dans des conditions artificielles, une chose ne peut pas se conduire naturellement (des oiseaux en cage par ex.). Une chose se comporte naturellement uniquement… dans des conditions naturelles. De ce principe il découle que les observations étaient acceptables, mais pas les expériences. Précision : une observation consiste à regarder ce qu’il se passe sans intervention, tandis qu’une expérience est une situation délibérément créée pour l’étude. L’expérience introduit de l’artificielle dans le processus, et « brouille l’intuition » qui permet d’atteindre la nature des choses. Un scientifique de l’époque n’accepte donc aucune expérience. On note que ce qui pourrait nous paraître stupide aujourd’hui était en réalité une position tout à fait cohérente en lien avec cette vision du monde.

Un peu de physique aristotélicienne :

Attention, hein. On fait de l’histoire de la physique, pas de la physique. Continuons : l’univers est constitué de 4 éléments : Terre, eau, air, feu. Chaque élément peut être lourd ou léger, humide ou sec, chaud ou froid.


Les 4 éléments de la physique aristotélicienne

Plusieurs civilisations ont convergé indépendamment vers ce genre de concept : (Babylone, Egypte, Chine, Inde…). C’est proche de l’expérience sensible du monde : des choses qui gardent leurs formes, qui changent de forme, qui sont volatiles… On peut effectuer un parallèle grossier avec les états de la matière de notre physique contemporaine : Terre (solide), Eau (liquide), Air (gazeux), Feu (plasma). L’idée est que c’est basé sur la première impression que l’on a du monde. On fait avec ce qu’on a !

Il y a un 5ème élément un peu à part : l’éther. On en reparle plus loin.

Un peu de médecine hippocratique…

Survolons rapidement la théorie des humeurs. Le corps contient 4 humeurs, chacune étant un cocktail des 4 éléments, et possédant un élément majeur. Chaque humeur était associé à un type de tempérament particulier. Chaque personne possédait son mélange particulier des 4 humeurs. Être en bonne santé, c’était avoir sa répartition des humeurs correspondant à ce “cocktail personnel”. Dès qu’on s’en écarte, des problèmes arrivent. A cette époque, un médecin diagnostiquait un problème comme un manque ou un excès de telle ou telle humeur.
Exemple célèbre de traitement: la saignée (pour traiter l’excès de l’humeur sang), qui a persisté jusqu’au XVIII ème siècle.

Mais d’où vient ce cocktail propre à chaque personne ? Il faut parler cosmologie !

… et de cosmologie aristotélicienne

Une image valant milles mots :


Organisation de la Terre et des astres dans la cosmologie aristotélicienne

  • Au centre (sublunaire) : la terre et la région en dessous de la lune constituée des 4 éléments du plus lourd au plus léger (Terre, eau, air, feu).
  • Au-delà (supralunaire) : les planètes, le soleil … empilés en sphères concentriques faite d’éther. Tout y est parfait lisse et géométrique. L’éther, le 5eme élément donc, est immuable, éternel, ne se transforme pas, ne peut pas être créé ou détruit.

Transpirant dans votre toge un beau jour d’été en se baladant à Athènes, vous remarquez que le soleil réchauffe la terre. Et la lune semble être présente lorsqu’il y a des marées… il vous est raisonnable de penser que ce qui se passe ici peut être influencé par ce qui se passe là-haut ! Pourtant l’éther est immuable, alors qu’est-ce qui peut bien changer ?

Y’a pas 36 solutions : la position des astres. Voilà que vous avez l’idée que la source des changements “d’en bas” (monde sublunaire habité par les humains) doit pouvoir être trouvé dans la position des astres. C’est ainsi que fut ouverte la porte conceptuelle de l’astrologie.

C’est également ici que l’on reboucle avec la médecine et le cocktail d’humeurs. En effet la source de l’ « équilibre des humeurs » était conçue comme étant dans la position soleil et des planètes à la naissance (un médecin devait donc connaitre un peu d’astronomie). Ce sont les racines conceptuelles de l’astrologie, qui rappelons-le, sera expulsé de la mosaïque scientifique plus tard.

Cet exemple tissant cosmologie, médecine et physique illustre bien l’emboitement des différents domaines de la mosaïque aristotélicienne. On peut compléter le tableau grossier du savant grec en ajoutant qu’il avait le concept philosophique d’atome et la connaissance de la rotondité de la terre (Ératosthène).

Voilà pour ce premier gros morceau, la Grèce antique. Il faut retenir que la méthode associée à cette vision du monde est d'”attraper” la nature par l’intuition, ou de déduire les choses logiquement de ces premières intuition. Les théories de cette mosaïque ont été modifiées par la suite mais cette méthode est restée présente jusqu’au XVIIème siècle. On continue !

Début d’une approche basée sur l’expérience : l’âge d’or du monde arabe

Nous allons passer rapidement sur le moyen âge, s’étendant de l’effondrement de l’empire romain à la renaissance. Pourquoi rapidement ? car en ce qui nous concerne, il n’y a pas eu de changement majeur de méthode.

Grosso modo, à la fin de la période antique, il y a plusieurs problèmes pour le maintien et la diffusion des connaissances : l’incendie de la bibliothèque d’Alexandrie, de nombreux parchemins éparpillés avec les changements politiques, d’autres encore qui sont grattés pour être réutilisés… . L’Europe va ensuite être le théâtre de différentes invasions et mouvements de frontières ; il y aura des avancements scientifiques, mais il faut se tourner vers le monde arabe pour avoir une meilleure ambiance. En effet, une grande quantité des savoirs antiques ont été repris, traduits puis amélioré dans le monde arabe.

Un millénaire après la Grèce antique, l’âge d’or du monde arabe (VIIIème au XIIème siècle) voit de nombreux avancements en mathématiques (pensez aux mots “algorithmes”, “algèbre”, qui en sont un héritage), en médecine, en physique et optique, en astronomie …

Du côté de ce qui nous intéresse, la méthode, il faut mentionner un personnage : Ibn-al-Haytham (latinisé en Alhazen). Mathématicien, philosophe et physicien du XIème siècle à Alexandrie, il est le premier homme dont on ait trace à avoir décrit et utilisé une méthode systématique basée sur la réfutation d’hypothèse par des expériences, tout en utilisant un formalisme mathématique. En gros, il a utilisé ce qui ressemble à la méthode hypothético-déductive plusieurs siècles avant les scientifiques de la renaissance. C’est un grand pas par rapport à la méthode aristotélicienne qui rejette les expériences car elles sont artificielles et invalides. Ce fait lui vaut souvent d’être considéré comme le premier scientifique de l’histoire (ce qui marche uniquement si on ne considère que la méthode hypothético-déductive !). Son portrait figure d’ailleurs sur le billet de 10 000 dinar iraqien.

Billet de 10 000 dinar iraqien. A droite, Alhazen et l’illustration de ses travaux d’optique.

Les idées d’Alhazen ont été repris deux siècles plus tard par un moine anglais, Roger Bacon, qui a grandement contribué à les répandre en Europe. Néanmoins il faudra encore attendre le XVIIe siècle pour qu’un changement de fond s’opère. C’est ce qu’on va voir maintenant. Nous allons zoomer sur la séquence d’évènement qui ont mené à une transition de la méthode aristotélicienne à la méthode hypothético-déductive : ce qu’on appelle aujourd’hui la révolution scientifique. Et il s’en est passé des choses en un siècle et demi !

La révolution scientifique : transition vers la méthode contemporaine

Galilée

Au début du XVIIe siècle (1609), fier de son petit assemblage de lentilles permettant de zoomer sur le ciel, – la première lunette astronomique –, Galilée se met à regarder tout ce qu’il peut. Très rapidement il va zoomer sur la lune et voir qu’il y a des montagnes, ce qui contredit totalement la vision aristotélicienne : rappelez-vous, le monde supra-lunaire est parfait, géométrique, fait d’Ether. Des montagnes, ça fait tâche.

L’année d’après, en 1610, il découvre les phases de Vénus. C’est-à-dire qu’il observe un cycle complet pour Venus allant de la « nouvelle venus » (sombre) à une demi-Venus, pleine Venus, puis à nouveau demi-Venus et la nouvelle Venus. Pour lui, cela brise complètement la vision aristotélicienne. Pourquoi ? Explication :

Dans la vision aristotélicienne utilisant le système de Ptolémée, pour rendre compte du mouvement des planètes on utilise la combinaison de deux cercles. Un premier grand cercle qui fait le tour de la terre, puis un second plus petit dont le centre se balade sur le grand. La planète Vénus tourne donc sur le petit cercle qui lui-même voyage sur le grand.


Le modèle de Ptolémée (courtoisie d’Hakob Barseghyan)

Dans ce système donc, Venus est toujours ENTRE la terre et le Soleil (son épicycle est aligné avec le soleil) : il est donc impossible de voir Venus complètement éclairée (pour voir ça il faudrait qu’elle passe derrière le Soleil : impossible dans ce système !).


Orbite de Vénus dans le système de Ptolémée. Pas moyen de la voir complètement éclairée, le soleil est derrière !

Voilà pourquoi Galilée, après avoir observé les phases de Vénus, penche pour le système de Copernic plaçant le soleil au centre. On a donc un cas solide d’une théorie (système copernicien) qui fait une nouvelle prédiction (il est possible d’observer un cycle complet des phases de Vénus) qui se trouve confirmée par l’observation de Galilée. Convaincant n’est-ce pas ? Et pourtant, la communauté de l’époque rejette Galilée. Avec nos yeux du XXIème siècle on peut se dire : oh les dogmatiques stupides ! ils ne veulent pas l’accepter car la terre qui bouge remet en question l’œuvre de Dieu !

C’est en partie vrai mais il faut prendre le temps de nuancer ce propos.

En effet rappelez-vous, si vous êtes bien éduqué avec la pensée dominante de l’époque, votre méthode d’évaluation d’une théorie est basée sur deux choses :

1) soit elle est intuitive, 2) soit elle découle logiquement de quelque chose d’intuitif.

Les prédictions nouvelles confirmées par l’observation, vous vous en tamponnez l’oreille avec une babouche, ça ne fait pas parti de vos méthodes. De ce fait, lorsque Galilée débarque vers vous en remettant en question le fondement de la physique aristotélicienne (terre et eau au centre de l’univers) avec une prédiction confirmée par son observation, vous lui répondez : la terre qui bouge ? mais ça n’est pas du tout intuitif, regarde autour de toi, tu la sens bouger ?! Allons allons, soyons raisonnable. Et… vous rejetez sa théorie.

On décrit souvent Galilée comme un martyr ayant fait face à une communauté dogmatique et irrationnelle. Cependant cette image est déformée : le clergé de l’époque avait une vision tout à fait structurée (complètement fausse, mais structurée !). C’était dogmatique, mais pas complètement irrationnel. Galilée a présenté sa théorie sans satisfaire les critères de la méthode qui était acceptée à ce moment-là, et il s’est fait refoulé à l’entrée de la fête.

Mince alors. Tout semble prêt et pourtant, impossible de faire accepter cette théorie à la communauté de l’époque. Comment faire ? Il faut faire ce que Galilée n’a pas su réaliser : se plier aux règles du jeu, et amener une théorie en satisfaisant les critères de la méthode de l’époque : quelque chose d’intuitif. C’est là que Newton et Descartes ont fait fort.

Descartes & Newton

Remise en contexte : nous sommes au début du XVIIème siècle et la communauté de l’époque n’a pas accepté les idées de Galilée. Un siècle plus tard pourtant, une page sera tournée alors que tout le monde utilise majoritairement la méthode hypothético-déductive. Nous devons ceci à Descartes et Newton. Tous deux ont proposé des théories qui, tout en satisfaisant les critères de l’époque (être intuitive), contenait des changements conceptuels assez forts pour mener à la méthode hypothético-déductive. Attardons nous sur la vision cartésienne et le changement qu’elle contenait en son sein.

Vision cartésienne

Descartes propose sa théorie en 1644.

Son objectif : convaincre la communauté aristotélicienne que sa théorie est valide. Descartes est un futé, il connaît les règles du jeu et sait qu’il doit s’y faire. (Il y a des passages dans ses écrits où il précise grossièrement : regardez chers aristotéliciens, je fais ce que vous dites de faire !)

Sa stratégie : douter de tout pour partir avec une « feuille vierge » et ne retenir que ce qui est vrai. Il veut une approche plus intuitive qu’Aristote. Descartes sait qu’il doute : or pour douter, il faut penser. Pour penser, il faut exister. Voilà son socle de départ : cogito ergo sum.

Je ne vais pas détailler tous ses raisonnements ; il faut retenir que sa stratégie marche et convint la communauté aristotélicienne en quelques décennies (avant fin XVIIe siècle). Et pourtant on le note : pas d’utilisation de prédiction confirmée par l’observation ! (mais il a suivi les règles du jeu du moment).

Ce qui nous intéresse maintenant c’est comment sa vision du monde contient les ingrédients menant à la méthode hypothético-déductive.

Toujours dans l’optique de trouver ce qui est vrai en remettant les choses en question, Descartes doute de toutes les propriétés de la matière en cherchant ce qui est indispensable, de manière intuitive. Il considère 5 candidates dans les propriétés de la matière :

La Couleur ? non (il existe des objets sans : air, verre transparent)
Le Son ? non (il existe des objets qui ne font pas de sons)
Le Goût ? non plus (il existe des objets qui n’ont pas de goût)
L’Odeur ? encore raté (il existe des objets qui n’ont pas d’odeur : oui plein heureusement)
La Forme : ah… oui !

Descartes dit qu’il n’existe rien qui n’occupe pas un morceau d’espace. La matière occupe toujours une certaine place, un bout d’espace, voilà ce qui est indispensable pour lui. Il nomme ça l’extension de la matière.  Dans sa théorie, tout est donc composé de petits bouts de matière qui interagissent entre eux par contact, comme des boules de billard. Pas de vide, seulement « un océan de petites choses qui agissent mécaniquement les unes sur les autres par contact ».

Voici le passage qui, pour moi, est le plus intéressant du dossier (attention, un peu technique!) : comment passe-t-on de cette simple idée à la méthode hypothético-déductive ?

Idée de départ : l’extension de la matière : la matière occupe de l’espace / tout n’est que petit bout de matière. Je vais détailler deux suites de déduction partant de cette idée.

Premièrement : Si le fait d’occuper une place et d’avoir une forme est la seule qualité indispensable, alors toutes les autres propriétés de la matières (poids, odeur, couleur etc…) en sont une conséquence, et sont fabriquées à partir de morceaux de matières qui interagissent. C’est à dire que ces propriétés secondaires n’existent pas réellement, elles sont une conséquence d’un certain enchainement de bouts de matière. Par exemple, le rouge = une certaine combinaison de particules, le vert = une autre combinaison de particules.
On accepte donc que : le monde est plus complexe que ce que nos simples observations donnent : il existe des mécanismes fondamentaux sous-jacents. D’où il est acceptable de faire des hypothèses sur des choses que l’on ne peut pas directement observer (rupture avec la nature intuitive des choses !).

Secondement : Tout phénomène peut se produire par différents arrangements de bouts de matière.
On peut obtenir le même résultat final en passant par différents enchainements (pour se représenter cette idée : imaginer des horloges identiques de l’extérieur, mais qui ont des mécanismes différents à l’intérieur).
Dans ce cas, on ne peut pas croire nos sens pour comprendre le fond car le même effet peut être produit par différents arrangements.
On accepte donc  que : un grand nombre d’explications d’égales précisons peuvent être trouvées pour le même phénomène : les explications « Post hoc » (« après les faits ») sont possibles. Il faut donc confirmer de nouvelles prédictions pour se protéger des explications forgés exprès pour coller aux données.

Résumons:
Il est acceptable de faire des hypothèses sur des choses invisibles et contre-intuitive.
Il est nécessaire de confirmer des prédictions par des observations.
Un parfum de déjà vu? Voilà comment l’idée d’extension de la matière mène à notre méthode contemporaine : la méthode hypothético-déductive.

Nous verrons ensuite rapidement que les idées de Newton mènent à un cheminement similaire vers la méthode hypothético-déductive.


Sur cette gravure, Cyrano s’envole au petit matin grâce à une ceinture de fioles remplies de rosée.

Mais avant de passer à la suite, voici un passage frappant d’un bouquin de l’époque. En 1650, Savinien Cyrano De Bergerac (le vrai type, pas le personnage de la pièce de théâtre) écrit deux ouvrages de satire : Les état et empires de la Lune, et Les états et empire du soleil. Ils sont parmi les premières œuvres de science-fiction. Cyrano, c’était un peu le Isaac Asimov du XVIIe. Dans le début du premier, Cyrano (personnage de son roman) trouve un moyen ingénieux pour aller sur la Lune (il s’attache des fioles de rosée autour de la ceinture, et dans une discussion avec un des habitants de la Lune à propos des astres, il lui sort le meilleur argument imaginable pour l’héliocentrisme :

« […] Je dis que la Terre ayant besoin de lumière, de la chaleur, et de l’influence de ce grand feu, elle se tourne autour de lui pour recevoir également en toutes ses parties cette vertu qui la conserve. Car il serait aussi ridicule de croire que ce grand corps lumineux tournât autour d’un point dont il n’a que faire, que de s’imaginer quand nous voyons une alouette rôtie, qu’on a, pour la cuire, tourné la cheminée à l’entour. » (j’appelle ça « l’argument du rôti à la broche » en faveur de l’héliocentrisme)

Et un peu plus loin, carrément : « […] Monsieur, lui répondis-je, la plupart des hommes qui ne jugent que par les sens, se sont laissés persuader à leurs yeux; et de même que celui dont le vaisseau navigue terre à terre croit demeurer immobile et que le rivage chemine, ainsi les hommes tournant avec la Terre autour du ciel, ont cru que c’était le ciel lui-même qui tournait autour d’eux. Ajoutez à cela l’orgueil insupportable des humains, qui leur persuade que la Nature n’a été faite que pour eux; comme s’il était vraisemblable que le Soleil, un grand corps, quatre cent trente-quatre fois plus vaste que la Terre, n’eut été allumé que pour mûrir ses nèfles et pommer ses choux. Quant à moi, bien loin de consentir à l’insolence de ces brutaux, je crois que les planètes sont des mondes autour du Soleil, et que les étoiles fixes sont aussi des soleils qui ont des planètes autour d’eux, […] »

Le culot qu’il fallait à Cyrano pour parler d’exoplanètes en 1650 !

Vision Newtonienne

Newton propose sa vision en 1687 en publiant Principes mathématiques de la philosophie naturelle (Philosophiae naturalis principia mathematica)Lui aussi propose des principes intuitifs, et bénéficie de la porte idéologique ouverte par Descartes. Par conséquent, en 1700, sa théorie est acceptée par la communauté scientifique de Grande-Bretagne.

Sans s’attarder, la transition vers la méthode hypothético-déductive est similaire à Descartes : Newton considère la chose suivante : La matière est une substance occupant un morceau d’espace, et interagit à travers des forces (contact/ distance). C’est proche de Descartes. On peut faire le même raisonnement sur le fait que le monde est plus complexe qu’il n’y parait et l’existence d’explications Post Hoc: on retombe sur la méthode hypothético-déductive.

Les visions de Descartes & Newton cohabitent, et les deux mènent à la méthode que l’on utilise aujourd’hui. Il reste à détailler une dernière étape de la révolution scientifique : comment départager quelle théorie explique le mieux le monde ?

Confrontation des visions cartésiennes et newtoniennes

Entre 1700 et 1740, la communauté scientifique européenne est partagée. La Grande-Bretagne a adopté l’idéologie Newtonienne, et le vieux continent celle de Descartes. Les deux théories s’opposent sur certains concepts fondamentaux :

CARTESIEN

NEWTONIEN

Action part contact uniquement

Les choses s’attirent à distance

Le monde est « rempli/plein », tout se touche

Le vide existe

Désormais, les règles du jeu ont changé et c’est vers les critères de la méthode hypothético-déductive qu’il faut se tourner pour trouver le meilleur candidat. Ça tombe bien, car il existe un sujet sur lequel les deux donnent des prédictions contraires : la forme de la terre.

Dans la vision cartésienne du monde, le vide n’existe pas. La gravité pour les corps célestes est donc expliquée par le concept de vortex, ou tourbillon.


Gravure représentant le système de “vortex” de Descartes. Au centre de chaque cellule, une étoile.

Le soleil tourne et entraîne autour de lui un vortex de particules. (penser à lorsque vous touillez un café dans une tasse). Les planètes, prisent dans ce vortex de particule, tournent autour de lui à différentes vitesses. La même chose prend place pour la lune autour de la terre, tout est une question de tourbillons dans des tourbillons…
OR, Descartes est conscient de l’effet centrifuge. Sans parler de force, il sait que les choses ont tendance à s’éloigner du centre de rotation quand elle tourne, comme lorsqu’on fait tourner un poids au bout d’une ficelle autour de soi et qu’on coupe la ficelle (Je vous conseille de ne pas refaire ça dans votre salon).

Mais pourquoi Lune ne part pas vers l’extérieur alors ? à Pense que le grand vortex « comprime » le petit.

Bref, en prenant en compte plusieurs considérations, la théorie cartésienne pouvait prédir soit que :

  • la Terre a légèrement la forme d’une orange (légèrement aplatie au pôle, plus large à l’équateur « sphéroïde oblate »).
  • Ou  que la Terre a légèrement la forme d’un Citron (allongé aux pôles, « sphéroïde prolate »). Cette idée est devenue la plus communément attachée à la vision cartésienne.

Du côté de Newton, le vide existe, et la gravité est simplement une force d’attraction que chaque bout de matière exerce l’un sur l’autre à distance. La forme logique pour une planète est une sphère (car la gravité est homogène dans toutes les directions. En ajoutant la “force”  (effet) centrifuge :  la matière aurait tendance à s’éloigner de l’axe de rotation près de l’équateur. Newton prédit donc que la Terre a une forme d’orange (légèrement aplatie au pôle, plus large à l’équateur « sphéroïde oblate »).

Tout le monde était bien embarrassé. Voltaire écrivait en 1734 dans ses lettres philosophiques :

« Un Français qui arrive à Londres trouve les choses bien changées en Philosophie comme dans tout le reste. Il a laissé le monde plein ; il le trouve vide. À Paris, on voit l’univers composé de tourbillons de matière subtile ; à Londres, on ne voit rien de cela. Chez nous, c’est la pression de la Lune qui cause le flux des marées ; chez les Anglais, c’est la mer qui gravite vers la Lune […] À Paris, vous figurez la Terre faite comme un melon, à Londres elle est aplatie des deux côtés. »

Pour résoudre cette querelle sur la forme de la terre, deux expéditions scientifiques françaises ont eu lieu en 1736 (« expéditions géodésiques françaises »). L’une, en Laponie, finit en 1737. L’autre en équateur revint en 1743.

Leur but : déterminer la longueur d’un arc correspondant à un degré le long d’un méridien (ligne Nord Sud). Sur une sphère parfaite, la longueur d’un arc d’un degré est pareil partout, mais pour une sphère aplatie ou allongée, variation contraire.

sphère allongée aux pôles (prolate), la longueur d’un arc aux pôles < à l’équateur.
sphère aplatie aux pôles (oblate), la longueur d’un arc aux pôles > à l’équateur.


La longueur d’un arc d’un degré varie en fonction de la forme du sphéroïde

(courtoisie d’Hakob Barseghyan)

Une fois les mesures des expéditions répandues, la forme aplatie de la Terre fut acceptée, confirmant ainsi la prédiction de Newton. On note tout de même que le système des vortex cartésien fut étudié jusqu’à la fin du XVIIème siècle (aux alentours de 1770).
Il faut aussi avoir conscience que Newton a utilisé un formalisme mathématique donnant de très bonne précisions dans les calculs prédictifs, ce qui a contribué à son succès. Le système newtonien prendra le pas sur le système cartésien par la suite.

Ici s’achève la partie historique : après cela, nous savons tous qu’il y a eu énormément de changements théoriques ; mais le socle de la méthode est resté similaire. Parlons maintenant de notre monde contemporain à la lumière de cette histoire.

La science contemporaine

L’esprit de la méthode hypothético-déductive

Derrière la méthode hypothético-déductive, il faut retenir que « l’esprit scientifique » est celui d’un scepticisme modéré : il vise la recherche du modèle le plus proche de la vérité, sa meilleure approximation. Elle sera sans cesse recorrigée et à améliorer car on cherche en permanence l’erreur, la petite bête.

J’aime beaucoup la formule « Recherche systématique de l’erreur » (Tronche en Biais) pour définir notre méthode actuelle. Ce n’est pas le doute absolu de Descartes, c’est un degré sain de remise en question permanente.

La thèse de la méthode dynamique

Revenons sur notre question : est-ce que la méthode scientifique est immuable (transhistorique)? Autrement dit, y a-t-il eu d’autres méthodes scientifiques dans l’histoire ? L’analyse de l’histoire des idées nous envoie un signal clair : non.

On peut noter de manière cocace la chose suivante : qu’il s’agisse du temps d’Aristote, de Newton ou du philosophe Karl Popper dans les années 1960, l’idée qu’il y a des règles fixes/qu’il existe une « méthode immuable » pour faire de la science a longtemps dominé. Et pourtant, tous avaient des idées différentes par ailleurs ! C’est la Thèse de la méthode statique.

Cependant depuis années 1970 s’est répandu l’idée que les méthodes changent. L’argument principal repose sur cette analyse historique des idées que nous avons mené. C’est la Thèse de la méthode dynamique.

De ce point de vue, on considère que la méthode scientifique fait partie des choses qui peuvent évoluer. Les méthodes ne sont pas externes à l’histoire des théories, elles font parties du tableau. A mesure que les visions du monde évoluent, les méthodes utilisées pour évaluer les théories peuvent changer de concert.

Rappelez-vous de la définition que j’ai donné de la mosaïque scientifique en début de dossier : « Ensemble des théories acceptées à un moment donné ». Avec ce qu’on vient de dire, on doit donc modifier la définition pour être en accord avec l’histoire :

Mosaïque scientifique : « Ensemble des théories acceptées et des méthodes utilisées pour leurs évaluation à un moment donné ».

On ne peut donc pas vraiment dire que la science a débuté au XVIIe siècle ; l’activité de recherche rationnelle du savoir occupe les humains depuis plusieurs millénaires. Simplement, l’avènement d’une nouvelle méthode a accéléré la production de connaissance. On peut tirer de l’histoire que si aujourd’hui on clame haut et fort que la méthode hypothético-déductive – « LA méthode scientifique » – est la meilleure façon d’attaquer les choses pour y voir plus clair, c’est sur la base de son CV : elle est très, très efficace.
En trois siècles (VS deux millénaires pour la méthode précédente), notre compréhension du monde a explosé. Grâce à cela, au lieu de suivre Podcast Science par lettres envoyées à cheval, vous pouvez l’écouter en direct depuis n’importe quel endroit de la planète !

Un mot sur la recherche : comment la science avance

Petite remarque sur l’activité scientifique, tiré d’un entretien des petits débrouillard Bretagne avec Michel Vancassel, chercheur en éthologie. Cela concerne la vision de la science par le grand public à partir des publications scientifiques.

Dans les publications, on parle peu des expériences qui ont ratés, des résultats incohérents, c’est à dire des histoires et ennuis qui sont survenus. On ne parle pas de l’hypothèse initiale dans l’esprit du chercheur et des aménagements que les résultats ont très souvent induits dans la manière dont l’hypothèse est finalement formulée dans la publication. On publie ce qui marche, les parties cohérentes.

Or l’essentiel du travail scientifique c’est bien cela : les réaménagements, les moments ou le/la scientifique s’est égaré(e). Ce que y a été abandonné en cours de route après beaucoup d’efforts est invisible. Bien entendu, ce tri est la source de la solidité de l’édifice : ce qui est publié a passé le filtre de l’esprit critique du chercheur et de ses paires.

Néanmoins, cela peut véhiculer une image de « La Science » qui avance régulièrement en accumulant des résultats solides via les publications. Ceci contraste avec l’activité réelle de recherche, sa remise en cause permanente, l’ébullition dans toutes les disciplines : essais, erreurs, échec, pas les bonnes idées, pas les bons instruments…

Naturellement, en tant qu’humains, lorsque l’on cherche ses erreurs (l’esprit scientifique), on en trouve pleins.  C’est un point important qu’on gagne à montrer pour insister sur le fait que la science n’est pas un bulldozer qui avance tranquillement, mais est plus proche d’une équipe de scientifique se frayant un passage dans la jungle de l’inconnu avec une machette.

Et le futur ?

Un petit mot sur le futur de la science.

Au cours de mes recherches pour ce dossier, je suis tombé sur un cours en philosophie et histoire des sciences à l’université de Toronto (par Hakob Barseghyan, comme les légendes d’images vous l’ont indiqué). A côté de l’utilité pour le coté historique, le professeur y présente une approche récemment développée avec ses pairs, qui est maintenant en plein essor : la Scientonomie (pas scientologie !)

La scientonomie : une théorisation du changement scientifique

La scientonomie est une discipline philosophique toute neuve.

C’est une sorte de science des sciences, une méta-sciences : partant de l’idée que le changement scientifique est en partiegouverné par des enchaînements logiques, c’est une tentative de comprendre cette logique et de l’expliciter. Ce n’est pas la première, mais c’est une nouvelle approche apportant son jeu de nouveaux concepts.
La scientonomie comprend : 

  • Une branche théorique cherchant à créer un système de lois et théorèmes
  • Une branche observationnelle visant à étudier les cas historiques avec l’approche théorique. 

Les deux doivent fournir un système compatible avec le passé, et qui pourrait être mis à l’épreuve par de futurs changements scientifiques.

A quel point est-ce récent ? : Pour donner une idée, la revue à comité de lecture de scientonomie (Journal of Scientonomy) a été lancé il y a peu, avec un premier volume paru en 2017.

Les principaux acteurs ont également créé un wiki (Scientowiki.com). Citation : « Le wiki et la revue sont articulés ensemble pour documenter l’avancement de la théorie de manière transparente. »
C’est un bon exemple de l’émergence d’une discipline qui utilise les outils de diffusion du XXIème siècle (H. Barseghyan m’a également parlé par email d’un projet de chaine Youtube pour diffuser les idées).
N’est-il pas fascinant de penser qu’on puisse anticiper comment les méthodes et théories scientifiques vont s’influencer dans le futur ?

La place de l’intelligence artificielle

On a parlé théorie, maintenant attaquons le coté pratique : un des problèmes actuels de certains domaines scientifique est la génération d’une quantité de données trop grande pour être traitée avec les moyens dont on dispose (astronomie, génétique…). C’est une des raisons pour laquelle de plus en plus d’initiatives de sciences participatives ont vu le jour (PS277 – Sciences participatives). Une autre option est bien entendu l’automatisation partielle d’une partie du processus scientifique.

Ross King et son robot scientifique

L’avancement de l’intelligence artificielle va permettre de déléguer de plus en plus de tâches.

Dans cette optique on peut citer une équipe britannique qui a créé en 2009 le premier « robot scientifique ». C’est un système robotisé de laboratoire combiné à une intelligence artificielle capable de faire le cycle :

Hypothèse, concevoir une expérience, réaliser l’expérience en labo, interpréter, hypothèse… etc.

Le papier publié était une application à l’étude du génome d’une levure. C’est la première instance où de la connaissance scientifique nouvelle, bien que très basique, a été générée entièrement par une machine.

Note à l’attention du lecteur : je n’ai pas pris la peine de retranscrire, mais cette partie a fait l’objet de nombreuses discussions intéressantes à la fin du podcast (rendez-vous vers 1h13 dans l’audio).

Conclusion

J’espère que ce dossier vous a aidé à mieux comprendre les fondements de la science contemporaine. Vous savez maintenant comment on en est arrivé à notre méthode, pourquoi elle est efficace et pourquoi c’est en elle qu’on place notre confiance – jusqu’à preuve du contraire !

Jusqu’à preuve du contraire car l’histoire nous dit que les méthodes peuvent changer avec les théories.
Peut-être qu’une méthode plus efficace sera découverte et adoptée dans le futur, peut-être que l’automatisation d’une partie de la production des connaissances va changer le cycle de production du savoir…

Quoi qu’il en soit, maintenant vous savez ce qu’est « LA » méthode scientifique – c.a.d. la méthode hypothético-déductive – et pouvez apprécier à juste titre les siècles d’idées qui ont mené à sa naissance.
J’espère avoir possiblement changé l’image froide et statique que certains pouvaient en avoir pour quelque chose de plus dynamique, en ébullition.

C’est un message que je considère important aujourd’hui, en face d’une certaine méfiance envers « la science » comme quelque chose d’implacable et automatique : il faut insister sur le fait que c’est bien l’inverse, pleins d’erreurs, d’échecs, et de remise en question permanente.

Enfin, j’espère que vous avez saisi qu’en dépit du nom, la méthode « scientifique » n’est pas réservée aux sciences.
C’est juste une posture de l’esprit très efficace pour mieux comprendre quelque chose qui se trouve dans le monde qui nous entoure : et ça en fait un paquet ! Cela peut (et je rajouterai cela doit) dépasser le champ des sciences : décision collective à différentes échelles, manière dont chacun perçoit des informations … la méthode scientifique ne doit pas être le seul prisme de discussion, mais son CV légitime la place importante qui doit lui être réservée.

Quotes

Une petite de Carl Sagan:

« Science is a way of thinking much more than it is a body of knowledge »

(La science est bien plus une manière de pensée qu’une collection de connaissances)

Sur un ton plus social et poétique, citons Gaston Paris (philosophe français du XIXe) :

« La science, en déracinant, partout où elle s’implante, les préjugés, causes de tant de haines, et les superstitions, sources de tant de crimes, défriche le champ où pourra germer et fleurir la semence que trop d’épines étouffes, que trop de rocailles stérilisent. »

Sources

Article publié sur le site 

http://www.podcastscience.fm/dossiers/2017/06/27/la-methode-scientifique/
Dossier de l'émission réalisé par Arnold Oswald

 

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Dernière modification le samedi, 22 juillet 2017
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