Cet article de blog examine si les théories scientifiques peuvent transcender la simple explication pour devenir des descriptions de la réalité, en se concentrant sur la théorie des trous noirs de Stephen Hawking dans le cadre du débat sur le réalisme scientifique.
Dans le conte du papillon de Zhuangzi, connu sous le nom de « Rêve du papillon », Zhuangzi, devenu papillon, ne parvenait plus à distinguer le rêve de la réalité. Cette fascinante expérience de pensée, tirée de la littérature classique, est également au cœur du thème des « rêves dans les rêves », développé par Christopher Nolan. Le film « Inception » a rencontré un immense succès en Corée, attirant près de 5.9 millions de spectateurs. Ainsi, la question de la réalité des expériences vécues est depuis longtemps un sujet central du débat philosophique, désigné sous le terme de réalisme philosophique. Dans le domaine scientifique, un débat similaire, celui du réalisme scientifique, s'est développé, portant sur un examen approfondi de la nature et du statut des théories scientifiques.
Aujourd'hui, des sciences très développées comme la physique, la biologie et la chimie étudient des sujets qui dépassent largement le champ de la perception humaine directe, de la naissance de l'univers aux forces qui régissent les atomes. Dès lors, les objets que nous ne pouvons observer directement, tels que les électrons, l'ADN et les trous noirs, existent-ils réellement ? Il est essentiel de noter ici que le réalisme scientifique, contrairement au réalisme universel généralement abordé en philosophie, présuppose d'emblée l'existence de l'objet observé et de l'existence perçue.
Dans son autobiographie récemment traduite et publiée, « Ma brève histoire », le physicien théoricien Stephen Hawking mentionnait lui-même qu'il était peu probable que ses recherches lui valent un prix Nobel de son vivant. En effet, son handicap physique l'empêchait de participer directement à la physique expérimentale, et ses principaux sujets de recherche – les trous noirs et la théorie de la gravité quantique – présentent une nature qui rend difficile leur vérification expérimentale dans un avenir proche. Le prix Nobel de physique est, en principe, décerné uniquement pour des découvertes vérifiables ou observables par l'expérimentation. Cet article, ancré dans cette perspective critique, vise à examiner si les théories scientifiques ne sont que de simples outils bien conçus pour expliquer des phénomènes ou si elles peuvent être comprises comme des descriptions de la réalité, en se concentrant sur les théories de Hawking. Les scientifiques, à l'instar de Zhuangzi qui rêvait d'être un papillon, se contentent-ils de voler dans un rêve, ou progressent-ils réellement vers la vérité ?
Le réalisme scientifique affirme que les objets étudiés par la science existent réellement. Selon cette perspective, les théories scientifiques nous permettent de distinguer le vrai du faux, et la cause de ces résultats réside dans un monde réel extérieur à l'esprit humain. Autrement dit, la science a pour but de fournir une description fidèle de la réalité. Un argument central souvent avancé par les réalistes est l'« argument du miracle ». Cet argument se structure ainsi : premièrement, le développement des théories scientifiques a permis de nombreuses prédictions impossibles par le passé ; deuxièmement, ce succès de la science ne peut s'expliquer uniquement par des observations a posteriori ; troisièmement, si les théories scientifiques n'étaient que de simples outils explicatifs, la répétition de telles prédictions exactes devrait être considérée comme miraculeuse. Or, l'hypothèse de miracles continus dans tous les domaines est déraisonnable ; quatrièmement, les théories scientifiques doivent donc être comprises non comme de simples outils explicatifs, mais comme des descriptions de la réalité. Les exemples abondent, comme la fabrication de semi-conducteurs hautement intégrés à partir de la théorie des électrons et le développement de nouveaux médicaments à partir des théories de l'ADN et des processus cellulaires.
À l'inverse, le non-réalisme scientifique considère les théories scientifiques comme simplement empiriquement adéquates. Les non-réalistes critiquent l'argument du miracle et affirment que de nombreux exemples historiques étayent leur position. La théorie du phlogistique en est un exemple frappant. Autrefois, on comprenait la combustion comme l'émission de particules appelées phlogistiques. Lorsqu'un objet à brûler était placé sur une balance et enflammé, on observait une diminution de son poids après la combustion. La théorie du phlogistique a émergé pour expliquer ce phénomène. Or, aujourd'hui, cette théorie est clairement invalidée. Par conséquent, le concept de « phlogistique » n'existe pas, et les théories scientifiques ne sont, selon les non-réalistes, que des outils explicatifs. De même, la théorie selon laquelle la lumière se propage dans un milieu éthéré a jadis prévalu, fournissant des explications et une intuition utiles dans le débat sur la dualité onde-corpuscule. Cependant, il est désormais scientifiquement établi qu'aucun milieu éthéré n'existe entre le Soleil et la Terre. Par conséquent, l'« éther » n'existe pas non plus. Ainsi, la position centrale des antiréalistes est que le fort pouvoir explicatif d'une théorie ne garantit pas sa vérité. Ils soulignent également que l'argument du miracle commet le sophisme de l'affirmation du conséquent. Autrement dit, si la proposition « Si p, alors q » est vraie, il ne s'ensuit pas nécessairement que la proposition « Si q, alors p » l'est également. Le raisonnement inductif est sujet à ce sophisme lorsqu'il s'agit de déduire des énoncés généraux à partir de cas observés. Certains antiréalistes soutiennent également que les énoncés scientifiques ne peuvent qu'être falsifiés, et non définitivement confirmés comme vrais.
En réponse à ces critiques, le réalisme scientifique peut être défendu avec plus de rigueur à partir de la théorie de Leplin. Leplin a proposé la « théorie des prédictions nouvelles ». Il est clair que la simple possibilité de fournir une explication a posteriori ne suffit pas à justifier pleinement le réalisme. Cependant, lorsque des prédictions « nouvelles » dépassent le niveau ordinaire, la théorie scientifique en question doit être considérée comme partiellement ou approximativement vraie. Un exemple frappant est le phénomène de déviation de la lumière par la gravité, prédit par la théorie de la relativité générale d'Einstein. La mécanique newtonienne, fondée sur la nature corpusculaire de la lumière, ne pouvait expliquer ce phénomène en vertu du principe de constance de la vitesse de la lumière. En revanche, la théorie de la relativité générale d'Einstein a introduit un nouveau concept d'espace-temps, permettant la prédiction théorique de ce phénomène. Cette prédiction a ensuite été vérifiée par des expériences mesurant l'angle de déviation de la lumière des étoiles observée autour du Soleil lors d'une éclipse solaire totale. L'expérience de diffraction de Fresnel constitue un autre exemple de prédiction nouvelle. Lors des vifs débats sur la dualité onde-corpuscule de la lumière, Fresnel conçut une expérience où la lumière traversait une double fente pour pénétrer dans une boîte obscure. Il en résulta un point lumineux au centre du film photosensible, accompagné de figures de diffraction. Ce phénomène, inexplicable par les théories optiques existantes, ne put être prédit avec précision que par la théorie de Fresnel. À tout le moins, lorsqu'une théorie scientifique propose des prédictions inédites qui dépassent les explications courantes, il est raisonnable de la considérer comme traitant d'entités réelles.
De plus, il est nécessaire d'établir un critère plus universel de « nouveauté ». Selon Choi Seong-ho (2006), les critères d'une nouveauté forte sont les suivants. Premièrement, la condition d'indépendance : l'observation doit être déductible uniquement à partir de cette théorie scientifique spécifique. Deuxièmement, la condition d'unicité exige qu'à l'époque, seule cette théorie scientifique puisse fournir une base convaincante à la prédiction. La réfraction de la lumière par Einstein et l'expérience de la boîte noire de Fresnel, mentionnées précédemment, satisfont aux deux conditions. Einstein a pu déduire la réfraction de la lumière par la gravité du Soleil grâce à sa théorie de la relativité, ce que la mécanique newtonienne de l'époque ne pouvait expliquer. Fresnel, de même, a pu déduire les motifs apparaissant sur un film photosensible à partir de la dualité onde-corpuscule de la lumière, ce que les théories existantes – considérant la lumière comme ne possédant qu'une seule propriété, ondulatoire ou corpusculaire – ne pouvaient expliquer. Bien que les cas satisfaisant à la fois aux conditions d'indépendance et d'unicité soient rares, ils existent dans l'histoire des sciences. Par conséquent, les « prédictions inédites » — des cas satisfaisant à la fois aux conditions d'indépendance et d'unicité — peuvent servir de conditions suffisantes pour juger qu'une théorie scientifique décrit la réalité.
Ma position sur le non-réalisme scientifique est la suivante. Le réalisme et le non-réalisme scientifiques peuvent être perçus comme se concentrant sur différents aspects des théories scientifiques. Le réalisme met l'accent sur le pouvoir prédictif de la science, tandis que le non-réalisme insiste sur le pouvoir explicatif des théories scientifiques, arguant que ce pouvoir explicatif ne correspond pas nécessairement à la réalité. Or, les théories scientifiques fournissent d'excellentes explications tout en permettant la prédiction. Elles ne sont pas de simples recueils d'énoncés descriptifs ou de propositions mathématiques ; elles possèdent à la fois un pouvoir explicatif concernant le monde existant et un pouvoir prédictif concernant les phénomènes futurs. Si les termes d'une théorie scientifique n'avaient que des fonctions métaphoriques, ou si les explications qu'elle propose n'étaient que des modèles structurels, alors la raison de la qualifier de science empirique disparaîtrait. Comme l'illustre la nouvelle théorie prédictive examinée précédemment, les conditions d'indépendance et d'unicité peuvent servir de critères pour juger de la nature d'une théorie scientifique. Contrairement aux débats sur le réalisme en général, le débat sur le réalisme scientifique voit les deux camps s'accorder sur l'existence de l'objet lui-même ; le point de désaccord réside dans la nature de l'explication. Si l'explication possède le pouvoir d'une prédiction unique et inédite, cela signifie qu'elle traite de la réalité.
Des contre-arguments sont également possibles face aux non-réalistes qui citent comme preuve le renversement répété des théories existantes dans l'histoire des sciences. Les non-réalistes affirment que les énoncés concernant la réalité devraient être irréversibles, mais le fait que la science ait connu de multiples révolutions ne justifie pas cette affirmation. Même si le cadre explicatif change, le fait que les théories scientifiques se réfèrent à la réalité elle-même demeure intact. Par exemple, la théorie du phlogistique n'est plus acceptée comme explication de la combustion. Cependant, le phénomène de perte de masse lors de la combustion que le phlogistique cherchait à expliquer est maintenant rendu par l'évaporation de la vapeur d'eau et sa combinaison chimique avec l'oxygène. La théorie chimique moderne exclut l'ancienne explication erronée tout en englobant plus précisément la réalité que le phénomène pointait. De même, la mécanique classique newtonienne n'est plus exacte lorsque la vitesse d'un objet approche celle de la lumière. Or, dans des conditions normales, la plupart des objets se déplacent très lentement par rapport à la vitesse de la lumière (v ≪ c), et dans ces conditions, la mécanique newtonienne est intégrée comme cas particulier de la théorie de la relativité par la transformation de Lorentz. Le monde décrit par la mécanique newtonienne ne peut être appréhendé comme une simple abstraction, mais comme une composante de la réalité, ou encore comme une approximation tridimensionnelle de l'espace-temps quadridimensionnel. Autrement dit, les théories scientifiques offrent des intuitions partiellement justes de la réalité, et c'est grâce au progrès scientifique que nous nous en rapprochons progressivement.
L'autre argument des non-réalistes – les limites de l'expérience humaine et l'incomplétude des capacités cognitives – est également sujet à critique. Le relativisme extrême ou le scepticisme ne sauraient remplacer la science. Même les relativistes les plus radicaux s'appuient sur la rationalité et la raison au quotidien. Affirmer que tous les systèmes de croyances sont relatifs ou incomparables revient à se soustraire à la vérification et constitue un argument peu convaincant. Dès le départ du débat sur le réalisme scientifique, l'existence de l'objet observé, la possibilité de l'expliquer et celle de le prédire sont présupposées. Certes, les théories scientifiques dominantes ou l'état psychologique de l'observateur peuvent influencer la conception expérimentale et la collecte des données. Néanmoins, la tentative même d'approcher la réalité par l'observation et l'expérimentation est une caractéristique intrinsèque de la science. Les théories scientifiques font l'objet de processus de vérification globaux pour établir leur rigueur. Même si elles ne possèdent pas les systèmes déductifs purs des mathématiques ou de la logique, elles se rapprochent progressivement de la vérité et de la réalité par l'expérience.
À partir de cette discussion, nous pouvons examiner la théorie des trous noirs de Hawking comme un cas ayant fait l'objet de critiques de la part des non-réalistes scientifiques, qui la considèrent comme une simple construction théorique. Selon eux, la théorie des trous noirs de Hawking et la théorie de la gravité quantique ne rendent pas compte de la réalité ; ce ne sont que des artifices mathématiques introduits pour expliquer le mouvement de l'univers. Cependant, la théorie cosmique de Hawking peut être perçue comme traitant d'objets réels si on l'évalue au regard du critère de prédiction novateur proposé par Replen. Plus précisément, les trous noirs génèrent un champ gravitationnel extrêmement puissant en absorbant de la matière, créant ainsi une région d'où même la lumière ne peut s'échapper. Cette limite est appelée le bord du trou noir, ou horizon des événements. Selon la théorie de Hawking, les effets quantiques à proximité de l'horizon des événements provoquent une faible émission d'énergie, connue sous le nom de rayonnement de Hawking. Ce rayonnement est extrêmement faible et se produit à de grandes distances, ce qui le rend extrêmement difficile à observer avec la technologie actuelle. Toutefois, si la physique expérimentale, notamment la technologie de détection radio, progresse suffisamment, ou si un équipement capable de détecter le rayonnement de Hawking est installé dans l'espace, la théorie des trous noirs de Hawking pourrait être vérifiée empiriquement. De plus, la théorie de Hawking permet de déduire théoriquement la forme et la distribution de ce rayonnement, satisfaisant ainsi la condition d'indépendance. Par ailleurs, le rayonnement de Hawking est censé contenir des informations relatives à la formation de l'étoile avant son absorption par le trou noir. Aucune autre théorie que celle de Hawking ne permet d'interpréter ces informations. Ceci satisfait la condition d'unicité. Par conséquent, la théorie des trous noirs de Hawking peut être considérée comme présentant des prédictions inédites qui satisfont à la fois aux conditions d'indépendance et d'unicité. Bien que le fait que les instruments expérimentaux permettant de vérifier directement ces prédictions n'aient pas vu le jour du vivant de Hawking soit un autre sujet, il est indéniable que cette théorie permet de nouvelles prédictions. Ainsi, la théorie des trous noirs de Hawking peut être évaluée comme une théorie en phase avec la réalité. Même si elle ne constitue pas une théorie complète des trous noirs, l'existence d'une entité émettant de l'énergie dans l'espace est au moins incontestable.
En conclusion, grâce à la découverte majeure de Hawking – la théorie des trous noirs –, nous pouvons raisonnablement supposer que des entités liées à la gravité quantique existent dans l'univers. Le progrès scientifique révélera progressivement cette réalité, permettant à la compréhension humaine d'atteindre des niveaux de compréhension plus profonds et plus sophistiqués. Les scientifiques ne seront plus perçus comme des êtres perdus dans leurs rêves, mais comme ceux qui appréhendent la réalité grâce à un savoir imparfait mais en constante expansion.
