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Beauté et vérité en science, le monde des Idées de Platon

 

par Trinh Xuan Thuan, astrophysicien, professeur à l'Université de Charlottesville en Virginie

 

On pense généralement que l’activité scientifique est basée sur l’observation rigoureuse des faits dans laquelle l’esthétique et l’émotion n’interviennent pas. pourtant, observer la Nature peut faire naître des sentiments du Beau, d’esthétique et de poésie. Platon, dans le dialogue Phèdre, explique que la beauté du corps mène à la beauté de l’âme, ou autrement dit, du sensible à l’intelligible pour arriver à la science du Beau et connaître la Beauté elle-même. Comment se manifeste cette beauté en science ?

 

 

Les trois aspects de la beauté en science

 

En science, la beauté s’observe au premier niveau par la beauté physique de l’univers : dans le Ciel, grâce aux télescopes extrêmement performants qui permettent de voir très faible, très loin, donc très tôt - car la lumière met du temps à arriver dans les instruments - nous pouvons reconstituer l’histoire du Cosmos et y découvrir des splendeurs : les galaxies spirales, elliptiques et naines, les étoiles jeunes naissantes… Sur Terre, nous pouvons admirer les feux rougeoyants du soleil couchant, l’arc-en-ciel, les aurores boréales, le ciel étoilé ou l’arche de la Voie lactée. Toute cette beauté physique éblouit et ne laisse pas indifférent.

Au second niveau, la beauté concerne un domaine plus abstrait de la science, celui de l’ordre et de la cohérence du monde. Si l’univers était chaotique, je ne pourrais pas exercer mon activité de scientifique. Comment se fait-il qu’il existe une cohérence ? Comment les lois physiques peuvent-elles relier des phénomènes apparemment différents ?

Les Grecs pensaient que des lois physiques différentes régissaient le Ciel et la Terre. Aristote croyait que le Ciel était la résidence des dieux ; les dieux étant parfaits, il ne pouvait y avoir dans le Ciel que des formes parfaites comme le cercle, avec un mouvement parfait, tel le mouvement uniforme. La Terre était le domaine de l’impermanence et de l’imparfait. Des lois différentes régissaient donc le Ciel et la Terre. Cette croyance fut détruite par Isaac Newton (1) qui introduisit le concept de lois identiques pour les objets comme pour les astres. Il définit la loi de la gravitation universelle : la force de gravité est non seulement responsable du mouvement de la Lune autour de la Terre, de la Terre ou des planètes autour du Soleil, mais elle dicte aussi la chute d’une pomme dans le verger. Ce faisant, Newton unifia Ciel et Terre. Le mouvement d’unification se poursuivit aux siècles suivants. Au XIXe siècle, Maxwell (2) unifia l’électricité et le magnétisme, phénomènes apparemment différents, en introduisant l’électromagnétisme. Il montra que les ondes électromagnétiques n’étaient autres que des ondes lumineuses, unifiant ainsi l’électromagnétisme et l’optique.

Au XXe siècle, Einstein unifia l’énergie et la matière, le temps et l’espace que Newton pensait complètement distincts. Au XXIe siècle, le rêve du physicien est d’unifier les quatre forces fondamentales de l’Univers (gravité, électromagnétisme, nucléaire forte et faible) en une superforce pour obtenir une théorie du Tout.

Au troisième niveau, c’est la beauté des théories elles-mêmes. Pour décrire un même phénomène, il y a souvent plusieurs théories en compétition. C’est souvent la théorie la plus belle qui semble être la plus conforme à la vérité.

 

Une belle théorie, théorie inévitable

 

La première qualité d’une belle théorie, c’est qu’elle est inévitable. Par exemple, dans la théorie de la relativité générale, si l’on change l’un des postulats, tout l’édifice s’effondre. C’est comme si l’on change une note dans une suite de Bach : l’équilibre du morceau de musique est détruit.

La seconde qualité d’une belle théorie, c’est qu’elle doit être simple. Pas au niveau des équations – les équations de la relativité générale d’Einstein ne le sont pas – mais au niveau des hypothèses, des postulats, des axiomes qui constituent sa base. Par exemple, la théorie restreinte d’Einstein est fondée sur l’hypothèse de la constance de la vitesse de la lumière, quel que soit le mouvement de l’observateur.

Je souscris au rasoir d’Ockham (3), énoncé par Guillaume d’Ockham, philosophe franciscain du XIVe siècle, qui affirma que pour expliquer une théorie ou un phénomène, il ne fallait pas introduire des hypothèses qui n’étaient pas nécessaires. En quelque sorte, pourquoi faire compliqué quand on peut faire simple ?

Un exemple d’une théorie qui n’est pas simple est celle de l’univers géocentrique. Pendant vingt siècles, l’homme a pensé que la Terre était le centre du monde. Pour expliquer les positions des planètes dans le ciel, les Grecs introduisirent ce que l’on appelle des épicycles, c’est-à-dire des cercles dont le centre lui-même décrivait un cercle plus grand (déférent) centré sur la Terre. En introduisant de nombreux épicycles, il devint de plus en plus compliqué d’expliquer les mouvements des planètes. En fin de compte, la théorie géocentrique s’avéra erronée.

 

Une théorie conforme aux lois de la Nature

 

La qualité la plus importante d’une belle théorie, c’est qu’elle doit être conforme à la Nature et expliquer son comportement. C’est le test ultime d’une théorie, la base de ce qu’on appelle la méthode scientifique. La science n’est évidemment pas de la métaphysique. Une belle théorie prédit des phénomènes, des observations ou des expériences à faire. Par exemple, un chercheur doit vérifier les positions des planètes au télescope et, si celles-ci ne sont pas conformes aux prédictions de la théorie, il devra modifier sa théorie. Il y a toujours un va-et-vient constant entre théorie, expérimentation et expérience. En d’autres termes, une belle théorie doit être vraie. Et là, je voudrais en venir à l’idée d’illumination scientifique.

 

L'illumination scientifique

 

Il arrive qu’après des mois de labeur, après s’être penché sur un problème qu’il pensait insoluble, un chercheur voit poindre la solution. C’est ce que j’appelle l’illumination scientifique. Cela n’arrive pas souvent dans la vie d’un scientifique.

Comment expliquer l’illumination scientifique ? Je rejoins le philosophe Platon.

Il existe deux vérités : une vérité apparente, celle de nos sens, de notre corps qui change en permanence et est imparfait, et une vérité ultime. De la naissance à la mort, nous voyons cette vérité apparente et cherchons à atteindre la vérité ultime, comme beaucoup de scientifiques tentent de le faire. Comment l’atteindre ? En réfléchissant, en observant, en faisant de nombreuses expériences.

À un moment donné, il arrive que l’on contacte, capte ce monde des idées que Platon a évoqué dans son dialogue La République, en utilisant l’allégorie de la Caverne. Dans celle-ci, l’homme est enchaîné dans une caverne où il ne voit que des ombres, les ombres de cette vérité ultime qui est à l’extérieur de la Caverne et qu’il appelle le monde des Idées.

L’illumination scientifique, c’est ce moment particulier où le scientifique entre en contact avec ce monde des idées, dans lequel résident, selon moi, les lois physiques et les entités mathématiques. Dans leurs recherches très abstraites, de nombreux scientifiques ont invoqué cet univers platonicien. Roger Penrose (4) a dit : «J’imagine que lorsque l’esprit perçoit une idée mathématique, il entre en contact avec le monde platonicien des concepts mathématiques». Je suis d’accord avec ce qu’il a dit. On retrouve ce concept de vérité apparente et de vérité ultime dans le Bouddhisme. Pour les bouddhistes, entrer en contact avec cette vérité ultime nécessite d’atteindre l’Éveil. Pour un scientifique, avoir accès au monde de l’intelligible et des Idées nécessite de pratiquer une grande ascèseet d’exercer une profonde concentration sur le problème à résoudre.

 

Les lois résident dans le monde des Idées

 

En science, les lois énoncent les régularités de la Nature. Elles possèdent un ensemble de propriétés qui s’appliquent à tout objet dans l’univers. Les lois sont absolues, c’est-à-dire indépendantes de celui qui les découvre. Je m’oppose fermement à Jacques Derrida (5) et à tous les post-modernistes qui prétendent qu’une réalité scientifique objective n’existerait pas, et que la science serait seulement une construction culturelle qui dépendrait du contexte sociétal et culturel dans lequel se trouve le chercheur. Pour moi, les lois de la Nature que les scientifiques découvrent existent bel et bien. Elles ne sont pas le produit de l’imagination humaine. Elles résident dans le monde des Idées de Platon.

Le scientifique agit comme un explorateur qui part découvrir de nouveaux continents. Ces continents existent déjà et ne sont pas le produit de son esprit.

 

Les lois sont universelles, absolues et s'appliquent à tout

 

Les lois sont universelles, absolues, omniscientes et elles s’appliquent partout dans l’univers. Elles sont omnipotentes, c’est-à-dire qu’elles s’exercent du plus petit atome au plus grand super amas de galaxies dans l’univers. Elles sont éternelles c’est-à-dire qu’elles ne changent ni ne varient. Nous voyons ici une dichotomie ! Les lois du monde des Idées sont invariables et éternelles. Pourtant, elles s’appliquent à des phénomènes qui sont en évolution perpétuelle et en changement constant. Ainsi l’univers possède une histoire, son espace se dilue sans cesse dans un processus d’expansion accélérée, les étoiles naissent et meurent sur des cycles de vie et de mort de millions, voire de milliards d’années, le soleil tourne en permanence autour du centre de la Voie lactée, celle-ci tombe a son tour vers Andromède (6) : tout bouge, tout change.

En conclusion, l’univers est beau car il est cohérent et ordonné et peut être décrit par des lois immuables, comme l’a énoncé Platon. Vingt-cinq siècles plus tard, sa philosophie continue à m’inspirer. Elle me permet de donner une cohérence au principe de l’illumination scientifique, ce contact avec le monde des Idées que tout scientifique rêve de vivre au moins une fois dans sa vie.

 

Notes

(1) Isaac Newton (1643-1727), philosophe, mathématicien, alchimiste et théologien anglais

(2) James Clerk Maxwell (1831-1879), physicien et mathématicien écossais

(3) Guillaume d’Ockham (1285-1347), philosophe, logicien et théologien anglais, auteur du rasoir d’Ockham, principe de raisonnement philosophique. Il repose sur le principe de simplicité, d’économie. Il peut se formuler comme suit : Pluralitas non est ponenda sine necessitate «Les multiples ne doivent pas être utilisés sans nécessité.» Une formulation plus moderne est que «les hypothèses suffisantes les plus simples sont les plus vraisemblables»

(4) Roger Penrose (né en1931), physicien et mathématicien britannique. Il travaille avec Stephan Hawking à la théorie de l’origine de l’univers. Il apporte sa contribution mathématique à la théorie de la relativité générale appliquée à la cosmologie et à l’étude de trous noirs

(5) Jacques Derrida (1930-2004), philosophe français. Il a créé et développé la notion de déconstruction (non-dit derrière les textes)

(6) Galaxie compagne de la Voie lactée, située à 2,3 milliards d’années-lumière de cette dernière.