De l’intérêt des « erreurs » scientifiques

Les Echos

Il y a un an presque jour pour jour, un formidable coup de tonnerre ébranlait la communauté des physiciens : au terme d’une expérience internationale de physique des particules, longue de trois années, une équipe de chercheurs affirmait avoir observé des neutrinos se déplaçant plus vite que la lumière. Un résultat en complète contradiction avec la théorie de la relativité restreinte, formulée par Albert Einstein en 1905, qui veut qu’aucune particule de masse non nulle, comme les neutrinos, ne puisse dépasser la vitesse de la lumière dans le vide. On sait depuis que cette expérience appelée « Opera » était entachée par une double erreur de mesure, et que ce résultat fracassant était nul et non avenu (lire ci-dessous).

L’épisode n’en est pas moins intéressant, car il illustre la façon dont progresse la connaissance scientifique, et ce depuis toujours. « La découverte d' »anomalies » – terme générique popularisé par l’épistémologue américain Thomas Kuhn et désignant tout phénomène qui s’accorde mal avec les prévisions d’une théorie -a toujours été l’un des principaux moteurs de la science en marche », souligne le philosophe des sciences Mikaël Cozic, de l’université Paris-Est Créteil.

Du phlogiston aux neutrinos

La majorité de ces anomalies finissent par trouver leur explication dans des erreurs expérimentales, comme ce fut le cas pour Opera. Mais il arrive aussi qu’elles résistent obstinément à toutes les vérifications, plongeant alors les scientifiques dans un état d’ébullition. « Les anomalies de ce genre sont le rêve de tout chercheur. Loin de rechercher une énième confirmation du modèle de Big Bang, les cosmologues traquent en permanence le petit grain de sable qui pourrait le faire dérailler, car c’est cela seul qui leur apporterait la gloire », confie le cosmologue et astrophysicien Marc Lachièze-Rey, directeur de recherche au CNRS. « Ce sont des anomalies dans le mouvement apparent des planètes qui ont poussé Copernic à substituer son modèle héliocentrique au modèle géocentrique de Ptolémée, puis Kepler à découvrir que l’orbite de ces planètes n’était pas circulaire mais elliptique. Deux siècles plus tard, ce sont encore les anomalies constatées dans l’orbite d’Uranus qui ont mis Le Verrier sur la voie de l’existence de Neptune », rappelle-t-il.

Si l’histoire de la découverte de Neptune est simple (Uranus subissait l’influence gravitationnelle d’un astre massif plus éloigné que lui et l’on put, grâce à l’extraordinaire précision de la mécanique newtonienne, en déterminer l’emplacement et les caractéristiques), le chemin conduisant de la découverte d’une anomalie à la formulation d’un nouveau modèle ou d’une nouvelle théorie est long, ardu, et souvent sinueux. « Lorsqu’une anomalie se présente et que la piste d’une erreur expérimentale a été écartée, analyse Mikaël Cozic, deux choix s’offrent aux chercheurs : soit conserver la théorie existante mais en modifiant d’autres hypothèses , soit abandonner purement et simplement cette théorie et tenter de formuler de nouvelles lois. » Un exemple, entre beaucoup d’autres, de la première solution : à la fin du XVII e siècle, les chimistes expliquaient la perte de masse que subit un corps soumis aux flammes (une bûche de bois réduite en cendres) par l’existence d’un fluide indétectable, le phlogiston, qui s’échapperait de la matière en combustion et emporterait avec lui la masse manquante. La théorie du phlogiston semblait solide. Mais des anomalies apparurent, comme cette irritante tendance de certains métaux, tels que le magnésium, à s’alourdir en chauffant. On tenta d’abord de « colmater » la théorie en émettant l’hypothèse que ce fluide pouvait avoir un poids négatif, nouveau concept introduit pour les besoins de la cause. Jusqu’à ce que Lavoisier abatte ce château de cartes en révélant le rôle encore inconnu de l’oxygène dans la combustion, c’est-à-dire en proposant une nouvelle théorie de la combustion dans laquelle le paradoxe se résolvait de lui-même.

La notion de poids négatif et le phlogiston lui-même ont donc rejoint les épicycles de Ptolémée au cimetière des idées mortes. Tel fut aussi le cas d’une autre hypothèse formulée au tournant des XIX e et XX e siècle, dans la foulée de la découverte de Neptune : l’existence d’une neuvième planète, encore plus proche du Soleil que Mercure, et baptisée Vulcain. Les astronomes en avaient besoin pour expliquer une énigme persistante, unique petite faille de la mécanique newtonienne : le mouvement du périhélie de Mercure (c’est-à-dire le point de son orbite le plus proche du Soleil) ne correspondait pas à ce que prévoyaient les lois de Newton. Problème : l’hypothétique planète Vulcain s’obstinait à ne pas apparaître dans les télescopes. Le mystère demeura entier jusqu’à ce que, en 1915, Einstein dévoile ses équations de la relativité générale, prévoyant pour le périhélie de Mercure un mouvement conforme à la seconde d’arc près aux observations. Ce fut d’ailleurs la toute première confirmation expérimentale de la grande théorie einsteinienne.

Ironie de l’histoire : les neutrinos eux-mêmes, enjeu de l’expérience Opera, ont d’abord été postulés au début des années 1930 par le physicien autrichien Wolfgang Pauli, à titre d’hypothèse, pour résoudre une autre anomalie. Celle-ci avait trait à l’un des trois types de radioactivité, qui semblait violer la loi de conservation de l’énergie. Mais on sait désormais que les neutrinos, à l’inverse du phlogiston ou de Vulcain, existent bel et bien. Et qu’ils continuent de donner du grain à moudre aux physiciens !

 

 

 

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