Épistémologie historique

1L’histoire des sciences tient souvent lieu de philosophie des sciences, surtout en France. Par exemple, Bachelard a introduit les notions d’obstacle et de rupture épistémologique. De son côté, Foucault a thématisé la notion d’épistémê, empruntée aux Grecs, pour qui elle signifiait savoir vrai ou certain, connaissance véridique (comme celle des mathématiques). Le concept signifie chez Foucault l’ensemble des engagements épistémologiques qui ont partie liée avec les positions ou « stations » inconscientes de l’esprit scientifique d’une époque ; ces positions elles-mêmes sont submergées dans des « positivités » qui constituent les aires de possibilité pour l’imagination scientifique à un moment donné de l’histoire. On voit que l’origine grecque est au moins partiellement obnubilée ici. Les configurations qu’a dessinées Foucault dans son archéologie du savoir n’ont été mises à jour que dans les sciences sociales ou humaines, par exemple, la linguistique, l’économie, la biologie et la philosophie1. Ainsi, le travail, la vie et le langage sont les constellations épistémologiques de l’âge postclassique — qui finit avec le XVIII^e siècle — dont les représentants sont Ricardo, Cuvier et Bopp. Avec eux émergent de nouvelles positivités ; ce n’est plus l’âge de la représentation qui avait succédé à la Renaissance, âge de la lecture, lecture de la nature, des textes, des systèmes de choses, etc. À la fin du XVIII^e siècle, il se produit une rupture : il y a, pour Foucault, une discontinuité fondamentale entre Adam Smith et Ricardo, Linné et Cuvier, une dichotomie essentielle entre le discours sur la richesse et le discours sur le travail, le discours sur les caractères et le discours sur la structure organique (ou encore entre le discours sur le langage comme fondement des représentations — grammaire générale — et le discours sur le langage comme objet ou comme système indépendant — philologie historique et comparative). On le voit, l’épistémê est pour Foucault une coupe transversale dans l’histoire et nous ne nous préoccuperons pas de la nommer structurale ou autrement.

2Reprenons nos critères de scientificité. Une théorie physique ne jouira pas au même degré de la fécondité herméneutique qu’une théorie sociologique ou philosophique (comme le marxisme, par exemple). Par ailleurs, une théorie scientifique n’a pas nécessairement la propriété de prédictivité : la théorie de l’évolution n’a pas de pouvoir prédictif, et pourtant, c’est une hypothèse scientifique bien assise. Une théorie mathématique pourra être analysable parce qu’elle est analytique et fondationnelle, alors qu’une autre théorie non mathématique pourra être aussi bien irréductible dans son domaine d’application. Mais au-delà de la futile problématique de la classification des sciences et du débat anachronique entre Naturwissenschaften et Geisteswissenschaften — sciences physiques et sciences sociales ou humaines —, la question demeure la pertinence des critères de scientificité d’une théorie. La discussion récente de Kuhn, de Lakatos et de Feyerabend, malgré ses limites académiques, a plus de chances d’intéresser l’épistémologie actuelle.

3Kuhn2 a soutenu la thèse selon laquelle une théorie scientifique n’est pas un ensemble systématique d’énoncés corroborés, mais plutôt un tissu de paradigmes, sorte de constellation d’idées reçues qui opèrent sous le mode d’un parapluie épistémologique qui protégerait une science « normale » contre les assauts possibles d’une science « extraordinaire » et qui, cédant sous la pression d’attaques répétées, laisserait la place à un autre paradigme dans une révolution scientifique. Selon cette vue, la science normale se réduirait à n’être qu’un jeu de casse-tête (puzzle solving) qui, par définition, ne comporte pas de règles explicites. Il y a donc une large part d’irrationnel dans l’entreprise scientifique qui verse souvent dans le dogmatisme d’un paradigme pour investir la plus grande partie des activités scientifiques et attirer dans son champ d’attraction la plupart des scientifiques eux-mêmes. Même si la thèse relève davantage de l’histoire et de la sociologie des sciences, on ne peut en ignorer l’importance pour l’épistémologie. Une des implications du point de vue kuhnien, c’est qu’une théorie n’est pas falsifiée par des faits ou des découvertes nouvelles, mais plutôt que le changement scientifique se produit dans la lutte de théories adverses à l’intérieur de la communauté scientifique (par exemple, la théorie des quarks et la théorie du bootstrap ou « corset » en particules élémentaires). Cette vue des choses n’est pas incompatible avec le programme constructiviste qui soutient que les théories, tout en n’ayant rien de cumulatif, ont un développement autonome. Évidemment, certaines anomalies doivent se produire à l’intérieur du paradigme pour qu’un autre vienne s’y substituer, par exemple, le rayonnement du corps noir, l’effet photoélectrique pour la mécanique quantique. Il y a aussi les découvertes survenues par chance. Kuhn donne l’exemple de la découverte des rayons X ; on pourrait penser à la découverte en 1965, par Penzias et Wilson, du rayonnement de fond millimétrique3. Mais une découverte accidentelle, pas plus qu’une anomalie, ne s’explique sans le recours à la théorie et la prégnance en théorie des instruments, ces théories matérialisées, comme disait Bachelard ; il en est de même de l’observation empirique selon la doctrine de la theory-ladenness de Hanson et Sellars (the myth of the given) et cette prégnance fait qu’on n’est jamais en dehors d’un tissu de théories, mais qu’on est « tissé » dans cette trame.

4La thèse de l’incommensurabilité des théories scientifiques découle directement de ce relativisme ; c’est le système de croyances que représente le paradigme qui se déplace tout entier dans une révolution scientifique, de la même manière qu’une idéologie se transforme radicalement dans une révolution sociale. À ce relativisme qui nie toute forme de progrès, Lakatos oppose sa notion de programme de recherche4 qui, par falsifications graduelles (plus fines que la philosophie popperienne), introduit une certaine progression dans une chaîne séquentielle de théories. Mais cette falsification a lieu entre théories : il n’est jamais question d’un experimentum crucis, pas plus chez Lakatos que dans la thèse de Duhem-Quine, la thèse selon laquelle une théorie est acceptée ou rejetée en bloc. Il s’ensuit donc que seule une théorie peut falsifier une autre théorie. Là-dessus, Kuhn et Lakatos peuvent s’entendre, la science normale n’étant elle-même qu’un vaste programme de recherche. L’idée d’un progrès empirique que veut conserver Lakatos le distancie cependant de Kuhn qui ne retient que la notion d’une élucidation progressive des croyances ou des Weltanschauungen (ou visions du monde). Entre le relativisme kuhnien et le falsificationnisme relativiste de Lakatos, l’anarchisme épistémologique de Feyerabend n’apparaît pas aussi exotique qu’on pourrait le croire de prime abord, puisqu’il n’est qu’une variante du relativisme historique. On retrouve chez Feyerabend la thèse de l’incommensurabilité, la dimension irrationnelle de l’entreprise scientifique, le divorce de la théorie et de l’empirie. L’aspect nouveau chez Feyerabend, c’est cet appel à la dialectique qui vient « assouplir » le rationalisme critique de Popper et « assainir » les méthodologies normatives qui prêchent la voie royale de la vraie science5.

La précession des équinoxes

5Étudions un exemple qui a entraîné la perte du système de Ptolémée : la précession des équinoxes (mouvement rétrograde des points équinoxiaux). C’est en effet un problème qui compliquait la théorie des épicycles, c’est-à-dire les cercles équants (équateurs excentriques) sur lesquels se meuvent les planètes selon l’astronomie ptoléméenne ; le centre de l’épicycle tourne autour d’un cercle plus grand, le déférent, qui est le cercle du Soleil. Ce système était devenu si complexe qu’il fallait changer d’hypothèse. L’hypothèse de la rotation de la Terre autour du Soleil avait été formulée dès le III^e siècle avant Jésus-Christ par Aristarque de Samos, mais il faudra attendre Copernic pour l’imposer — Galilée aura encore au XVII^e siècle des démêlés avec l’Inquisition pour avoir propagé le système héliocentrique.

6La précession des équinoxes, déjà établie par Hipparque au III^e siècle avant Jésus-Christ, signifie qu’il y a un déplacement ou progression annuelle des étoiles à l’équinoxe vernal (printemps) lorsque le Soleil traverse l’équateur — du sud au nord — dans sa course apparente sur la sphère céleste ou l’écliptique.

7Le plan de l’écliptique est oblique (23° 26’ 38”) par rapport à celui de l’équateur et tourne autour de l’axe de la sphère céleste en sens contraire de l’axe de rotation de la Terre (mouvement diurne d’ouest en est) à raison de 36 secondes d’arc par an — il prend donc 26 000 ans pour un tour complet. À la précession des équinoxes, il faut ajouter l’influence minime de la Lune sur la position de l’axe de la Terre dans l’espace, ce que l’on appelle la nutation (oscillation). En vertu de la précession, le Soleil ne se trouve plus en Poissons mais en Bélier, ce qui pourrait être gênant pour une astrologie qui s’en tiendrait au zodiaque ancien, parallèle au plan de l’écliptique.

8L’hypothèse copernicienne est un bel exemple de l’ἀναγωγή, remontée ou ascension d’Aristote que Peirce a traduite par abduction ou rétroduction6, c’est-à-dire la démarche qui consiste à formuler une hypothèse générale pour expliquer un ensemble de faits — l’abduction est donc différente de la déduction et de l’induction.

Kepler et les orbites planétaires

9Un exemple plus clair encore d’abduction est sans doute la théorie du mouvement planétaire de Kepler. Copernic, qui publie son De revolutionibus orbium coelestium en 1543, ne change pas la vision du monde, il ne fait qu’en déplacer le centre. Les épicycles de Ptolémée sont toujours là avec toutes leurs complications. Kepler pense toujours en termes de sphères concentriques, mais il énonce (en 1609 et en 1619) les lois du mouvement planétaire en s’appuyant sur la théorie des sections coniques :

101. les orbites des planètes sont des ellipses dont le Soleil est l’un des foyers (section conique) ;

112. les aires balayées par le rayon vecteur joignant le Soleil à la planète sont proportionnelles au temps — dans des temps égaux, périhélie et aphélie, une planète balaie des surfaces égales.

12La planète va prendre autant de temps à parcourir la distance MM’ que la distance NN’, mais ces deux distances ne sont pas égales, seules les aires SMM’ et SNN’ le sont.

13C’est la troisième loi qui est abduite, pourrait-on dire, à la suite de laborieux calculs :

143. les carrés des temps de révolution sont proportionnels aux cubes de leur distance moyenne du Soleil pour la constante

d³/t² = k (pour la constante k).

15Kepler consacre la mort de l’orbite circulaire et ouvre la porte à la théorie de la gravitation universelle de Newton.

16Newton prend la relève de Kepler et trouve

17(pour m et m’ deux masses distinctes, G pour gravitation et F pour force) ; c’est la loi de la gravitation universelle qui dit que la force d’attraction de deux corps est inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. Halley avait postulé F ∝ l/d². La deuxième loi de Newton nous dit d’ailleurs que la quantité de mouvement est modifiée de façon directement proportionnelle à la force qui lui est appliquée dans la direction du mouvement. Cette loi est condensée dans la célèbre formule

F = ma

18qui exprime la force en termes du produit de la masse et de l’accélération7. La première loi est la loi de l’inertie : un corps physique demeure au repos ou en mouvement uniforme rectiligne s’il ne subit pas de force extérieure8, alors que la troisième loi ou loi de l’action-réaction énonce simplement que si un objet exerce une force sur un autre, ce dernier exerce une force égale dans la direction opposée, ou dans le sens contraire9.

Galilée et la cinématique

19Les lois du mouvement de Newton sont inspirées des travaux de Galilée10. Après avoir défini le mouvement uniforme comme le mouvement par lequel des distances égales sont parcourues en des temps égaux, Galilée introduit sa notion du mouvement uniformément accéléré : le temps de descente d’un corps à partir de l’état de repos est proportionnel à la racine carrée de la distance de descente. L’idée originale de Galilée a été de concevoir des accroissements de l’accélération arbitrairement petits avant même la création du calcul infinitésimal par Newton et Leibniz11. Mais la géométrie euclidienne fournissait le modèle géométrique de la théorie du mouvement. Galilée imagine la figure suivante :

20dans laquelle l’échelle graduée HI est l’échelle des distances, alors que la droite AB représente le temps de parcours ou de descente d’un mouvement uniforme — distances égales parcourues en des temps égaux — et la droite AC, le temps de descente d’un mouvement accéléré. DO et EP correspondent aux accroissements successifs de la vitesse, c’est-à-dire à l’accélération.

21Selon la formule de Galilée,

22Pour démontrer que le temps qu’un corps uniformément accéléré prend pour parcourir une certaine distance est égal au temps que prendrait un corps en mouvement uniforme et dont la vitesse serait la moitié de la vitesse maximale atteinte par le corps en mouvement uniformément accéléré12, Galilée trace la figure suivante :

23où AB représente le mouvement uniforme, AE le mouvement accéléré et CD la distance à parcourir. Le raisonnement de Galilée est simple : puisqu’il y a autant de parallèles dans les triangles GLA et IEF, le point E représente la vitesse maximale v₂ du corps en mouvement uniformément accéléré et F la vitesse finale du corps en mouvement uniforme. On pourrait convenir ici, en corrigeant Galilée, que la droite AB représente le temps et que GF représente le mouvement uniforme. D’où v_u = ½ v_a, car F divise la droite EB en deux segments égaux et

24où v_u est le mouvement uniforme et v_a le mouvement accéléré.

25Si Galilée parvient à trouver ici la formule du mouvement uniformément accéléré, la théorie de l’inertie rectiligne lui échappe encore, et c’est Newton qui, retrouvant la pleine généralité de la géométrie euclidienne, en donnera la formulation classique que nous avons vue. Mais la mécanique classique elle-même, celle de Newton, n’est qu’un moment dans la théorie physique et nous devons maintenant aborder un chapitre central de cette histoire qui englobe en réalité la théorie du mouvement ou cinématique.