Pourquoi étudier les Sciences ?

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Dans un dossier consacré l’école polytechnique (ED 47 de septembre 2011), Nico Hirtt écrivait que le propre de l’Homme est de fabriquer et surtout de concevoir des outils. C’est exact. Plus généralement, ne pourrait-on dire que le propre de l’Homme est de concevoir ? Plus exactement sans doute de conceptualiser. D’avoir conscience du Monde qui l’entoure. Certes il existe de nombreuses espèces animales capables de fonctionner autrement que dans l’immédiateté. En développant des stratégies de chasse ou en faisant des réserves pour l’hiver par exemple. Une expérience d’éthologie semble même montrer que certaines espèces d’oiseaux sont capables de compter jusqu’à 7 ou 8… Mais l’Homme semble être la seule espèce qui se pose des questions sur elle-même et sur le côté temporaire de son existence individuelle.

Avant la science

La préhistoire nous indique que l’Homme de Néandertal, espèce cousine de la nôtre disparue il y a environ 30.000 ans, enterre ses morts selon un certain cérémonial à partir d’une époque donnée. Avec offrande d’outils et de nourriture. Cela montre qu’il envisage pour le moins la possibilité d’une autre vie. Notre propre espèce (Homo Sapiens), apparue il y a environ 100.000 ans, s’interroge sans doute très tôt tant sur le plan collectif qu’individuel sur ses origines, le sens de sa présence sur Terre, sa mort et son devenir après celle-ci. On perçoit ses interrogations par exemple à travers l’art pariétal ou d’autres productions. L’émergence des religions est vraisemblablement une réponse à l’angoisse qu’il éprouve face à la mort. Mais pas seulement. L’homme préhistorique vit dans un monde effrayant et surtout imprévisible à bien des égards : cyclones, ouragans, tempêtes, orages, incendies, tremblements de terre, éruptions volcaniques. Moins effrayantes, mais plus fréquentes, les précipitations de pluie ou de neige alternent avec les périodes ensoleillées de manière imprévisible. Tous ces phénomènes ainsi que les maladies, les épidémies et les accidents sont interprétés de manière très diverse par les différentes populations. Mais la plupart y ont vu l’action de puissances invisibles : les dieux.

Après la révolution néolithique, c à d il y a environ 10.000 ans, l’importance de maîtriser ces forces de la nature se fait plus fondamentale. L’invention de l’agriculture nécessite en effet de s’accorder les bonnes grâces des dieux afin de préserver les récoltes et de permettre de bonnes conditions au moment des semailles. C’est pourquoi les relations avec les dieux se codifient. En fonction des régions du monde, les civilisations produisent des religions spécifiques. Mais toutes développent des mythes cosmogoniques et des mythes d’origine. Ce qui constitue une preuve irréfutable qu’au moins à cette époque (mais sans doute plus tôt), l’Homme ne s’interroge pas que sur la météo ou tout autre manifestation naturelle, mais aussi sur les grandes questions existentielles.
Au fur et à mesure de son évolution devenue historique, l’Homme ne se contente plus de répéter de génération en génération les mythes fondateurs. Certains décident que le monde s’appréhende à partir de sa propre tête. Les discours sur le Monde deviennent alors plus rationnels. Soumis à des règles logiques. Ce processus débute aux alentours du 5ème siècle avant Jésus Christ un peu partout dans le monde. C’est l’avènement de la philosophie. En Occident, on appelle cette période le « miracle grec » car c’est cette civilisation méditerranéenne qui développe « notre » philosophie. Mais d’autres philosophies se développent en Inde, en Chine, au Proche-Orient, …
L’avènement de la philosophie représente un indéniable progrès dans l’histoire de l’humanité. Les discours produits obéissent à une certaine rationalité. Mais même si certains d’entre eux se basent sur l’observation, celle-ci est loin d’être systématisée. La plupart des courants philosophiques sont  idéalistes. Ça signifie qu’ils considèrent que le secret de la philosophie consiste à découvrir les « idées » (un peu dans le sens « concept ») qui permettent d’appréhender le Monde. Le test de validité de ces idées se trouvant plus dans la cohérence logique que dans la preuve matérielle. Certes il existe des courants matérialistes. Ceux-ci considèrent que le Monde obéit à des principes matériels et ni aux caprices de dieux hypothétiques ni à des Idées préexistantes. Ce courant est néanmoins originellement assez démuni pour tenir un discours réaliste sur le Monde.

Emergence de la méthode expérimentale

Il faut attendre la Renaissance et surtout le 17ème siècle pour voir apparaître ce qu’on a coutume d’appeler la Science moderne. Celle-ci apparait à partir de la conjonction de différents facteurs. Certaines évolutions techniques permettent une étude matérielle du monde qui nous entoure. Le développement des mathématiques s’avère un outil précieux pour traduire les concepts dans un langage formel. Enfin le développement encore embryonnaire de la production capitaliste est favorisé par une observation empirique. Celle-ci permettait de dégager quelques «  lois fondamentales ». On considère souvent Galilée comme le père de cette science moderne. Ce n’est pas le lieu ici de détailler tous les développements historiques (avant et après Galilée) qui amènent à la science que nous connaissons. Il est par contre fondamental de comprendre la méthode qui la caractérise. On l’appelle souvent « méthode expérimentale ». Ou, avec plus de précision, « méthode hypothético-déductive ». Elle part d’une observation, fortuite ou non, d’un phénomène naturel : la chute d’un corps, le mouvement des astres dans le ciel, la transformation d’un corps sous l’effet de la chaleur ou parce qu’il a été mis en contact avec un autre, etc. Le scientifique émet alors une ou plusieurs hypothèses pour expliquer ce phénomène. Ces hypothèses ont souvent des conséquences prévisibles dans des circonstances bien précises. Celles-ci peuvent alors être testées expérimentalement en reproduisant les circonstances en question. Soit les conséquences ne sont pas vérifiées et l’hypothèse est alors rejetée. Soit elles sont vérifiées et on valide l’hypothèse. A partir d’une nouvelle hypothèse, de nouvelles conséquences peuvent être déduites. Et donc testées. Et ainsi de suite. Il s’agit d’une description ultra simplifiée pour ne pas dire simpliste du fonctionnement de la Science. Dans les faits, une hypothèse peut être à moitié validée. Et donc devoir être complétée plutôt que rejetée ou adoptée sans réserve. Il se peut aussi qu’il soit impossible, pour des raisons techniques, de tester une hypothèse pendant un temps qui peut être très long.

Par ailleurs, les différentes hypothèses concernant un même type de phénomènes n’ont pas pour vocation d’être en quelque sorte rangées les unes à côté des autres. Au contraire, il s’agit de mettre en lien différents phénomènes et de diminuer ainsi le nombre d’hypothèses indépendantes. En agissant de la sorte, on construit une théorie. Cette théorie possède sa cohérence propre et amène souvent de nouvelles prédictions qui peuvent être testées expérimentalement et le processus reprend. La science a donc pour but non seulement de décrire les phénomènes, mais surtout de les comprendre. C’est-à-dire de découvrir les liens entre eux. Pour ne prendre qu’un seul exemple, le mouvement des planètes autour du Soleil et la chute d’un caillou à la surface de la Terre sont dus à un seul et même phénomène : la gravitation universelle.

Seule manière de connaître et comprendre la nature

Unifier des phénomènes aussi éloignés en apparence nécessite évidemment du temps. Notamment parce que les conséquences ne sont pas toujours testables. Le processus d’avancée des sciences n’est donc pas linéaire. Mais il est important de comprendre que la seule manière d’arriver à une connaissance et une compréhension du monde naturel est la méthode scientifique. Il n’y en a pas d’autre. Tout discours qui prétend dire quelque chose à propos d’un phénomène naturel sans se baser sur la science est nécessairement du charlatanisme. Voilà pourquoi il est important que tous les jeunes étudient la Science. Ils doivent savoir qu’il n’y a pas d’autres sources de connaissances pour ce qui concerne la Nature. De ce point de vue, les sciences représentent un progrès phénoménal dans l’histoire de l’humanité. Il serait intolérable qu’une partie de celle-ci soit privée de cette source de connaissances.

Il est aussi important de comprendre le niveau de validité du discours scientifique. Ce qui fait sa spécificité, c’est qu’il est réfutable. Si j’affirme qu’en faisant réagir du dihydrogène et du dioxygène j’obtiens de l’eau, on peut le vérifier. Si j’affirme que les natifs du Capricorne feront aujourd’hui une rencontre décisive, cette notion est tellement vague qu’elle n’est pas réfutable. Cette affirmation n’est donc pas scientifique. A l’heure où les horoscopes paraissent dans les journaux les plus sérieux, il n’est pas inutile d’insister sur ce genre de choses. Plus généralement, on assiste de plus en plus à une montée des discours irrationnels. En cette époque troublée, au moment où le système économique est en train de s’écrouler pour des raisons très rationnelles, on préfère sans doute que la plupart des citoyens ne soient pas en mesure de tenir des raisonnements rigoureux.

Les vérités scientifiques sont-elles pour autant absolues ? Non. Il arrive qu’une théorie scientifique soit remise en question. Certains en profitent pour discréditer ou en tout cas relativiser le discours scientifique : ne faites pas trop confiance aux scientifiques, ils se dédisent eux-mêmes ! Or c’est justement parce qu’il est réfutable que le discours scientifique est fiable. On verra rarement un astrologue admettre que Saturne n’était finalement pas en position favorable pour les Scorpions… Oui mais, rétorque-t-on alors, comment puis-je me fier à un discours toujours susceptible d’être réfuté ? Ce qu’il est important de comprendre, c’est que la plupart du temps, les avancées scientifiques n’obligent pas à évacuer l’ensemble des connaissances précédentes sur le sujet donné. En général, elles apportent un complément. Ainsi, chaque nouvelle découverte permet de s’approcher davantage de la description la plus adéquate de la réalité. Ça ne signifie pas que la vision antérieure était absurde. Elle était moins proche de la réalité. Par exemple, lorsque je découvre les mitochondries à l’intérieur de la cellule, ça ne veut pas dire que ma description antérieure était fausse. Elle était moins complète. Même lorsqu’on parle de « révolution scientifique » c à d de modifications profondes des conceptions antérieures, il est rare de devoir jeter tout ce qui précédait à la poubelle. Prenons un exemple concret pour l’illustrer. Au début du 18ème siècle, Newton relie toute une série de connaissances empiriques : loi de la chute des corps de Galilée, lois de Kepler qui décrivent le mouvement des planètes autour du Soleil. Et il propose d’admettre une loi qui dit que n’importe quelle paire d’objets s’attire par une force proportionnelle à leurs masses et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. C’est la loi de la gravitation universelle. Elle permet à la fois de rendre compte des mouvements des corps en train de tomber à la surface de la Terre et de ceux des planètes et de leurs satellites dans le système solaire. En admettant son caractère général, on peut aussi l’appliquer aux mouvements des étoiles doubles, à la structure des galaxies (gigantesques ensembles d’étoiles), etc. Notions totalement inconnues à l’époque de Newton. Mieux, en observant des irrégularités (par rapport à la loi) dans le mouvement d’Uranus, il a été possible de prédire l’existence d’une 8ème planète encore inobservée jusque là : Neptune. C’est dire si cette loi est féconde. Pourtant elle n’est plus admise actuellement par les physiciens. Newton lui-même voyait qu’il y avait un problème : comment expliquer que des corps peuvent s’attirer sans le moindre contact entre eux et sans intermédiaire ? Au 20e siècle, Einstein construit une nouvelle théorie de la gravitation, baptisée Relativité Générale (RG). Il n’est pas possible de la décrire dans ce cadre, mais disons qu’elle résout le problème en considérant que chaque corps massif modifie localement la géométrie de l’espace et c’est cette géométrie qui permet de rendre compte des mouvements. La seule théorie de la gravitation valide actuellement est la RG. Cela veut-il dire que la loi de Newton est bonne pour la poubelle ? Nullement. Premièrement, l’idée d’expliquer conjointement les mouvements terrestres et célestes reste totalement valide. Deuxièmement, dans la plupart des circonstances, les prédictions des deux théories sont identiques. Et comme celle de Newton est plus simple à appliquer, il est inutile de faire appel à la RG dans la grande majorité des problèmes. C’est pourquoi les lycéens continuent d’étudier la loi de Newton. Pourtant la supériorité de la RG ne fait aucun doute car il en existe plusieurs vérifications expérimentales. Certains phénomènes observés ne sont en effet pas prévus par Newton et parfaitement décrits par la RG (déviation de la lumière par des masses par exemple). Celle-ci représente-t-elle pour autant le dernier cri ? Sans doute pas. Elle présente quelques incompatibilités avec la théorie quantique des champs nécessaire pour décrire les phénomènes à l’échelle de l’infiniment petit. Les physiciens travaillent à l’élaboration d’une théorie unificatrice. S’ils y parviennent, il est probable que la RG sera considérée comme une approximation de la réalité. Mais la nouvelle théorie devra nécessairement expliquer les phénomènes prévus par la RG. Qui sera une approximation meilleure que la théorie de Newton, elle-même représentant un grand progrès dans notre compréhension de l’Univers.

Scientisme ?

Devant un tel plaidoyer en faveur de la Science, certains crieront sans doute au scientisme. Affirmer qu’il n’y a pas d’autres sources de connaissances de la nature que la science peut paraître prétentieux. C’est pourtant la réalité. Et il y a évidemment des analogies. Qui songerait à nier que l’Histoire est une description du passé bien plus fiable que la mythologie ? Est-ce à dire que tout ce qui vient du monde scientifique est parfait ? Bien sûr que non. Et ceci pour deux raisons.

Premièrement, il ne faut pas confondre Science et scientifiques. Ceux-ci sont des êtres humains avec leurs mesquineries, leur égocentrisme parfois. Ils peuvent donc être amenés à privilégier leur gloire ou leur intérêt personnels. La fraude existe en science aussi. Elle peut parfois perdurer longtemps. Mais il ne faut pas confondre les errements individuels avec la discipline elle-même.

Deuxièmement, il ne faut pas perdre de vue que la Science et les scientifiques fonctionnent dans le cadre d’une société donnée. Les résultats peuvent être utilisés pour le meilleur ou pour le pire. Mais il s’agit de choix de société, de choix politiques. Dans une société basée sur le profit maximum, il ne faut pas s’étonner que des scientifiques puissent se mettre au service de causes parfois douteuses. Si je suis géologue, je peux choisir de me mettre au service des compagnies pétrolières ou au contraire d’aider à la recherche de solutions durables pour les problèmes énergétiques. Les données scientifiques peuvent être utilisées pour la mise au point des technologies les plus destructrices comme pour la résolution des problèmes des peuples les plus démunis.
Ce que l’on fait de la Science est donc un débat permanent. Mais il est fondamental de comprendre qu’elle est la seule manière d’obtenir une information objective sur le monde naturel. Le but d’un enseignement des Sciences dans l’école commune doit être double. D’une part, il est fondamental d’en acquérir la méthode. Afin de comprendre la nature du discours scientifique. C’est capital pour développer un esprit rationnel et s’opposer à la fois à l’obscurantisme et au relativisme. D’autre part, il est tout aussi fondamental de connaître et comprendre les grandes lignes des résultats auxquels la Science est arrivée jusqu’à présent. Afin de comprendre les bases des technologies, de démystifier certaines notions et d’avoir une vue matérialiste sur notre Monde. Notamment en vue de participer à sa transformation. Mais il est sans doute préférable de l’illustrer via l’exemple de disciplines concrètes. A cet égard, nous pensons que les jeunes devraient avoir sur l’ensemble de leur scolarité commune quatre cours de sciences. Les trois qui existent actuellement (mais avec des « dosages » très variables selon les filières et les options) : physique, chimie et biologie. Plus un cours de géologie.