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Etienne Klein, un philosophe des sciences au Lycée Rabelais

vendredi 3 avril 2015

Lundi 30 mars à 16h45, grâce à Yves Terrien, physicien, animateur du Bar des Sciences de Meudon, les élèves de TS, et quelques TL, et TES intéressés ont rencontré le physicien Etienne Klein, spécialiste de philosophie des sciences, au théâtre du lycée.
Il a été question de cosmologie, autrement dit de l’univers, de la matière.

Qui est Etienne Klein ?
Son émission sur France Culture

Voici le compte-rendu très précis de son intervention, par Geneviève Despax, professeure de Philosophie.

Sujet au croisement de plusieurs disciplines, essentiellement physique et philosophie. Il y a quelques années en philo au bac « peut-on avoir raison contre les faits ? », question qui peut servir de fil directeur car les faits sont la donnée de base de la science.

La question n’est pas si simple, contrairement à ce que prétend l’opinion, avoir raison contre les faits, c’est ce qui signe l’acte de naissance de la physique moderne. Avant la formulation de la loi de la chute des corps par Galilée, on croyait depuis Aristote que le lourd tombait plus vite que le léger. C’est ce qui paraît à l’expérience ordinaire du monde : la tuile tombe plus vite que la plume. Or, Galilée ne s’en tient pas aux faits, certes cela semble conforme aux faits mais est-ce vrai se demande-t-il ? Il pose la question de la vérité.
Si Galilée avait fait rouler ses sphères du haut de la tour de Pise, qu’aurait-il démontré ? Rien de plus. Ce qu’il fait c’est qu’il invente une expérience de pensée : on imagine qu’une théorie est exacte et on regarde quelles en sont les conséquences même si l’expérience n’est pas réalisée. 1632 : Dialogue sur les deux systèmes du monde où Galilée imagine le personnage de Salviati qui suppose qu’Aristote a raison et une expérience de pensée : relier une bouteille d’eau et un verre par une ficelle, le système relié étant plus lourd que chaque objet pris séparément, il devrait, si Aristote a raison, tomber plus vite, mais dans les faits c’est l’inverse car la ficelle se tend dans la chute et le verre agit comme un parachute freinant tout le système qui tombe plus lentement.
Galilée fait donc apparaître une contradiction logique au sein de la pensée aristotélicienne qui suffit à démontrer qu’elle est fausse dans la mesure où elle aboutit à des contradictoires.
D’où la 1ère loi de la physique moderne : tous les corps tombent à la même vitesse (gravité). Ce sera la résistance de l’air qui sera responsable de la vitesse de chute et non des conditions inhérentes à tel ou tel corps. Face au problème, face à la contradiction, le savant est conduit à réinterpréter la loi pour rendre compte de l’observation. Il ne s’agit pas de nier les faits mais de saisir que le fait ne parle pas de lui-même.
Avoir le sens de la physique, c’est comprendre que le monde ne s’explique pas à partir de lois qui relèvent du sens commun.
Mouvement inertiel ? Personne n’a jamais vu de tels mouvements, dans le concret tous les mouvements sont amortis. Pour expliquer le réel adéquatement, il faut inventer l’idée d’un mouvement qui ne serait jamais amorti, l’idée de force.
Newton : la force = m x l’accélération. Or, c’est contraire à ce que l’on observe.
La physique est une très longue conquête. Cf. Koyré : on ne peut expliquer le réel que par l’impossible (ce qui n’a pas encore été conçu, pensé) car, prises au 1er degré, les lois de la physique contredisent toutes les observations.
Exemple physique quantique, construite en 1920 : pour comprendre le réel, il faut s’abstraire de l’immédiat. La grande erreur d’Aristote est d’avoir cru que les lois physiques se déduisent de l’expérience immédiate lorsque l’observation nous trompe toujours. Les lois physiques sont toutes cachées. D’ailleurs l’anagramme de chute des corps, c’est hors du spectacle. L’anagramme indique que la vérité c’est l’invisible et non une donnée immédiatement accessible. En science, toute la question est de savoir : qu’est-ce qu’on fait quand il y a une contradiction entre la loi physique et ce qui est mesuré ?
La loi de la gravitation universelle formulée par Newton permet au XIXème siècle de calculer la trajectoire des planètes. Or, il se trouve qu’un écart résiduel existe entre la trajectoire calculée d’Uranus et son observation. Cet écart ne remet pas en cause les lois de Newton, mais pose un problème qui va susciter une nouvelle hypothèse : une planète supplémentaire, au-delà d’Uranus, qui, par son effet gravitationnel, rendrait compte des perturbations observées par rapport aux calculs. (une planète bouge contrairement aux étoiles qui sont fixes). Et en pointant son télescope dans la région du ciel appropriée en 1846, Le Verrier découvre Neptune, la première planète calculée mathématiquement. Le réel, il faut l’inventer pour le découvrir.
Cette découverte va renforcer le crédit accordé aux lois de Newton. Plus tard en 1870, on s’intéresse à Mercure, la planète la plus proche du soleil. Là aussi les calculs font apparaître un écart de + 43 s/d’arc quand on cherche à mesurer la périhélie de Mercure (point le plus proche du Soleil). La supposition, c’est qu’une autre planète, déjà nommée Vulcain, expliquerait ce décalage. Mais cela ne marche pas, pas de Vulcain dans la région du ciel calculée.
L’anomalie suscite la réflexion et montre que les lois de Newton sont fausses. Elles marchent quand la gravité est faible, mais pas pour Mercure trop proche du Soleil.
Einstein dit avoir eu un jour de mai « l’idée la plus heureuse de sa vie » : une personne en chute libre ne sent pas son propre poids. La phrase peut sembler absurde car si on tombe, c’est à cause de notre poids, mais pendant qu’on tombe, parce qu’on a un poids, les objets qui tombent avec nous, les choses, tombent comme nous si bien que par rapport – ou relativement à nous – ces choses ne tombent plus. C’est l’universalité de la chute libre : l’effet d’un événement annule la cause qui le produit. Et face à cette idée nouvelle qui le mènera à une nouvelle théorie, la relativité générale, Einstein tremble d’émotion.
Si on enferme des physiciens dans une capsule fermée et qu’ils n’aient le droit de faire que des expériences physiques, ils ne pourront pas savoir s’ils sont posés quelque part ou en mouvement dans le vide interstellaire. Physiquement, les deux situations sont équivalentes.
Comment une force peut-elle s’exercer à distance de façon instantanée ?
La théorie de la gravitation d’Einstein est une révolution complète : la gravitation n’est pas une force. La sonde Rosetta dans son trajet vers Churyumov n’a subi aucune force. Trajectoire courbe ? La sonde va en ligne droite dans un espace-temps courbe. Pour ce calcul on a le même résultat avec Einstein que Newton dans le système solaire où les champs gravitationnels ne sont pas assez forts, mais tout change à l’approche d’un trou noir.
Le fait a toujours besoin d’une interprétation. Einstein permet de fonder la cosmologie scientifique où l’univers lui-même est conçu comme un objet physique et plus seulement comme le milieu des objets physiques.
Comment le concept d’univers est-il fondé par Galilée ? Contre Aristote qui distinguait deux mondes sublunaire et supralunaire, deux mondes finis. Mais Galilée voit des montagnes sur la lune, des cratères en réalité. Quand on regarde la lune à l’œil nu ils sont d’ailleurs visibles, mais personne ne les avait vu avant car l’idée qu’on se fait des choses empêche ou permet de les voir. Et Galilée affirme « la lune est terreuse », ce qui signifie que la lune est comme la Terre, faite de la même matière. Ensuite il s’intéresse aux phases de Vénus, aux satellites de Jupiter et conclut : il n’y a pas deux mondes mais un seul univers où la matière est partout la même et où les lois sont les mêmes en tout point de l’espace et du temps. Kant a écrit à 28 ans une Histoire universelle de la nature et théorie du ciel où il tente de raconter l’histoire du monde.
Au XIXème avec la thermodynamique il apparaît que l’univers va vers un désordre, une sorte de mort thermique.
Einstein permet de considérer l’univers comme un objet physique et la courbure généralisée de l’espace-temps est une propriété de l’univers en tant que lui- même et non pas en tant que quelque chose dans l’univers. Les galaxies s’éloignent les unes des autres à une vitesse d’autant plus grande qu’elles sont éloignées. L’abbé Lemaître reprend les données de Hubble et Slipher mais il les interprète avec les concepts d’Einstein et il arrive à la conclusion que les galaxies sont immobiles. Comment résoudre la contradiction ? C’est l’espace temps qui se dilate si bien que nous croyons les voir bouger : expansion de l’univers.
1940 : hypothèse du Big Bang : si on remonte aussi loin possible dans le passé, on doit trouver un point initial de l’univers, une origine. Or cette façon de décrire le Big Bang comme singularité en un instant zéro est fausse. Pourquoi ? Quand je remonte dans le passé avec l’équation d’Einstein la température et la densité augmentent et l’énergie des particules augmente. Chaque particule (quark, neutrino…) avait autant d’énergie qu’un TGV et non pas celle d’un moustique.
4 forces (interactions) fondamentales :
-  Force nucléaire forte
-  Force électromagnétique
-  Force nucléaire faible (ces trois premières sont décrites par la physique des particules appelée ‘modèle standard’)
-  Force gravitationnelle (qui n’est pas une force mais est décrite par la relativité générale)

Mais les équations d’Einstein deviennent physiquement fausses avec le mur de Planck. Pour le décrire il faut un nul physique. L’idée d’une théorie du Tout en physique, amène la théorie des cordes consistant à penser que les particules élémentaires et les 4 interactions, ci dessus, sont des manifestations sous jacentes de cordes…
Théorie des super cordes (les particules élémentaires ne sont plus ponctuelles mais sont des petites cordes d’environ 10-35 m (Au LHC, on sonde environ jusqu’à 10-20 m)). La singularité initiale du modèle du Big Bang disparaît. La théorie des cordes dit que la température maximale est nécessairement finie, mais alors la température infinie de la singularité initiale (Big Bang) ne peut avoir existé. L’univers se contracte puis rebondit sur lui-même et on est dans l’expansion. Le Big Bang ne serait plus un début mais une transition. On ne sait pas si l’univers a une origine (et on ne peut le savoir puisque par définition l’origine on n’y a pas accès, c’est un jadis antérieur à tout jadis). Vide quantique. Quand on dit que l’origine de l’univers est ceci ou cela on dit en même temps qu’il n’a pas d’origine, car soit il vient de quelque chose qui était déjà là de toujours, soit il est l’effet d’une cause antérieure à son origine.
C’est la courbure de l’énergie que contient l’espace-temps qui permet d’expliquer les mouvements et non la gravitation. Les équations d’Einstein rendent compte du mouvement des galaxies à condition d’y mettre 10 x plus de masse. Masse cachée : matière ordinaire mais froide sans lumière agissant néanmoins gravitationnellement. Mais vers 2000, découverte de particules différentes de notre matière nommées matière noire. On a un problème avec la dynamique des galaxies et on ne devrait pas dire directement qu’il y a de la matière noire. C’est une solution ontologique de dire qu’il y a des choses qui expliquent efficacement le réel, mais non encore calculées, certaines, expérimentées. Il faut démontrer qu’il y a de la matière noire.

La question de l’origine est une antinomie (Kant deux thèses opposées qui semblent également rationnelles) : il est aussi incompréhensible de dire qu’il y a que de dire qu’il n’y a pas d’origine. Cf. Bergson : le rien est une idée destructrice d’elle-même, dès qu’on tente de le penser rien devient quelque chose. L’origine, c’est un achèvement pour les physiciens et il faut s’agacer de ceux qui prétendent avoir trouvé une origine de l’univers car les contradictions inhérentes à leurs théories en condamnent toute pertinence possible.

Einstein n’avait pas de solution stationnaire de son équation. En 1917, au lieu de la garder, il ajoute une constante – la constante cosmologique – qui serait une force auto-répulsive que l’espace aurait. Il a cru ensuite que c’était une bêtise, mais ce n’en est pas une puisque c’est la possibilité d’expliquer l’énergie noire.

Théories des super cordes : si on voyait une particule avec une super loupe on verrait des cordes + hypothèse inflation cosmique univers plat sans courbure. En un temps très court les dimensions de l’univers ont été augmentées d’emblée, polarisant la lumière résiduelle du Big Bang. Nous ne voyons qu’une petite fraction de l’univers (comme la Terre nous a semblé plate et immobile en suivant notre simple sensation). L’univers serait beaucoup plus grand que la partie observable et la théorie des cordes se décline en 10 puissance 500 théories différentes.
Alors univers (un seul, le nôtre) ou multivers ? Pour répondre il faudra d’abord identifier matière et énergie noires.


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Directeur de publication : Sarah Layet