Comme dans la fable bouddhique de l’œuf et de la poule, la question se pose au philosophe des sciences de savoir lequel précède l’autre de la théorie ou de l’expérience. Les premières théories modernes penchaient en faveur de l’observation, qui devait être aussi neutre que possible, mais il apparaît aujourd’hui que, comme dans la fable, la réponse est loin d’être aussi évidente.
Au XVIIe siècle, la philosophie des sciences pose pour principe fondateur que, pour comprendre la nature, il faut l’observer, et non se contenter de chercher des réponses dans la Bible ou dans les écrits et exégèses d’Aristote. Dès lors, le scientifique est avant tout un observateur qui, à partir des résultats de ses expériences qu’il devra consigner sans le moindre parti pris ni préjugé, construit patiemment un édifice théorique permettant de les expliquer.
Mais est-il possible d’affirmer l’existence de ce scientifique idéal, observateur neutre et dénué de tout préjugé ? Et si celui-ci n’existait pas, quelle pertinence y aurait-t-il alors à prendre un tel concept comme point de départ à une analyse épistémologique ?
Le mythe de l’observateur neutre
Est-il possible d’envisager une expérience dénuée de toute « contamination » théorique ? Un premier élément de réponse nous ramène aux débats historiques et épistémologiques nés autour des observations de Galilée. L’utilisation d’un artefact (en l’occurrence, la lunette astronomique) conduisit pour la première fois à des observations indirectes (i.e. par le truchement d’un instrument) nécessitant une réinterprétation grâce à une théorie préalable (les lois de l’optique géométrique) pour être exploitables.
De la même manière, les physiciens qui travaillent ces jours-ci dans le Large Hadron Collider (1) n’observent évidemment pas des particules en train de se percuter, mais les effets de ces collisions sur un ensemble complexe de détecteurs, d’algorithmes interprétatifs, d’écrans de contrôle et autres dispositifs dont la mise au point a mis à contribution un nombre considérable de théories sans lien direct avec la physique microscopique. Ce qui frisait la fraude scientifique à l’époque de Galilée nous paraît aujourd’hui banal, et rares sont les expériences qui ne font pas intervenir une théorie préalable, via l’instrumentation qu’elles nécessitent.
Nul raisonnement scientifique ne s’établit à partir de données sensorielles brutes : une observation, pour être scientifiquement exploitable, doit être formulée d’une manière ou d’une autre, se transformant ainsi en énoncé d’observation. Or, toute formulation présuppose une théorisation. Même nos énoncés de la vie quotidienne reposent sur un certain nombre de préjugés théoriques. Par exemple, si une personne souhaitant faire chauffer du thé s’exclame en ouvrant le brûleur de son four : « Zut, le gaz ne fonctionne pas ! », elle suppose implicitement qu’il existe dans le monde une entité nommée « gaz » (rappelons que jusqu’au XVIIIe siècle, on ne parlait que d’ « air plus ou moins pur ») et que cette dernière brûle en produisant une chaleur suffisante pour chauffer du thé.
Bien plus, le bagage théorique de l’observateur a un effet déterminant sur ce qu’il observera effectivement. Le philosophe Michael Polanyi nous cite l’exemple d’un jeune étudiant en médecine à qui on présenterait pour la première fois une radiographie des poumons d’un patient. Il n’y voit alors que l’image noire et blanche d’une cage thoracique, et les explications de son professeur qui y discerne ici une cicatrice, là un début de mélanome, restent obscures pour lui. Graduellement, au cours de son éducation, il apprendra à apercevoir les signes cliniquement signifiants qui se dégagent de la radiographie et, en un sens, on peut dire qu’il ne verra pas la même chose qu’au début de ses études et ce, bien que le stimulus visuel soit resté rigoureusement le même. Ici apparaît la nécessité, pour être un bon observateur, de maîtriser un ensemble de préconceptions théoriques pour orienter l’observation.
La théorie doit guider l’observation
Bien souvent, un chercheur va vouloir répéter une expérience dans différentes conditions afin d’en tirer la conclusion la plus générale possible. La question est ici de savoir quels paramètres il est pertinent de faire varier. Par exemple, la température d’ébullition de l’eau dépend de la pression, mais sûrement pas de la couleur de la blouse de l’expérimentateur ni d’une quantité considérable d’autres variables, si considérable en fait que la science n’aurait jamais pu produire un seul résultat si elle devait toutes les prendre en compte. La seule réponse possible à ce paradoxe apparent est qu’un écrémage se fait en amont dans l’esprit du scientifique et que celui-ci doit nécessairement posséder un ensemble d’a priori théoriques sur l’expérience qu’il est en train de conduire.
Les scientifiques, lorsqu’ils établissent une loi, sélectionnent certaines propriétés qui peuvent être attribuées à des objets ou systèmes de l’univers (par exemple, la masse) et expriment leur comportement eu égard à ces propriétés. Or, ces objets ou systèmes, dans la nature, possèdent d’autres propriétés que celles énoncées dans la loi et sont soumis à leurs influences conjointes. Par exemple, une feuille qui tombe d’un arbre est à la fois un système mécanique, biologique, chimique, optique, etc.
Ici intervient l’expérience de laboratoire, qui donne l’occasion à l’objet ou au système créé à dessein par l’expérimentateur d’instancier la loi qu’il cherche à illustrer. C’est ce que le philosophe et historien des sciences Alexandre Koyré, en parlant de la théorie newtonienne, qualifiait d’« explication du réel par l’impossible ». Si les lois sont « vraies », elles le sont en conjonction avec d’autres faits et d’autres lois qui elles-mêmes ne décrivent qu’une partie des propriétés des objets ou systèmes du monde. Ce découpage de la nature en propriétés, nécessaire à la pratique de la science telle que nous la connaissons, ne peut se faire qu’au sein d’une théorie, avec un certain arbitraire.
Expérience et théorie : deux facettes d’un même mouvement
Il apparaît donc qu’un observateur idéal, « neutre et vierge de tout préjugé », ne peut ni ne doit exister en sciences : toute observation nécessite un fondement théorique pour lui donner un sens. Toutefois, il serait idiot d’en conclure que les scientifiques sont des malhonnêtes qui élaborent d’abord leurs théories avant de construire des expériences qui, de toute évidence, ne pourront que les confirmer puisqu’elles ont été créées pour cela.
Affirmer qu’une observation ne peut prendre corps qu’au sein d’une théorie ne préjuge rien quant à ce qui sera effectivement observé et qui peut tout à fait venir contredire ladite théorie. De plus, la question de savoir qui vient en premier de l’expérience ou de la théorie est sans doute mal posée. Les philosophes des sciences ont abandonné au moins depuis les années 1960 le modèle diachronique consistant à séparer observation et théorisation.
Il est bien plus vraisemblable que ces deux facettes de l’activité scientifique soient corrélées, se mêlant dans l’esprit du chercheur en un seul mouvement et ne pouvant être arbitrairement distinguées. Un exemple nous est fourni par les expériences de pensées, entités bâtardes qui ne sont ni des observations au sens classique du terme, ni de pures constructions théoriques (comme le serait une loi scientifique), mais qui jouent néanmoins un rôle essentiel et historiquement démontré dans l’édification de la connaissance humaine.
Notes :
(1) Cet instrument massif est un anneau accélérateur de particules de près de 27 kilomètres de circonférence enfoui à 100 mètres de profondeur sous la frontière franco-suisse près de Genève. Mis en service fin 2008, il permet d’accélérer et de faire se percuter de toutes petites particules (hadrons) à des vitesses proches de celle de la lumière et à des niveaux d’énergie jamais atteints à ce jour. Grâce à cet instrument, les scientifiques espèrent tester le modèle standard de la physique nucléaire et recréer les conditions de l’Univers primordial.
Image CC Flickr : bumblesweet et Vincepal
Enro le 22 octobre 2009 à 15:00
J’aurais tendance à être entièrement d’accord avec ce billet et pourtant… il subsiste dans les laboratoires deux espèces qualifiées de « théoriciens » et d’ »expérimentateurs ». Pierre-Gilles de Gennes s’en moquait joliment dans son livre « Petit point », en opposant un dénommé Béziers, « l’un des grands théoriciens de notre temps, constructeur de concepts vastes et superbes » et un certain Kuba, « magicien de l’expérimentation », qui « a construit des machines subtiles ; et il en a extrait des faits importants ». Le pur théoricien face au pur expérimentateur. Lesquels ont, au-delà du lieu-commun, des approches assez différentes de la science (Tom Roud rapportait une excellente analogie qui aide à mieux comprendre ces différences, celle du chasseur et du cueilleur).
En fait, je me demande s’il n’est pas souvent dans l’intérêt des scientifiques de bien séparer expérience et théorie. Dans son article « Pump and circumstance », Shapin raconte par exemple que Robert Boyle acceptait de débattre des théories mais posait comme condition que les expériences soient comprises et acceptées. Cette façon historique de faire doit être vraiment efficace pour perdurer aussi longtemps, mais elle doit aussi participer d’une structuration sociologique du champ qui convient d’une manière ou d’une autre aux chercheurs.
Bref, je lance un peu une bouteille à la mer, si quelqu’un a plus d’idées sur le sujet…
Brossard le 16 novembre 2009 à 18:33
L’opposition entre « théoriciens » et « expérimentateurs » s’est manifestée à partir du XVIIIème siècle à travers le débat entre cartésiens et newtoniens. Descartes prétendait tirer une connaissance de l’univers par la puissance du raisonnement procédant, selon la méthode euclidienne, par déduction à partir de principes « évidents ». Newton rejetait les hypothèses (« hypotheses non fingo », « je n’invente pas d’hypothèses »), et prétendait tirer toute théorie de l’observation de la Nature, par induction, remontant des faits aux principes. Comme il est dit, les philosophes modernes ont des conceptions plus éclectiques et ne négligent ni l’importance de la théorie, ni la valeur de l’expérience. Kant, en particulier, a contribué à opérer un tournant important dans cette problématique, en remarquant que la Nature ne répond qu’aux questions qu’on lui pose. Il fallait donc une théorie préalable qui formule la question à poser, et une démarche expérimentale qui matérialise cette question. Mais cette synthèse ne va pas sans méfiance réciproque, fondée sur des analyses plus fines de ce que sont aussi bien la théorie que l’expérience.
Plusieurs raisons expliquent la méfiance à l’égard de la théorie. D’abord, les aprioris théoriques ne sont pas toujours formulés en tant que tels, ils constituent des hypothèses implicites qui, par leur caractère sous-jacent, échappent à la discussion et à la vérification et constituent, au sens propre, des préjugés. Descartes, adversaire de la métaphysique scolastique, fut lui-même victime de ses propres conceptions métaphysiques. Selon lui, le monde n’est composé que de deux choses, la pensée et l’étendue. Ainsi, comme le note Koyré dans ses Etudes galiléennes, commet-il l’erreur de formuler la loi de la chute des corps en fonction de l’espace et non du temps. Ensuite, la théorie forme des ensembles. Duhem le note dans La théorie physique (1914), une loi scientifique n’est jamais confirmée ou invalidée seule par une expérience. Un ensemble d’autres théorêmes en sont solidaires et subissent le même sort. Kuhn (La structure des révolutions scientifiques) élargit en quelque sorte cette remarque de Duhem avec sa conception de paradigme, désignant par là un ensemble de principes et de règles communément acceptés comme constituant le cadre de toute réflexion scientifique « normale ». Le paradigme est alors positif parce qu’il est garant de la scientificité de la démarche (la couleur de la blouse de l’expérimentateur n’influence pas la température d’ébullition de l’eau), et aussi négatif lorsqu’il contitue un écran qui empêche la révolution de s’accomplir, le changement de perspective de s’opérer, les concepts nouveaux d’éclore (l’éther et le mouvement absolu empêchant la conception de la relativité). Certains paradigmes peuvent même se constituer en idéologie, prenant alors la place et le rôle que jouait la scolastique avant Galilée et Descartes. Ce rôle est d’autant plus facile à jouer que l’expérimentation est difficile, par exemple dans les sciences humaines et sociales.
On a alors tendance à se reporter sur celle-ci, l’expérimentation, pour faire contrepoids aux interprétations et aux mythologies que provoquent inévitablement les réflexions purement théoriques détachées des faits. On sait que l’un des édifices théoriques les plus importants de la physique, la théorie de la relativité restreinte, est née de constats expérimentaux paradoxaux érigés en principes théoriques : les phénomènes électrodynamiques de Maxwell et l’expérience de Michelson et Morley sur la vitesse de la lumière sont rappelés dans l’introduction du Mémoire d’Einstein de 1905 comme les deux principes à l’aide desquels Einstein se propose de construire sa théorie. Pourtant, c’est maintenant et après-coup que la démarche d’Einstein semble presque naturelle. Dans un premier temps, les faits empiriques sur lesquels il s’appuie étaient interprétés tout différemment et conduisaient plutôt à concevoir un rétrécissement des longueurs et des temps comme la seule explication possible des « observations » expérimentales. C’est en disséquant ce que recouvraient ces « observations », c’est-à-dire en s’interrogeant sur ce que sont les règles et les horloges, et le concept de simultanéité, qu’Einstein a, pour ainsi dire, déconstruit l’observation, pour en construire la théorie. Il y a ainsi une différence entre la question posée à la Nature telle qu’elle est conçue et énoncée par l’expérimentateur, et celle qui est réellement posée, telle qu’elle apparaît lorsqu’on analyse les opérations qui la constituent.
En fait, comme le dit le commentaire précédent, l’organisation sociale des rapports entre théorie et expérience est primordiale. La médecine a connu, du Moyen Age au XVIIIème siècle, une période instructive à cet égard. Elle comprenait deux corporations bien distinctes, les médecins, riches des « connaissances » acquises dans les facultés et les livres d’après les théories d’Aristote et de ses suivants, et les chirurgiens, qui en étaient souvent les assistants, et qui, comme leur nom l’indique, travaillaient de leurs mains pour soigner et opérer les malades. Ces derniers, travailleurs manuels, jouissaient du mépris des premiers et pourtant, l’essentiel des progrès de la médecine dans cette période est le fait des chirurgiens.