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Théorie et expérience1. Principes généraux2. La méthode expérimentale3. Les caractères de l'explication scientifique4. Le problème du déterminisme et du hasardConclusion
Avec la logique et les mathématiques, nous étions dans le domaine d’une science hypothético-déductive c'est-à-dire d'une axiomatique (abstraction, théorie pure et sans référence au réel). Mais la science se tourne aussi vers le réel, et vient s‘y confronter inventant un esprit nouveau. La théorie s’élabore par une confrontation méthodique avec le réel à travers l'expérimentation.
1. L'ordre du monde Le monde réel, extérieur est compréhensible, intelligible, parce que rationnel. Conforme aux lois de la pensée (postulat indénombrable). Les sceptiques et les agnostiques en doutent. 2. La raison est l'outil parfait L’intelligence, la raison dans son volet logique sont les seules facultés valables pour la connaissance scientifique du monde. 4. L'expérimentation est un moyen méthodique, rigoureux de rencontrer le monde concret La méthode expérimentale s'élabore en trois temps : a) Découverte d’un "fait-problème" objet d'une polémique. b) invention d'une hypothèse c) vérification de l‘hypothèse par l'expérimentation et transformation de l'hypothèse en Loi. 5. La théorie : Une théorie est une synthèse de lois. La formation d'une théorie est le but de la connaissance expérimentale. Elle permet : a. La compréhension c'est-à-dire une approche de la connaissance de l’univers. Expliquer les phénomènes c'est les formuler dans un langage, ou un modèle, conforme à celui de la raison donc logico-mathématique. b. La prévision : Les phénomènes obéissent à une loi, les mêmes causes produisent toujours les mêmes effets. Il existe entre les phénomènes des liaisons constantes. Il faut repérer des séries de causalité, c'est-à-dire la nature précise du déterminisme. Cette connaissance des liens entre les causes et les effets rend possible une anticipation des phénomènes, donc une prévision. c. L'action : la science offre le moyen d'agir sur le monde en utilisant ses lois. On peut agir sur les causes, par l'invention de techniques. Progrès et maîtrise sont possibles et réelles sur une partie du monde. Cf. Bacon : "On ne commande à la nature qu’en lui obéissant."
A. Découverte d’un "fait-problème" : (= Fait brut) Exemple 1 : En 1643, les fontainiers de Florence ne peuvent pas pomper l’eau au-delà de 10,33 m. de profondeur. C'est un fait "polémique" c’est à dire qui va contre l'idée généralement admise que "La nature a horreur du vide". Une contradiction naît entre l'opinion commune et le fait constaté, cela pose problème. Les fontainiers vont consulter Torricelli, physicien. Exemple 2 : En 1772, Lavoisier fait brûler du plomb. Il le pèse et constate qu'il a augmenté de poids. Voici encore un fait polémique qui va contre l’idée admise : quand un corps brûle, il s’en échappe sous forme de flammes une substance appelée "phlogistique". Comment expliquer cette différence de poids ? Exemple 3 : En 1846, Le Verrier, en observant la planète Uranus la voit suivre une orbite différente de celle que Newton avait calculée. *NB : Déjà "Il faut être bien savant pour saisir un fait", Alain. En effet, le repérage et la formulation du problème exigent un esprit cultivé scientifiquement. B. Formulation de l'hypothèse 1. Rôle théorique de l'hypothèse Recherche d'une cause cachée derrière le phénomène, d'une explication théorie possible. Il existe deux types de causes : a) CAUSE : au sens mineur : un phénomène dont la présence est nécessaire pour produire le phénomène considéré. C'est l'antécédent constant et inconditionnel. Par exemple la cause de la bronchite est le refroidissement. b) CAUSE : au sens majeur : ce qui fait comprendre la totalité du phénomène, ce qui est caché derrière lui. Par exemple la cause de la bronchite est l'altération des tissus bronchiques et pulmonaires qui fait proliférer microbes et produit de la fièvre. C'est cette cause qui intéresse le scientifique. - Hypothèse 1 : l'air serait-il pesant et "appuierait-il" sur la surface de l'eau de la source ? - Hypothèse 2 : une "autre" substance ne se "collerait-elle" pas au plomb pendant qu'il brûle ? - Hypothèse 3 : n'y aurait-il pas une autre planète qui "attirerait" Uranus et déformerait son orbite ? 2. Rôle pratique de l'hypothèse Elle permet d'inventer une expérience c'est-à-dire de transformer un fait brut perçu en "fait scientifique", "construit". Il faut d'abord construire en pensée les caractères d'une expérience qui permette de transformer le fait "qualitatif" (vu, perçu) en fait "quantitatif" (c'est-à-dire mesurable). - 1 Il faut donc inventer, trouver des moyens de transformer le fait brut en fait mesurable (mais pour mesurer il faut d'abord réfléchir) comment ? Avec quels instruments? Et que mesurer ? - 2 Il faut trouver les moyens de faire varier les paramètres (= les conditions de l'expérience). Exemple 1 : Chercher un liquide plus lourd que l'eau, par exemple le mercure, pour réduire les dimensions du phénomène et utiliser des tubes à essai transparents gradués, d'une échelle plus réduite. Exemple 2 : Faire brûler d'autres métaux et les peser avant et après leur combustion. Exemple 3 : Recommencer les calculs, et chercher quelles pourrait être la masse, la distance et les coordonnées de latitude et de longitude (= le lieu où elle se trouverait) de cette planète x., afin de pouvoir ensuite la "chercher" avec une lunette astronomique. C. La vérification par l'EXPERIMENTATION et la formulation d'une LOI. C'est à partir du résultat d'une expérience qu'une Loi peut être formulée. Attention aux deux sens du mot EXPERIENCE * L'EXPERIENCE au sens courant représente ce que l'on a éprouvé, vécu soi-même. Par exemple l'expérience du bonheur, de la douleur. Cette notion fait appel au vécu subjectif. * L'EXPERIENCE au sens épistémologique est une méthode scientifique qui consiste à provoquer des observations dans des conditions spéciales standardisées en vue de contrôler une hypothèse. En épistémologie utiliser de préférence le concept d'EXPERIMENTATION, vos propos seront plus clairs. Une expérimentation doit permettre de : 1. Répéter le fait. 2. En varier les paramètres. 3. Ralentir (exemple ralentir chute d'un corps en utilisant plan incliné.) 4. Analyser les paramètres en isolant les différentes conditions. SEPARER, distinguer. Au XVII° : F.BACON recommande aux savants de tenir des "registres" d'observation, qu'il appelle "tables de comparution" avec "table de "présence, d'absence et de degrés ". AU XVIII° : J.S MILL complète cette méthode et la pour - méthode de concordance ( faire varier les différentes causes) - méthode de différences ( supprimer causes supposée ) - méthode des résidus ( retrancher les effets dont les causes sont communes) - méthode des variations concomitantes ( variation des uns sur les autres ) A la fin du XIX° et au XX°, on insiste sur le rôle capital des mathématiques c'est à dire sur le fait de pourvoir formuler l'expérience et ses résultats en langage mathématique clair et univoque. 1 Torricelli remplit de mercure un tube transparent et le retourne sur une cuve de mercure. Le mercure ne redescend pas jusqu'au niveau du mercure dans la cuve. C'est le poids de l'air sur la surface extérieure qui explique cette différence de hauteurs. La hauteur du mercure dans le tube est proportionnelle à la pression du poids de la colonne de l'air sur la surface extérieure du mercure.
2 Lavoisier découvre le phénomène de l 'oxydation des métaux . Au cours de la combustion, l'oxygène de l 'air se fixe sur le métal. (Voir cours de physique.) 3 Le Verrier nomme cette nouvelle planète "Neptune", et il demande à un astronome, Galle qui possède une bonne lunette astronomique de la chercher dans le ciel à l'endroit indiqué avec précision dans le ciel. Elle y est, Galle la voit, le confirme, constate visuellement son existence . L'expérience ne doit pas seulement permettre de vérifier une hypothèse, elle doit aussi, selon K.Popper être "falsifiable", c'est-à-dire permettre de prouver la fausseté d'une théorie. L'Expérimentation réussie, permet alors de vérifier l'hypothèse en passant alors au stade de théorie ou de loi scientifique Mais une théorie vérifiée est toujours relative : on ne peut pas dire d'une manière absolue qu'elle soit vraie. On peut seulement dire qu'elle est vérifiée .Les "pragmatistes" font de cette réussite le critère de la VERITE. (Mais nous verrons plus tard que ce critère est discuté étant donné que des théories pas tout à fait justes peuvent "marcher" aussi .) Ce qu'on peut affirmer c'est que seule l'expérimentation permet de résoudre une contradiction entre une théorie et un fait .
Réflexion sur les concepts qu'elle utilise. A) La causalité Le concept de CAUSE. Aristote considérait quatre types de causes : 1. La cause matérielle : (pour 1 statue) : la pierre ou le marbre 2. La cause formelle : la figure, la forme que le sculpteur va lui donner 3. La cause efficiente : le travail matériel, et outils pour la sculpter 4. La cause finale : le but de la fabrication de la statue, l'intention du sculpteur, par exemple décorer un temple - Cela paraît simple, mais peut-on utiliser ces différentes causes pour l'étude scientifique du monde ? * Si l'on répond OUI, on est dans une pensée anthropomorphique ou théologique (ou les deux à la fois). Par exemple Platon affirme que, de même que l'homme fabrique des objets, il existe un "artisan divin" , le "démiurge" qui "fabrique" l'univers à partir de modèles intelligibles. * A partir du XIX, les scientifiques répondent NON. Ils refusent l'idée de finalité ou cause finale. A.Comte fonde une pensée scientifique ou positiviste (cf. La théorie des trois états), il postule l'objectivité de la nature. Il n'y a pas un sujet ou intention quelconque derrière les phénomènes. Cette affirmation permet de séparer la science et la religion, de distinguer le "savoir" du "croire". En science, la cause est ce qui fait comprendre la totalité du phénomène et permet la prévision. Mais le problème de la causalité est loin d'être résolu dans les sciences. Soit la causalité est un ensemble de relations et d'interactions qui existent dans les choses elles-mêmes, soit elles n'existent que dans notre esprit, soit elle est impossible à saisir. B) Critique dans la CAUSALITE HUME dit : si je vois une boule A rouler et heurter une boule B, B se met à avancer. Je peux dire que A a bougé dans un premier temps et que B a bougé ensuite quand A l'a touchée. Mais je n'ai pas vu la force, le mouvement passer de A à B. Je n'ai pas vu de cause. Je l'ai déduite, supposée. Il ne faut donc pas parler de cause, mais "d'antécédent constant". Selon Hume, l'idée de causalité ne dénote pas une propriété des choses, mais seulement leur mode d'appréhension par l'intelligence humaine. C'est à partir de là que KANT réfléchit sur la notion de causalité, et dit que c'est une catégorie de l'entendement. Limite de la conception de HUME : Lorsqu'on agit sur certains phénomènes, on les supprime, on modifie, ou on supprime leurs effets. Lalande propose d'appeler cause "l'antécédent sur lequel on peut quelque chose" c'est-à-dire sur lequel on peut agir, et dont la modification a des conséquences sur les effets. C) LA LOI La loi est "l'énoncé", sous forme d'équation mathématique, d'un rapport constant et nécessaire entre des phénomènes ou éléments d'un phénomène. * Elle met en évidence l'idée d'ordre, de régularité. On a dit que l'idée de loi était "tombée du ciel sur la terre" c'est-à-dire qu'elle venait de l'astronomie, de l'observation du cours régulier des astres. * Elle s'énonce sous forme d'un RAPPORT MATHEMATIQUE (fonctions, courbes…) . elle enchaîne les phénomènes dans une formule simple, concise. Elle SIMPLIFIE, elle rend INTELLIGIBLES les rapports. (Exemple : loi de la chute des corps = E = 1/2 g t². Loi de la dilatation linéaire : l = l (1+ /) t ). En même temps elle déréalise le monde. D) LES GRANDES THEORIES Au-delà des lois, les sciences expérimentales construisent de grandes synthèses de lois et de faits qu'on appelle : THEORIES. Exemple 1 : les théories de la lumière et leur synthèse : Différentes théories contradictoires se succèdent : - La théorie corpusculaire de Newton, affirme que la lumière est faite de petites particules, des sortes de projectiles. - La théorie ondulatoire de Huygens, affirme au contraire que la lumière est un phénomène ondulatoire, (comme les ondes dans l'eau). - La théorie électromagnétique (ou théorie des Quanta) de Maxwell est un retour à la théorie corpusculaire. Il pense qu'il y a des "atomes" de lumière appelés "Photons" Finalement, De Broglie propose une synthèse de ces théories, qui "dépasse" et intègre leurs contradictions, c'est la théorie de la MECANIQUE ONDULATOIRE. A chaque photon est associé une "onde de probabilité". Exemple 2 : Voir la théorie de la RELATIVITE dans le cours sur les Mathématiques.
NB : la science expérimentale est fondée sur le principe logique de causalité : "tout effet a une cause, les mêmes causes produisent les mêmes effets" A) Le déterminisme. Principe sur lequel se fondent toutes les sciences. Il est une généralisation du principe de causalité. Il affirme que TOUS les phénomènes sont nécessairement reliés les uns aux autres. Tout phénomène est rigoureusement conditionné par ceux qui le précèdent ou l'accompagnent, et conditionne ceux qui l'accompagnent ou le suivent. Aè B è C etc. Ce principe implique trois conséquences : 2. Il n'y a Pas de fatalité (au sens de destin) : c'est à dire d'événements qui arrivent de toute façon, nécessairement, quelles que soient les circonstances. Dans le mythe d'Œdipe, tous les événements sont décidés de toute éternité sans que la volonté humaine ne puisse absolument rien y changer. Avec le déterminisme, au contraire, l'être humain peut agir sur les causes et changer le cours des phénomènes. 3. Il n'y a Pas de hasard : d'événements réellement imprévisibles, pas conditionnés par tous les événements précédents. Cette affirmation est discutable. Analysons mieux cette notion de hasard. B) Le hasard 1. Sens général : événement imprévisible. Idée qu'il existerait une indétermination dans les phénomènes, les événements qui arrivent dans n'importe quel ordre, sans régularité. Pour le savant le hasard, n'est qu'un enchevêtrement de déterminismes, ou de causes, si complexes qu'on ne peut les isoler donc en connaître tous les paramètres. Donc cette notion de "hasard" ne traduirait que notre ignorance des causes multiples, par exemple dans ce que nous appelons "jeu de hasard", les dés, dans le jet de dés interviennent trop de facteurs pour pouvoir être analysés. Au XIX° COURNOT appelle "hasard" des "combinaisons ou rencontres de phénomènes qui appartiennent à des séries indépendantes dans l'ordre de la causalité". Par exemple des tuiles qui tombent sur la tête d'un passant. (Déjà au XVII°, PASCAL attribuait au hasard tous les événements historiques "Le nez de Cléopâtre, s'il eut été plus court, la face de la terre en aurait été changée". ) Le savant LAPLACE pensait qu'une intelligence suffisamment vaste, "le démon de Laplace", qui pourrait contenir en elle toute la connaissance des séries de tous les déterminismes, serait en mesure de prévoir, à chaque instant, tous les phénomènes du monde. C) Le déterminisme caché derrière le hasard Le "calcul des probabilités", montre qu'il existe une loi des grands nombres, c'est-à-dire une régularité. Les chances de jeter l'as ou le six obéissent à des lois statistiques précises. Il y a une régularité masquée. En physique, dans le mouvement Brownien qui paraît totalement désordonné, le mouvement des particules obéit aux lois du calcul des probabilités. On retrouve un déterminisme statistique D) La théorie du "chaos" Au XX° la théorie du déterminisme cesse d'être un modèle adéquat pour les sciences, en particulier en microphysique, et en biologie. De très faibles différences dans l'état initial conduisent à des évolutions très différentes et non prédictives. Les scientifiques parlent "d'incertitude", d'indéterminisme", de "turbulence" et même de "chaos". "Il faut apprendre à penser ensemble ordre et désordre. […] Une explosion d'étoiles est physiquement déterminée, et obéit aux lois de l'ordre physico-chimique ; mais en même temps, elle constitue un accident , une désintégration, de l'agitation et de la dispersion ; donc du désordre. E.Morin Science avec conscience.
Les principes sur lesquels repose la science contemporaine sont en partie remis en question. Le principe d'identité est remis en question du fait qu'on observe une discontinuité de l'existence des particules. On parle de "probabilité" d'ondes, on ne sait pas si les particules restent identiques à elles-mêmes c'est-à-dire si c'est bien toujours la même qui disparaît et qui revient. Le principe de causalité, HEISENBERG affirme le "principe d'incertitude". L'observateur modifie, par son observation, le phénomène à étudier. En biologie, se pose le problème des mutations génétiques que Monod attribue au "hasard", à un dysfonctionnement imprévisible du mécanisme de réplication de l'A.D.N. Le principe de non-contradiction : les physiciens de Princeton disent ne pas savoir si certaines particules n'ont pas la propriété "d'être là quand elles ne sont pas là". (Cf le Congrès de Cordoue.) Les savants contemporains essaient alors de dépasser cette crise de croissance de la raison en élaborant ce qu'ils appellent un L'univers est-il connaissable ? La raison humaine est-elle capable de le comprendre ? D. Desbornes. 2009 |
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