lundi 19 mai 2014

Les lois de la nature

Dining table for two

Dans le billet précédent, nous nous sommes intéressés à la question du réalisme scientifique : les entités postulées par les théories scientifiques existent-elle réellement dans le monde, indépendamment de notre façon de les concevoir ?

Etre réaliste est une chose, mais cela ne nous dit pas de quoi est exactement fait le réel (ou, comme l'expriment certains, quel est le "mobilier du monde"), c'est à dire finalement comment interpréter le contenu de nos théories. Cette question est de l'ordre de la métaphysique, et en particulier de l'ontologie : l'étude de l'être.

Une question métaphysique

On peut dégager plusieurs grandes catégories d'entités qui peuvent prétendre appartenir aux fondements du monde : les objets, les propriétés et relations, les événements, les processus, l'espace et le temps... Le rôle de la métaphysique est d'élucider ce que recouvrent ces catégories : comment identifient-on les entités correspondantes ? Comment les caractériser (sont-elles concrètes, abstraites, universelles ou particulières) ? Quels rapports (de nécessité, de composition, ...) entretiennent-elles ? Certaines de ces catégories se réduisent-elles à d'autres, par exemple l'espace-temps à des relations, ou les objets à des regroupements de propriétés, ou à des événements ?

Il s'agit donc, en quelque sorte, de forger les outils conceptuels qui nous permettent d'appréhender le monde (et bien sûr, si l'on est anti-réaliste, on peut très bien n'y voir que des concepts).

MaryRose-carpentry tools1
Nous nous intéresserons peut-être dans un prochain article à ce type de questions, qui soulèvent certains problèmes méritant qu'on s'y attarde (notamment quand il s'agit d'interpréter la physique moderne). Mais aujourd'hui je souhaite aborder un autre sujet, connexe, qui concerne des éléments jouant un rôle central dans nos théories physiques : les lois de la nature.

Le réalisme scientifique repose en grande partie sur l'idée que la science permet d'expliquer les phénomènes du monde. Or il se trouve que la plupart des explications scientifiques reposent sur des lois (on explique la réflexion de son image dans un miroir par les lois de l'optique, par exemple). Mais alors qu'est-ce qu'une loi de la nature ?

Qu'est-ce qu'une loi naturelle ?

Le terme de "loi" fait évidemment penser à l'idée d'un législateur divin qui aurait posé un certain nombre de décrets au moment de la création du monde ("la vitesse de la lumière tu ne dépassera point"). C'est d'ailleurs ainsi que certains auteurs, comme Pascal, concevaient les choses.

Declaration of the Rights of Man and of the Citizen in 1789
Mais sans forcément entrer dans la théologie, on peut déjà attacher plusieurs aspects à la notion de loi naturelle :
  • l'idée de nécessité : les lois scientifiques expriment des liens contraignant nécessairement la façon dont sont les choses, dont elles se déroulent. Elles nous indiquent ce qui est possible ou impossible.
  • l'idée de nécessité physique : il ne s'agit pas de contraintes logiques, ces rapports de nécessité ne sont pas connus a priori mais sont découvert empiriquement, par l'expérience plutôt que par le raisonnement. Ils existent dans le monde.
  • l'idée de généralisation universelle : ces contraintes s'appliquent en tout temps et en tout lieu, à tous les éléments concernés.

Peut-on remettre en question ces aspects ? Peut-être existe-il certaines lois qui ne s'appliquent que localement ? C'est le cas de certaines lois historiques, comme la loi de chute des corps à la surface de la terre de Galilée, mais on peut juger qu'il s'agit d'une caractéristique temporaire (et après tout si la terre venait à perdre une partie de sa masse suite à une catastrophe cosmique, cette loi ne serait plus valable : ce n'en est donc pas vraiment une).

En fait c'est surtout l'idée que les lois correspondent à des rapports de nécessité physique qui n'a pas toujours fait l'unanimité, notamment parce qu'on peut se demander comment de tels rapports seraient connaissables. C'est le fameux problème de l'induction, soulevé par Hume : ce n'est pas parce que le soleil s'est levé tous les matins jusqu'à présent qu'il se lèvera demain.

Les lois comme généralisation

Pour Hume, les lois scientifiques ne sont que des habitudes de l'esprit. Elles nous permettent simplement de décrire certaines régularités dans les phénomènes. C'est ce qu'on appelle une conception humienne des lois naturelles : le monde serait avant tout une mosaïque de faits disparates, et les lois seraient donc un type de propositions permettant de généraliser les phénomènes plutôt qu'une chose existant dans la nature.

Painting of David Hume
Le problème de cette thèse est que toutes les généralisations ne sont pas des lois. Par exemple : c'est une loi qu'aucun signal ne peut dépasser la vitesse de la lumière, mais ce n'est pas une loi qu'aucun canard ne peut voler à plus de 100 km/h (même si c'est effectivement le cas qu'aucun canard n'a jamais volé ni ne volera jamais à cette vitesse). Difficile donc d'occulter le fait que les lois prétendent faire plus que simplement généraliser les phénomènes.

Il existe certaines idées pour sauver cette thèse (proposées notamment par le philosophe David Lewis), qui est que les lois scientifiques seraient des généralisation particulières : ce seraient des généralisations optimales, qui offrent le meilleur compromis entre force et simplicité, qui permettent de rendre compte d'un maximum de phénomènes en un minimum de principes (ce qu'on appelle le "meilleur système").

Cependant il n'est pas certain que les notions de "force", de "simplicité" et de "meilleure compromis" puissent être rendues objectives et vraiment différencier de manière non circulaire les lois de ce qu'intuitivement on considérerait comme des généralisation accidentelle (la vitesse des canards).

Se pose notamment le problème de ce que Goodman appellait la "projectibilité" : pourquoi certaines propriétés, comme le fait d'être vert, semble être de bonnes candidates pour entrer dans des lois, mais pas d'autres, comme la propriété "vleue" qui correspondrait aux objets verts avant l'an 2020 et bleu ensuite ? On peut penser que c'est une question de simplicité, mais la propriété d'être vert peut s'exprimer comme ce qui est vleu avant 2020 et blert ensuite... Cet exemple qui peut sembler un peu tiré par les cheveux (et auquel Goodman propose une solution) exprime le fait que l'idée de simplicité ne coule pas forcément de source et qu'il n'est pas forcément évident de distinguer en principe ce qu'est une "bonne" généralisation.

Edelstein-Ente

Les lois n'existent pas ?

L'idée de "meilleur système" rencontre donc des difficultés et en tout état de cause il semble que les lois ne se contentent pas de généraliser les faits actuels, passés ou futurs, mais qu'elles affirment des choses sur ce qui est possible ou impossible au delà de ces faits.

Pour autant nous n'avons pas expliqué ce qui nous permettrait de véritablement connaître les lois, si bien qu'on pourrait penser qu'elles n'existent simplement pas, que nous sommes dans l'erreur quand nous parlons de lois. On peut appuyer cet anti-réalisme sur les changements théoriques, le fait que ce qu'on croyait être des lois n'en sont plus selon les théories plus récentes.

Ici nous retrouvons le débat sur le réalisme évoqué dans le dernier billet, et de la même façon, on peut faire valoir que le réalisme offre une bonne explication au succès des sciences. L'anti-réalisme à propos des lois s'apparentent à un nihilisme : après tout ce sont des lois, des contraintes sur ce qui est possible ou non, qui fondent la plupart de nos représentations, de nos actions et de nos jugements, ne serait-ce que la persistance des objets de la vie quotidienne. Et puis si les lois ne sont que des habitudes de l'esprit, comment expliquer qu'elles continuent de se vérifier sans cesse ?

On peut donc plutôt chercher à avancer des explications pour justifier notre connaissance des lois. Peut-être percevons nous directement des rapports de causalité, à partir desquels nous extrapolons ? Le problème (au delà de la question, peut-être psychologique, de savoir s'il est vrai que nous percevons directement des liens causaux) est que les lois correspondent à des idéalisations plutôt qu'à des choses directement observées. Par exemple les lois de gravitation fonctionnent pour décrire les phénomènes si on part du principe que les forces électromagnétiques n'entrent pas en compte. Galilée lui-même a eu recours à un certain nombre d'idéalisations pour élaborer sa loi de la chute des corps. Mais aucune loi n'est vraiment observable à l'état pur.

Balance à tabac 1850
Peut-être alors cherchons nous à trouver les meilleures explications, que l'on vérifie ensuite ? C'est sans doute un peu simpliste, mais on pourrait penser par exemple que nous appliquons des schèmes conceptuels, des cadres de lois possibles, à partir desquels nous effectuons des inférences. La manipulation, l'intervention expérimentale, semble également jouer un rôle important dans la mise au jour de liens de causalité qui existeraient dans le monde, et pas seulement dans notre esprit.

Tout ceci peut être débattu, mais en tout état de cause, rendre compte de notre connaissance des lois n'est pas nécessairement insurmontable.

Alors, que sont les lois ?

Certes, le problème de la nature fondamentale des lois n'est pas résolu pour autant, mais il existe plusieurs options pour le réaliste. Exposons les brièvement pour conclure.

On peut par exemple adopter une forme de platonisme : les lois existeraient en tant que tel, de manière abstraite. Une version, soutenue par le philosophe David Armstrong (qui nous a quitté il y a quelques jours) consisterait à dire que les lois seraient des relations entre ces entités abstraites que sont les universaux (qui correspondent, en gros, aux propriétés, par exemple le rouge). Il faudrait alors dire de quel type de relations on parle. De relations de nécessité ? Mais est-ce que ça éclaire vraiment les choses ? De relations causales, peut-être (c'est la thèse d'Armstrong) ? Ceci ouvre toute une série de questions sur la causalité (dont nous parlerons peut-être un jour).

On peut aussi vouloir associer les lois à des dispositions instanciées dans la réalité, contenues dans les propriétés des objets particuliers par exemple. Encore une fois cette idée peut s'appuyer sur un rapprochement avec la causalité et est donc subordonnée à toutes les questions que soulève cette notion.

Enfin en dernier recours on peut faire des lois un élément primitif de la réalité, simplement inanalysable.

Cette question n'est pas vraiment résolue (si tant est qu'elle puisse l'être), et on peut dire qu'ici, nous sommes entrés de plein pied dans les eaux troubles de la métaphysique...

Swamp in Slidell

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