Les Physiciens ont-ils le monopole de la compréhension du réel ?

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A young math whiz smiles as he has solved the riddles of the universe.

Les physiciens ont mis la main sur la réalité et ils en conservent le monopole grâce à un langage impénétrable constitué d’équations et de suites ésotériques.

Cette affirmation est certes exagérée, mais il est permis de se demander si on peut comprendre la réalité qui nous entoure à partir du seul logos, c’est-à-dire de la logique.

On prête à Galilée cette citation, sans doute apocryphe, selon laquelle le monde était un livre écrit en langage mathématique. Or, Galilée n’était pas mathématicien. Pasteur n’était pas davantage médecin ou biologiste, Wegener n’était pas géologue et Darwin n’a pas eu recours aux mathématiques pour comprendre la sélection naturelle. Einstein, lui-même, a eu besoin de l’aide du mathématicien Marcel Grossmann pour établir sa démonstration de la relativité générale, et le principe d’équivalence lui est venu par une intuition à la portée de tous. Dans un ascenseur en accélération vers le sol, il n’a plus senti son propre poids et a compris que l’accélération annulait les effets de la gravité. Le principe d’équivalence n’est pas un principe mathématique.

La nature des mathématiques reste un mystère, qui peut se résumer en trois hypothèses, qui ne sont pas exclusives :

1- Les mathématiques causeraient le réel : les phénomènes physiques obéiraient aux équations, qui sont des lois fondamentales de la nature. C’est-à-dire que non seulement les lois de la nature structurent la réalité (ce qui est tautologique), mais elles le feraient par le moyen des mathématiques.

2- Les mathématiques décriraient le réel : comme l’aurait formulé de Galilée, les mathématiques seraient le langage du grand livre de la nature. Celui qui comprend ce langage peut lire le livre.

3- Les mathématiques mesurent le réel : les lois existeraient indépendamment des équations, qui ne font que mesurer des résultats. Elles mesurent des angles, des forces, des vitesses, des mouvements, elles mesurent aussi l’intrication, le principe d’incertitude, ou l’équivalence entre la matière de l’énergie. Ainsi, quand une impulsion énergétique dans le vide quantique crée un couple constitué d’une particule et d’une antiparticule, la théorie mathématique permet de mesurer la matière produite. Et, inversement, les mêmes équations permettent de mesurer l’énergie émise par le choc de deux particules. Or, mesurer c’est aussi décrire, quand une mère mesure la taille de son enfant, elle le décrit.

Une autre façon d’envisager le problème est de considérer les mathématique du point de vue de leur utilité. La recherche actuelle en mathématiques recouvre des domaines particulièrement abscons, sans application concrète, du moins à court terme. Pour ce qui concerne les mathématiques qui décrivent effectivement le réel, on peut distinguer les outils qui ont été développés pour comprendre la réalité physique, de ceux qui ont été créés dans le cadre de recherches purement théoriques, mais qui se sont révélés utiles ultérieurement (les symétries en sont le parfait exemple). On ne peut donc pas exclure à priori certains domaines de recherche parce qu’ils n’auraient actuellement aucune utilité pour la physique.

Certains épistémologues classent les mathématiques dans le domaine de la linguistique. D’autres préfèrent revenir au principe de l’unité qui, dans l’algèbre, est la base de tout système numérique. Les unités s’additionnent et elles se multiplient, or la multiplication est une suite d’additions et la division est une décomposition de multiplications. En fait, on peut ramener toutes les opérations à l’addition d’unités. D’ailleurs, en informatique, le bloc logique qui effectue toutes les opérations part de l’addition : l’élément central d’un ordinateur est l’additionneur (the adder), dont découlent toutes les autres opérations.

Quant à savoir si les mathématiques sont une invention humaine ou une propriété de la nature, une réponse efficace est apportée par le mathématicien Edward Frenkel. Si les mathématiques étaient une invention, chaque mathématicien aurait ses propres théorèmes, or le théorème de Pythagore est universellement vrai et il le restera jusqu’à la fin des temps. Par ailleurs, certaines démonstrations sont justes et d’autres sont fausses, ce qui témoigne de la réalité intrinsèque des mathématiques, qui relèvent bien d’une logique universelle.

Un autre argument intéressant est proposé par Marvin Minsky, chercheur en neurosciences, selon qui aucun univers ne peut exister sans lois physiques. Le propre d’une loi est son application générale, c’est à dire que lorsque les mêmes circonstances sont réunies, la matière et l’énergie se comporteront exactement de la même manière. Ainsi, la vitesse de la lumière dans le vide est de 300KKM/sec, ce qui signifie que tous les photons se déplacent à 300KKM/sec, dans un espace sans matière. Cela est vrai dans tout l’univers et à tout moment de son histoire. L’existence d’un univers avec de la matière, un vide quantique et de l’énergie est nécessairement soumis à des lois, où alors rien ne s’y passe, et puisque ces lois sont systématiques, elles sont mesurables, ce qui suppose l’existence des mathématiques. Les mathématiques mesurent les variables (masse, spin, quantité d’énergie…) et leurs transformations. On retrouve donc l’argument : maths = outil de mesure de la réalité.

La vrai question est : pourquoi la nature suit-elle des courbes, des valeurs au carré, des constantes et des équations ? La gravité, par exemple, décroît de 1 / distance au carré (1/R2), doit-on en conclure que la nature obéit à une équation ou que l’équation se contente de mesurer une loi, qui est tout simplement une loi de la nature ? On retrouve l’argument de Minsky selon lequel aucun univers ne pourrait exister sans loi. Si la décroissance de la force de gravité (ou de la force électromagnétique) était aléatoire, rien de stable ne pourrait se créer. Le rôle des physiciens est de découvrir ces lois. Parfois il y parviennent, parfois ils constatent que le phénomène est aléatoire (par exemple en biologie), parfois ils butent sur des difficultés mathématiques, et parfois ils identifient la loi mathématique mais ils rencontrent des difficultés pour l’interpréter, c’est à dire pour la traduire en langage courant.

De prime abord, on pourrait penser, ou espérer, que la compréhension du réel ne devrait pas être confisquée par ceux qui maîtrisent l’outil mathématique. D’ailleurs, une réalité qui ne peut s’exprimer par la logique, donc en langage commun, reste purement théorique et n’est pas une réalité physique (même si elle mesure remarquablement des phénomènes, pour devenir une réalité physique il faut qu’on soit capable de l’interpréter). Mais ceux qui font l’expérience d’interroger le monde savent qu’ils doivent comprendre l’ensemble des outils de la physique, et cela commence par la mécanique classique. Parce que la mécanique, telle qu’elle est enseignée dans les lycées, livre des grands principes, sans lesquels on ne peut progresser vers des notions plus complexes (telle que le magnétisme, la relativité ou la physique quantique). Si on ne connaît pas le moment d’inertie, le travail d’une force ou les lois de conservation du moment cinétique ou de conservation de l’énergie, on ne peut rien comprendre au réel.

Donc oui, les physiciens ont mis la main sur la compréhension du fonctionnement de l’univers, comme les généticiens on réduit (ou élargi, comme on voudra) le champ des spécialistes de l’Evolution et des paléontologues. Lorsqu’un chercheur aux Max Planck Institute identifie une nouvelle espèce (en l’occurrence l’Homme de Denisova) à partir d’une seule phalange d’enfant, il répond à des questions qui n’étaient pas accessibles aux paléontologues.

Et c’est là tout l’intérêt du challenge, celui qui maîtrise suffisamment la physique mathématique peut engager une conversation avec des spécialistes et apporter un regard extérieur, qui restera plus proche de la logique parce que les mathématiques ne structurent pas sa façon de penser. De la même manière, si les généticiens peuvent identifier une nouvelle espèce, ils ne peuvent rien connaître de leur comportement, de leur mode de vie ni de leurs rapports avec leur environnement.

Le réel est par nature complexe et multiforme. Mais si on ignore les outils spécifiques qui ont été développés (ou plutôt identifiés) pour le comprendre, on limite son horizon à ce qui se voit, qui n’est qu’une petite partie de la réalité.

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