Science & Beauté
(1)
Quel rapport entre Science et Beauté ?
| Niveau de difficulté | Création | Révision |
|---|---|---|
 | 25/07/05 | 30/06/07 |
IntroductionOn pense naturellement tout d'abord que la science, dans son apparente froide rigueur, n'a pas à faire grand cas de la beauté.
Cherchez l'erreur
Le but de cet article est de démontrer que ce n'est pas vraiment le cas.
On va ainsi voir que l'attirance pour le « beau » influence les sciences, la recherche fondamentale en particulier.
Ensuite on observera que la science a trouvé et « mathématisé » (ce mot est horrible par contre ) du « beau » dans la nature.
Enfin, on verra de manière extensive que l'étude de la beauté est un excellent sujet de psycho-sociologie car ce critère marque le fonctionnement de notre société.
En route !
L'esthétique en sciences dans l'histoire
Quelle est la motivation des scientifiques (je parle des vrais, pas ceux arrivés là parce qu'ils n'étaient pas doués à autre chose qu'à comprendre et mettre en oeuvre un bon raisonnement logique) ? Ce peut être tout simplement la fascination devant la construction de la nature.
HistoireIl est difficile d'après les philosophes de s'entendre sur la notion de beauté et de définir des critères objectifs.
“ Des goûts et des couleurs... ”
Dès les origines des réflexions sur la nature de l'univers, les critères esthétiques étaient présents. Euclide et devait ressentir les mêmes sensations devant la pseudo-perfection de sa géométrie que lorsqu'il regardait une superbe statue. Parler d'esthétique, c'est évoquer les sens. Les philosophes grecs tels que Platon et Aristote fondaient leurs théories pour que l'ensemble soit harmonieux, en particulier concernant la description du ciel et du mouvement des astres.
Ce guide est resté tant et si bien que la légendaire "révolution Copernicienne" de 1543 (la terre tourne autour du soleil et non pas l'inverse) n'aurait pas eu lieu si notre prère polonais, Copernic, n'avait pas cette exigence sur l'Harmonie et la Beauté qui le taraudait pour expliquer le monde. Reste que Copernic devra compliquer son hypothèse de système héliocentrique pour rendre compte de tous les mouvements des astres. Le critère de beauté et de perfection est depuis les grecs et jusqu'à Copernic compris symbolisé par la sphère (et le cercle en 2D), modèle le plus pur de symétrie. Copernic écrivait donc :
Tout d'abord, il nous faut remarquer que le monde est sphérique, soit parce que cette forme est la plus parfaite de toutes, totalité n'ayant besoin d'aucune jointure ; soit parce qu'elle est la forme ayant la capacité la plus grande, qui convient le mieux à tout contenir et tout embrasser
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Remarquez qu'il n'y a rien de rationnel dans tout cela ! Il a bien fait de publier dans l'anonymat ( non pas pour ne pas se faire "crâmer la gueule" mais parce qu'il aurait eu du mal à prouver ses assertions !)
Kepler et Galilée, quant-à-eux, ont un peu plus planché sur la question et on adopté le point de vue de Copernic : la terre tourne autour du soleil. Aucune preuve, mais cela sonnait plus juste.
Mais là encore, le critère de recherche de perfection esthétique a quand même géné Kepler et lui a compliqué la tâche d'analyse des données récoltées par le fantasque et despote Tycho Brahé, en particulier les curieux déplaçement de la planète Mars (la planète du système solaire dont l'orbite autour du soleil est la plus elliptique).
Kepler, après d'énormes efforts a dû rendre les armes : la trajectoire de Mars est de nature elliptique.Oh de pas beaucoup car si on fait un dessin, on ne peut pas distinguer cette ellipse d'un cercle; le trait est trop gros et cache la différence ! Ca a l'air bête de dire que les trajectoires des planetes sont elliptiques mais cela remet en compte tout le système de compréhension depuis plus d'un millier d'années (à tel point, que Galilée lui même, son contemporain, n'y croiera jamais !). Galilée a donc pris comme hypothèse ad hoc, comme modèle certes gênant mais efficace que les orbites étaient elliptiques
hautEt les scientifiques contemporains ?
RechercheLa recherche fondamentale est une discipline assez déroutante car,
contrairement aux sciences appliqués (ou de l'ingénieur), elle repose moins sur du vérifiable concrètement, en tout cas pas dans un avenir très proche.
LA RECHERCHE
“ , c'est du flair ? ”
Alors, il faut bien admettre que certains critères doivent être utilisés dans ce que le chercheur appellera son « intuition » ou son « imagination ». Parmi un de ces critères figure en bonne place le critère « esthétique ».
Attention, dans ce critère, on retrouve des présomptions religieuses (la perfection) voire mystique !
On va maintenant donner des exemples de poids pour mieux saisir de quoi il en retourne.
ScientifiquesD'après le physicien Kip S. Thorne, au début du 19éme siècle, de grands physiciens avaient remarqué
que les lois de Maxwell, fondatrices de l'electromagnétisme, si "belles" quand le référentiel d'étude était fixe ou en translation uniforme devenaient "laides" quand on les exprimaient dans un référentiel en mouvement (autre
que rectiligne uniforme).
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L'expérience devait vérifier que |
Cela fit en sorte que ces scientifiques prirent les résultats apparement contradictoires de la fameuse expérience de Michelson & Morley (M&M) ) comme potentiel preuve de nécessité de réviser ces lois newtonniennes.
Cela semait ainsi le terreau sur lequel Einstein pouvait semer sa théorie de la relativité restreinte.
Notre célèbre Einstein justement en faisait grand cas de ce critère esthétique.
Einstein
Les hommes ne sont pas des robots comme notre petit New-Toon et c'est leur imagination qui fait qu'ils trouvent ce qu'un ordinateur ne peut pas trouver.
Ce critère subjectif sur l'esthétique a ainsi tant aidé que nuit à notre grand homme toujours décoiffé :
Aidé car dans sa recherche de solutions au problèmes de relativité (restreinte et générale), il cherchait celles qui seraient les plus belles ou on dit souvent « élégantes ».
Nuit car en raison de sa recherche de beauté ou pureté, il n'a pu accepter que « la nature pouvait jouer aux dés » comme la mécanique quantique—en partie issue de ses conclusions— l'avançait.
Ainsi, on rapporte que lorsqu'un journaliste lui demanda ce qu'il se passera si l'expérience ne s'accorderait pas avec sa théorie, il répondit :
Tant pis pour l'expérience, la théorie est correcte.
Planck
De même, on dit aussi de Planck, un des scientifiques à l'origine de la révolution quantique, qu'il avait eu du mal à apprécier la validité et l'importance de son équation décrivant la radiation du corps noir.
Il ne la trouvait pas très belle.
Un autre « ponte » de cette révolution quantique, Paul Dirac affirmait :
il est plus important de rechercher de la beauté dans ses équations que de vouloir les faire correspondre avec les expériences.
Mieux: il a laissé sur un tableau de l'université de Moscou un aphorisme (phrase concise et percutante) qui a été conservé.
Dirac
Une loi physique doit posséder une beauté mathématique.
Il se plaisait d'ailleurs à dire sur sa méthode de travail :
Une grande part de mon travail consiste à juste jouer avec les équations et voir ce qu'elles donnent.
Je pense que c'est une particularité propre que d'aimer jouer avec les équations, afin de juste rechercher de belles relations mathématiques qui, peut-être, n'auront aucune signification physiques; parfois elles en ont.
Cela rejoint l'opinion du prix Nobel Louis de Broglie du siècle dernier
Une doctrine qui parvient à réaliser une vaste synthèse produit sur le théoricien une impression de beauté et l'incline à croire qu'elle renferme une grande part de vérité
Dans un autre domaine, la biologie, le savant anglais Thomas Huxley déclarait :
La grande tragédie de la Science : le massacre d'une belle hypothèse par un fait (expérience) affreux.
Quels sont les critères esthétiques pour les scientifiques ?
La symétrie, l'harmonie (avec d'autres théories) ou pureté ainsi que la simplicité en premier lieu.
Einstein avouait ainsi :
Notre expérience la plus récente justifie notre sentiment comme quoi dans la Nature est exprimé l'idée d'une simplicité mathématique.
Citons encore un autre physicien contemporain, auteur de nombreux ouvrages : Trinh Xuan Thuan, TXT pour les intimes
TXT
Harmonie, symétrie et beauté des choses du monde ne peut pas être le seul fait de la chance.
Nous devons postuler l'existence d'une cause première qui a réglé l'univers dès son début.
et aussi :
S'il veut utiliser la beauté comme guide dans sa recherche des lois physiques pour décrire la Nature, le physicien doit débusquer la symétrie dans les systèmes qu'il étudie (c.a.d ne change pas d'apparence quand on le soumet à certaines opérations).
Ce physicien a donc catalogué dans un de ses principaux ouvrages les différents types de symétrie : droite/gauche, dans la rotation, les invariances dans le temps et l'espace (les équations de la physique sont en général symétriques dans le temps — on peut revenir à la situation finale à partir de la situation finale — et on est censé pouvoir les appliquer dans n'importe quel région de l'espace) et les dualités symétriques matière/antimatière.
Le TOUTDans le cas de la théorie du TOUT, cette recherche esthétique est proche de la recherche d'une pureté et du sentiment de perfection qui doit régner dans l'univers
(se rajoute parfois aussi un aspect religieux : Dieu étant parfait, il a fait un univers parfait, patati-patata).
L'univers
(rayonnement)
C'est cette intuition qui conduit certains scientifiques à croire en la possibilité d'écrire une « Théorie du Tout ». Il s'agit d'une théorie sous forme d'équations qui sera plus évoluée que celle d'Einstein et supplantera en réunissant leurs résultats tant la théorie de la relativité que celle de la mécanique quantique, pour l'instant non réunies.
Ainsi, 2 grands physiciens contemporains,G. D. Coughlan et J. E. Dodd écrivaient-ils dans leur livre « the Idea of Particle Physics » :
La théorie du Tout ... serait bien plus que juste un catalogue de lois physiques...La théorie du Tout serait définitivement irresistible dans sa structure, sa symétrie et son élégance.
TXT est convaincu :
Au fur et à mesure que la Physique progresse, l'Unité de la Nature se fait plus marquante
Et il cite alors toutes les unions qui ont eu lieu historiquement en sciences : Aristote distinguait l'application des sciences entre le Ciel et la Terre, ce qui s'est avéré "rapidement" faux, l'acoustique et l'Optique ont rejoint la théorie de la mécanique ondulatoire et l'Electricité celle du Magnétisme, Einstein a uni temps et espace dans la notion d'espace-temps etc.
Notons encore que L'"Elégance" est un terme qui revient très souvent dans la bouche des physiciens théoriques.
TOUT, TOUT...
“ Je vous dirais tout
sur la théorie du TOUT ”
On retrouve cette notion d'élégance dans de nombreux ouvrages, dont dans le titre par exemple : « The Elegant Universe: Superstrings, Hidden Dimensions, and the Quest for the Ultimate Theory » de Brian Greene.
Je ne sais pas pourquoi ils se cassent la tête : la réponse est 42 (H2g2)
Il faut donc comprendre dans cette mise en avant de critères esthétiques que les scientifiques cherchent l'ordre du monde, son harmonie. C'est pour cela que tant d'entre eux ont été choqués lorsqu'on leur apprenaît tour à tour que le cercle ne guide pas les planètes, …, que le Chaos empêche toute prédictions sur certains systèmes pourtant déterministe et que les probabilités sont introduites au coeur de la matière par la théorie quantique.
CritiquesDes grands physiciens critiquent cette manière de procéder. Il se trouve qu'ils sont généralement porteurs de remises en questions assez lourdes dont ils soupçonnent immédiatement qu'elles vont être en général rejetées selon des crières pas forcément rationnels.
On va en citer 2 :
MOND : ce terme signifie "MOdified Nonrelativitics Dynamics" d'aprés son auteur, Mordehal Milgrom.
Galaxie
Que ce terme ne vous effraie pas ! Il s'agit simplement d'une théorie (controversée) qui voudrait corriger les lois de Newton.
Quoi ? les lois de Newton sont fausses ! ?
Ben, vous le savez déjà depuis l'avénement d'Einstein. Le problème est que ni les lois de Newton ni celles de la Relativité n'expliquent certains phénomènes stellaires. Un des plus curieux est que les galaxies ne tournent pas selon la loi newtonnienne de la gravité.
Lançez un freesbee : la vitesse au bord est bien plus rapide qu'au centre.
Et bien, on a observé que c'est pas tout à fait vrai avec les galaxies, ce qui va contre notre bon sens. Alors notre bon Milgrom, plutôt que de faire appel à une hypothèse de masse cachée (très importante !) préfère tout de go corriger
légèrement le bien connu F=ma. Ce que Milgrom redoute, c'est un refus injustifié des physiciens pour sa théorie ad-hoc pour des raisons qui relèvent principalement du critère esthétique et du conservatisme :
Le fait que la théorie soit ainsi solidement ancrée aux données me semble plus important que le caractère esthétique. La beauté est un guide merveilleux mais elle continue souvent à nous égarer.
BIG-BANG : Le prix Nobel Hannes Alfvéen critique également tant l'orientation de recherches selon les mythes humains fondamentaux (l'univers est infini, une puissance créatrice est à l'origine de l'univers etc.). Il attaque du coup l'hypothèse (car il ne s'agit toujours que d'une hypothèse bien sur) du Big-Bang. Selon lui, les équations de la relativité générale d'Einstein conduit à des infinités de solutions et les cosmologistes ont choisi la solution qui leur paraissait la plus belle : celle menant à une singularité originelle, soit le Big-Bang.
(si on abandonnait cette hypothèse), on perdrait alors ce concept fascinant d'un univers sans limite et pourtant fini. Et avec lui, beaucoup de cette incontestable beauté philosophico-mathématique de la relativité générale.
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