Qu'est-ce que la science ? Prouver, réfuter, changer de paradigme

Une éclipse en 1919

Le 29 mai 1919, deux expéditions britanniques photographient une éclipse totale de Soleil, l’une sur l’île de Príncipe, dans le golfe de Guinée, l’autre à Sobral, au Brésil. L’astrophysicien anglais Arthur Eddington dirige les observations de Príncipe. Il s’agit de mesurer la position des étoiles visibles près du bord du Soleil, que l’éclipse permet seule d’apercevoir en plein jour. La théorie de la gravitation d’Einstein prévoit que la lumière de ces étoiles est déviée par la masse du Soleil, d’environ 1,75 seconde d’arc ; la physique de Newton prévoit une déviation moitié moindre. Le 6 novembre 1919, devant la Royal Society et la Royal Astronomical Society réunies à Londres, les résultats sont annoncés : ils donnent raison à Einstein.

À Vienne, un jeune étudiant suit l’affaire avec passion. Karl Popper, qui deviendra philosophe des sciences, s’intéresse à la même époque à trois autres théories qui passionnent ses amis : la théorie de l’histoire de Karl Marx, la psychanalyse de Sigmund Freud et la psychologie individuelle d’Alfred Adler, avec qui il collabore alors au travail social mené auprès des enfants des quartiers ouvriers de Vienne. Ces trois doctrines semblent confirmées partout. Un marxiste, raconte Popper bien plus tard, ne pouvait ouvrir un journal sans y trouver à chaque page la preuve de sa théorie de l’histoire, y compris dans le parti pris du journal et dans ce qu’il taisait.

Popper imagine deux conduites opposées : un homme pousse un enfant dans l’eau pour le noyer, un autre sacrifie sa vie pour le sauver. Freud expliquerait la première par le refoulement, la seconde par la sublimation ; Adler expliquerait l’une et l’autre par le sentiment d’infériorité. Aucune conduite humaine ne pouvait contredire ces théories. La force apparente de la psychanalyse, son aptitude à tout expliquer, était aux yeux de Popper sa faiblesse. La théorie d’Einstein, au contraire, avait annoncé un résultat précis, improbable au regard de la physique admise, et qui l’aurait condamnée s’il ne s’était pas produit.

L’épisode pose le problème de la science sous sa forme la plus nette. La théorie de Marx et celle de Freud étaient argumentées, cohérentes, soutenues par des observations nombreuses et par des esprits remarquables. Qu’avait donc la théorie d’Einstein qu’elles n’avaient pas ? Qu’est-ce qui distingue une théorie scientifique d’une croyance bien argumentée ?

Comte et l’esprit positif

Une première réponse, la plus ancienne, définit la science par ce qu’elle cherche. Auguste Comte, fondateur du positivisme, l’expose dans son Cours de philosophie positive (1830-1842) sous la forme de la loi des trois états. L’humanité, et chaque science avec elle, passe successivement par trois stades. Au stade théologique, l’esprit cherche les causes premières et finales des phénomènes, et il explique ce qui l’étonne dans l’univers par l’intervention d’agents surnaturels. Au stade métaphysique, les questions restent les mêmes, mais des entités abstraites remplacent les agents surnaturels. Au stade positif, enfin, l’esprit renonce à chercher les causes des phénomènes et se limite strictement aux lois qui les régissent ; les notions absolues font place à des notions relatives.

La science, pour Comte, se reconnaît ainsi à un renoncement. Elle ne demande plus pourquoi les choses arrivent, mais comment elles se suivent, et elle se limite à des relations constantes entre des phénomènes observables. Ce renoncement a un prix, mais il donne un pouvoir. Comte résume le lien entre la science et ses applications dans une formule souvent citée : de la science vient la prévision, de la prévision vient l’action. Il ajoute que la science est une connaissance approchée, qui s’avance vers la vérité sans jamais l’atteindre tout à fait, sans que ce caractère relatif en fasse un scepticisme.

Cette réponse a une force réelle. Elle permet de comprendre comment une discipline cesse d’expliquer les phénomènes par des volontés cachées pour les relier entre eux par des lois. Mais elle ne suffit pas à trancher le cas de Popper. Le marxisme prétendait découvrir les lois de l’histoire, la psychanalyse les lois de la vie psychique, et l’une comme l’autre se présentaient comme des sciences positives, débarrassées de toute théologie. Se donner pour objet des lois ne suffit pas : il faut encore savoir comment on établit qu’une loi est vraie. Et c’est là qu’intervient une difficulté que David Hume, philosophe écossais, avait formulée plus de quatre-vingts ans avant le Cours de Comte.

Hume et le problème de l’induction

La manière la plus naturelle de justifier une loi consiste à invoquer les cas qui la vérifient. Le pain que j’ai mangé jusqu’ici m’a toujours nourri, donc le prochain morceau de pain d’apparence semblable me nourrira. Ce passage d’observations particulières à une proposition générale, ou à une prévision, s’appelle l’induction. Hume, dans son Enquête sur l’entendement humain (1748), demande ce qui l’autorise.

Ce ne peut pas être une démonstration. Le contraire d’un fait reste toujours possible, car il n’implique aucune contradiction. Que le soleil ne se lèvera pas demain, écrit Hume, n’est pas une proposition moins intelligible, et n’implique pas davantage contradiction, que l’affirmation qu’il se lèvera. Aucune nécessité logique ne relie donc le passé à l’avenir. Adam lui-même, ajoute Hume, avec une raison parfaite dès le premier jour, n’aurait pu deviner, à la seule vue de l’eau, qu’elle pouvait l’étouffer, ni, à la vue du feu, qu’il pouvait le brûler.

Ce ne peut pas non plus être un raisonnement fondé sur l’expérience. Tout raisonnement de ce genre suppose que l’avenir ressemblera au passé, c’est-à-dire que le cours de la nature restera uniforme. Or ce principe est précisément ce qu’il fallait établir. Justifier l’induction par l’expérience, c’est supposer acquis ce qui est en question : le raisonnement tourne en rond.

Hume ne conclut pas qu’il faut cesser de se fier à l’expérience. Seul un fou, dit-il, contesterait l’autorité de ce grand guide de la vie humaine. Mais ce qui nous fait passer de la flamme à la chaleur ou de la neige au froid n’est pas la raison : c’est l’accoutumance. Ayant vu deux sortes de choses toujours jointes, l’esprit s’attend, par habitude, à les voir jointes encore.

La conséquence pour la science est considérable. Si aucune accumulation de cas favorables ne démontre une loi générale, alors le nombre des confirmations ne distingue pas la science de la croyance. Le marxiste qui trouve sa théorie confirmée à chaque page du journal et le physicien qui la trouve confirmée à chaque expérience sont, de ce point de vue, dans la même situation. L’un et l’autre généralisent à partir de cas, et l’un et l’autre pourraient être démentis demain.

Popper, réfuter plutôt que vérifier

Popper accepte entièrement la critique de Hume, et c’est même de là qu’il part. Dans Logik der Forschung, publié à Vienne en 1934 et traduit en français sous le titre La Logique de la découverte scientifique, il fait reposer toute sa théorie de la science sur une asymétrie logique. Il est impossible de vérifier par l’expérience une proposition universelle, car on ne peut jamais examiner tous les cas. Mais un seul contre-exemple véritable suffit à la réfuter. Une exception ne confirme pas la règle : elle la ruine.

Une théorie scientifique, pour Popper, est donc une théorie qui interdit. La loi de conservation de l’énergie revient à dire qu’il n’existe pas de machine à mouvement perpétuel ; il suffirait d’en construire une pour la réfuter. Le critère du caractère scientifique d’une théorie, résume Popper, est sa réfutabilité, ou sa testabilité. Une théorie que rien ne pourrait démentir n’est pas plus solide qu’une autre : elle est hors de la science. L’irréfutabilité n’est pas une vertu, mais un défaut.

Ce critère ne dit pas qu’une théorie scientifique est vraie. Il dit seulement à quelles conditions elle peut être mise à l’épreuve. Une théorie qui a résisté à des tests sévères est, selon le mot de Popper, corroborée, et on la conserve à titre provisoire, comme la meilleure disponible, jusqu’à ce qu’elle soit réfutée ou dépassée. Il faut aussi que les tests aient été sérieux. Il est facile, observe Popper, de trouver des éléments favorables à presque n’importe quelle théorie. Une confirmation ne compte que si elle résulte d’une prédiction risquée, qui aurait pu échouer. L’éclipse de 1919 en donnait l’exemple : Einstein avait mis toute sa théorie en jeu sur une mesure.

Le critère permet de classer. La physique et la chimie sont des sciences ; l’astrologie est une pseudo-science ; la psychanalyse, pour Popper, a plus en commun avec les mythes qu’avec la science, parce que ses thèses ne peuvent pas être testées. Le cas du marxisme est différent. La théorie de Marx était d’abord scientifique, car elle faisait des prédictions précises. Quand ces prédictions ont été démenties, ses partisans l’ont sauvée en lui ajoutant des hypothèses ad hoc, inventées pour la circonstance, qui la mettaient d’accord avec les faits. Une théorie scientifique est ainsi devenue, selon Popper, un dogme.

Le critère a pourtant ses difficultés, et l’histoire de l’astronomie en offre une illustration. Au milieu du dix-neuvième siècle, l’orbite de la planète Uranus s’écartait de ce que prévoyait la mécanique de Newton. Fallait-il considérer la théorie comme réfutée ? L’astronome français Urbain Le Verrier fit une autre hypothèse : une planète inconnue, au-delà d’Uranus, la perturbait. Il en calcula la position et l’écrivit le 18 septembre 1846 à Johann Galle, astronome de l’observatoire de Berlin. Galle reçut la lettre le 23 septembre et trouva la planète le soir même, à moins d’un degré de l’endroit indiqué. C’était Neptune. Le Verrier releva aussi une légère anomalie dans le mouvement de Mercure, et on l’attribua de la même manière à une planète plus proche du Soleil, baptisée Vulcain. Celle-là ne fut jamais trouvée, et l’anomalie de Mercure compta parmi les premiers succès de la relativité générale.

Dans les deux cas, les astronomes ont fait la même chose : au lieu d’abandonner la théorie devant un fait contraire, ils ont ajouté une hypothèse auxiliaire. Une fois, elle a conduit à une découverte ; l’autre, à une impasse. Une loi isolée ne prédit presque rien ; elle prédit avec d’autres hypothèses, et un démenti peut toujours être imputé à l’une de ces hypothèses plutôt qu’à la loi. Popper l’a reconnu dans sa position finale : on ne peut pas séparer la science de ce qui n’en est pas par la seule réfutabilité des énoncés, et l’ajustement des hypothèses auxiliaires fait partie de la pratique scientifique. Il lui fallait alors distinguer l’ajustement fécond, qui ouvre de nouveaux tests, de l’ajustement ad hoc, qui ne sert qu’à se protéger. La frontière entre science et croyance devient une question de conduite plutôt que de logique.

Bachelard et la rupture avec l’opinion

Gaston Bachelard, philosophe français des sciences, part d’un autre côté. Il ne se demande pas d’abord quel test logique sépare la science de la croyance, mais comment un esprit devient scientifique. Dans La Formation de l’esprit scientifique (1938), il soutient que c’est en termes d’obstacles qu’il faut poser le problème de la connaissance scientifique. On connaît, écrit-il, contre une connaissance antérieure.

Le premier de ces obstacles est l’opinion. La science, dit Bachelard, s’oppose absolument à l’opinion, qui a, en droit, toujours tort. « L’opinion pense mal ; elle ne pense pas : elle traduit des besoins en connaissances. » On ne peut rien fonder sur elle : il faut d’abord la détruire. La formule est dure, mais elle vise juste. Une croyance bien argumentée peut être une opinion, si ses arguments servent à justifier ce que l’on désirait déjà penser.

Bachelard en décrit bien d’autres : l’expérience première, la connaissance générale, l’obstacle de la connaissance quantitative, l’obstacle animiste, le substantialisme. Tous ont la même nature. Ce ne sont pas des erreurs de calcul ou des lacunes d’information, mais des habitudes de pensée qui paraissent naturelles et que l’on ne remarque pas. Bachelard présente son livre comme une psychanalyse de la connaissance objective : il faut débusquer, dans l’esprit du savant lui-même, les attachements qui l’empêchent de voir.

Le contraste avec Hume est net. Pour Hume, l’habitude est le fondement de nos croyances sur la nature ; pour Bachelard, elle est ce dont la science doit se défaire. « Rien ne va de soi. Rien n’est donné. Tout est construit. » Le fait scientifique n’est pas l’observation brute : il est obtenu par des instruments, à partir d’une question. Avant tout, écrit Bachelard, il faut savoir poser des problèmes. S’il n’y a pas eu de question, il ne peut y avoir connaissance scientifique.

Cette conception change la lecture de l’épisode de 1919. L’observation d’Eddington n’avait de sens que dans le cadre d’une théorie qui annonçait une valeur précise, et d’une technique photographique capable de la mesurer. Le profane qui aurait regardé l’éclipse n’y aurait vu qu’un spectacle. Pour Bachelard, ce qui distingue la science de la croyance n’est pas d’abord un critère qu’on appliquerait aux énoncés, mais une rupture : avec l’opinion, avec l’expérience immédiate, et avec son propre passé. Le progrès scientifique procède par refontes, non par accumulation.

Kuhn et la science normale

Thomas Kuhn, historien et philosophe des sciences américain, a regardé de près ce que font les scientifiques au quotidien, et il en a tiré une description qui contrarie Popper. Dans La Structure des révolutions scientifiques (1962), il distingue deux phases dans le développement d’une science : la science normale et les révolutions.

En période normale, une communauté scientifique travaille dans le cadre d’un paradigme : un ensemble de théories, de méthodes et surtout de solutions exemplaires, qui servent de modèles. Le paradigme fournit aux chercheurs des énigmes à résoudre et les outils pour les résoudre. Kuhn compare cette activité à la résolution de casse-tête : on n’y met pas en cause les règles du jeu, on cherche la pièce qui manque.

Or, dans cette phase, les scientifiques ne cherchent ni à tester ni à confirmer les théories fondamentales de leur discipline. Un résultat contraire ne passe pas pour une réfutation : on l’écarte, on l’explique autrement, on le met de côté en attendant. Seules peuvent être réfutées, à la manière de Popper, les solutions particulières proposées à telle ou telle énigme. C’est l’accumulation d’anomalies particulièrement gênantes qui finit par créer une crise, quand la communauté perd confiance dans l’aptitude du paradigme à les résoudre. La crise débouche sur une révolution scientifique si un paradigme rival remplace l’ancien.

Kuhn soutient en outre que deux paradigmes successifs sont incommensurables : il n’existe pas de mesure commune qui permettrait de les comparer point par point. Les partisans de paradigmes rivaux, écrit-il, exercent leur métier dans des mondes différents ; l’un voit des corps contraints qui tombent lentement, l’autre des pendules qui répètent leur mouvement. Kuhn comparait ce changement au basculement de perception devant la figure ambiguë du canard-lapin, que l’on voit tantôt comme un canard, tantôt comme un lapin.

La thèse a été très discutée, car elle semblait faire du changement de théorie une affaire de conversion plutôt que de preuve. Kuhn a pourtant précisé, dans un texte de 1977, qu’il existe des critères partagés pour choisir entre deux théories : la précision, la cohérence, l’étendue, la simplicité et la fécondité. Mais ces critères laissent place à des divergences : deux savants également compétents peuvent les appliquer différemment. Le caractère scientifique d’une théorie n’est plus seulement une propriété logique : il dépend aussi du fonctionnement d’une communauté de chercheurs, qui dispose de critères communs, d’énigmes précises et de moyens de reconnaître une anomalie.

Une croyance bien argumentée peut-elle être scientifique ?

Le problème initial ne reçoit donc pas une réponse unique, et ces réponses se corrigent l’une l’autre plutôt qu’elles ne s’excluent. Comte définit la science par son objet, les lois, et par son pouvoir de prévoir. Hume montre que ce pouvoir ne repose sur aucune démonstration. Popper en tire qu’une théorie se distingue d’une croyance non par ses preuves, toujours insuffisantes, mais par les risques qu’elle accepte de courir. Bachelard ajoute que ce risque suppose une rupture avec l’opinion et les évidences. Kuhn rappelle que la science réelle protège longtemps ses théories et ne les abandonne qu’en bloc.

Ce qui se dégage de leur confrontation, c’est que la différence entre une théorie scientifique et une croyance bien argumentée ne se trouve pas dans la qualité des arguments. Une croyance peut être plus cohérente, plus élégante et plus riche en exemples qu’une théorie scientifique. La différence est ailleurs : dans la possibilité, pour la théorie, d’être prise en défaut par quelque chose qui ne dépend pas de ceux qui la soutiennent. Une croyance bien argumentée choisit ses exemples ; une théorie scientifique s’expose à des faits qu’elle n’a pas choisis, dans des conditions que d’autres peuvent reproduire.

Cette différence n’est pas une propriété que l’on constaterait une fois pour toutes. Elle se maintient ou se perd. Une théorie scientifique peut devenir un dogme si ses défenseurs refusent tout démenti, comme Popper l’a dit du marxisme ; une hypothèse marginale peut devenir scientifique si l’on parvient à en tirer des conséquences testables. La question se prolonge dans l’épistémologie, qui examine la valeur de nos savoirs. Elle demande encore si les sciences humaines, qui étudient des êtres capables de changer de conduite quand on les décrit, peuvent satisfaire aux mêmes exigences que la physique, et si la confiance accordée aux sciences par ceux qui ne peuvent pas refaire les expériences diffère vraiment d’une croyance.

Références

• Auguste Comte, Cours de philosophie positive, 1830-1842.
• David Hume, Enquête sur l’entendement humain, 1748.
• Karl Popper, La Logique de la découverte scientifique (Logik der Forschung, 1934).
• Karl Popper, Conjectures et réfutations, 1963.
• Gaston Bachelard, La Formation de l’esprit scientifique, 1938.
• Thomas Kuhn, La Structure des révolutions scientifiques, 1962.