L’Académie des sciences consacre une série de podcasts, en partenariat avec Canal Académies, à la vérité. Au micro, Étienne Ghys, l’un de ses deux secrétaires perpétuels. Cortex Média a retranscrit ces échanges, à lire ci-dessous.
Étienne Ghys reçoit le physicien théoricien Édouard Brézin. Ensemble, ils reviennent sur les « révisions déchirantes » qui ont traversé l’histoire de la physique, du calorique de Lavoisier à l’éther de Michelson et Morley.
Une conversation sur les vérités adaptées à l’échelle où on les mesure, sur la modestie que la physique du vingtième siècle a dû réapprendre, et sur ce qu’il reste d’universel dans les lois de la nature.
Étienne Ghys : Je suis face à un physicien théoricien, Édouard Brézin.
Édouard Brézin : Très heureux, merci de m’accueillir.
Étienne Ghys : Souvent, les scientifiques, dont toi et moi d’ailleurs, ont toujours tendance à dire : mais qu’est-ce qu’ils nous racontent, ces gens qui n’y comprennent rien ? Nous avons la vérité. Bien sûr, toi et moi, nous en sommes convaincus, mais il faut quand même mettre quelques bémols à cette affirmation.
Édouard Brézin : Le concept de vérité n’a cessé d’évoluer jusqu’à la période contemporaine. Chez les physiciens eux-mêmes, l’histoire nous a présenté des révisions déchirantes.
Étienne Ghys : Et douloureuses.
Édouard Brézin : Et douloureuses, oui. Personne ne voulait abandonner les conceptions sur le vide, par exemple, ou sur le calorique, jusqu’au début du dix-huitième siècle, et même à la fin : Lavoisier croyait au calorique. Et Dieu sait que c’était un grand chimiste.
Étienne Ghys : Sans oublier les conceptions aristotéliciennes.
Édouard Brézin : Sur aussi bien le vide que la substance qui constituait la matière. Tout cela, il a fallu y renoncer progressivement, et cela s’est heurté, finalement, à la grande révision de la science expérimentale. Je crois que c’est là qu’on est passé de conceptions anciennes, où les gens essayaient de réfléchir du mieux qu’ils pouvaient mais n’avaient pas ce sentiment que la nature était interrogeable, jusqu’à Galilée, en gros, et tous ceux qui ont suivi — Pascal en France et bien d’autres —, qui se sont mis à interroger, à expérimenter, ce qui a conduit à des révisions profondes de ce qu’on croyait être des vérités. Par exemple, Pascal a montré expérimentalement que ce qu’on appelait l’horreur du vide depuis Aristote n’était que l’effet de la pression atmosphérique.
Étienne Ghys : Donc, en gros, depuis Galilée, on peut dire : ce qui est vrai, c’est ce que je constate.
Édouard Brézin : Voilà, c’est ce qui a un échange avec l’expérience. Et progressivement, de Galilée à Newton, on va dégager une mécanique, c’est-à-dire comprendre comment les différents corps peuvent interagir. Par exemple, les planètes tournaient autour du Soleil, et le triomphe de cette dynamique newtonienne va être de pouvoir reproduire les lois connues depuis Kepler, mais qui n’avaient aucune autre base que l’observation. À partir de ce moment-là, la dynamique newtonienne va triompher et plus personne ne la remettra en question.
Étienne Ghys : Cela dit, Newton, ce n’est pas que de l’expérience.
Édouard Brézin : Ce n’est pas que de l’expérience, et il a quand même des phrases dans lesquelles il dit que sa théorie de la gravitation, dans laquelle deux planètes distantes interagissent instantanément, aussi éloignées soient-elles…
Étienne Ghys : On a toujours du mal à le digérer.
Édouard Brézin : Mais oui, il dit : cela n’a aucun sens. Il est le seul, pendant longtemps, à avoir remis cela en question, et ce sera évidemment le centre des interrogations d’Einstein. Donc la dynamique newtonienne va être triomphante jusqu’à la fin du dix-neuvième siècle. Il y a toujours des comparaisons avec l’expérience. Maxwell, qui est quand même un très, très grand homme, va réunir tout ce qu’on connaissait de l’électricité, du magnétisme et de la lumière. Il va comprendre que la lumière n’est qu’une onde. Il va prédire des ondes. Il va comprendre que la lumière se propage avec une vitesse qu’il calcule en fonction de l’électricité et du magnétisme. C’est un triomphe.
Étienne Ghys : On parle de Galilée, on parle de Newton. L’un comme l’autre ont dit des choses fausses. Galilée avait une théorie des marées totalement ridicule, on peut le dire aujourd’hui. Newton a dit aussi quelques bêtises sur la lumière.
Édouard Brézin : La nature de la lumière : le phénomène d’interférence pointait vers la lumière onde, et le phénomène corpusculaire, que d’autres voyaient dans des corpuscules encore inconnus…
Étienne Ghys : Est-ce qu’on peut dire qu’ils étaient dans l’erreur ?
Édouard Brézin : Oui, ils l’étaient. À l’époque, tant qu’on ne pouvait pas faire d’expériences réellement conclusives, les théories microscopiques de la lumière étaient légitimes les unes comme les autres. On ne peut pas se moquer d’Aristote. Ces gens-là faisaient ce qu’ils pouvaient faire de mieux, à une époque où ils n’avaient aucun moyen d’expérimenter. Au dix-neuvième siècle, beaucoup vont réfuter l’existence des atomes, que pourtant Maxwell et Boltzmann vont mettre au centre de leur conception. Mais finalement, les atomes ne seront observés qu’après Jean Perrin.
Étienne Ghys : Mais à cette époque, est-ce qu’il y avait la même, j’ai envie de dire, arrogance qu’on entend parfois aujourd’hui chez des scientifiques qui disent : moi, j’ai la vérité ?
Édouard Brézin : Je ne crois pas. Si je relis un livre qui nous a marqués, toi comme moi, La Science et l’Hypothèse de Poincaré, je ne vois pas un Poincaré arrogant. Je le vois essayant de décrire ce qu’on peut faire de mieux avec les concepts qu’on a, essayant de comprendre la relativité qui, à l’époque, bouleverse les conceptions sur le temps, mais n’essayant pas de dire : à partir de maintenant, on n’a plus le droit de remettre quoi que ce soit en question.
Étienne Ghys : Poincaré, certainement pas. Mais est-ce que c’est très difficile, pour un scientifique, d’être sur un plateau de télévision par exemple et de dire ce que tu viens de dire — que ce que je suis en train de vous dire, c’est la vérité d’aujourd’hui — sans être taxé, critiqué, accusé de relativisme ?
Édouard Brézin : Je vais prendre un exemple. Un jour, un ingénieur me disait : vous croyez que rien ne va plus vite que la lumière, mais c’est ce que vous croyez aujourd’hui. Je lui ai répondu : oui, effectivement, c’est ce que je crois aujourd’hui, parce qu’il y a dans nos GPS des milliards d’expériences qui ne marcheraient pas. Aucun GPS ne marcherait si la théorie de la relativité n’était pas correcte. Donc si un jour elle est corrigée, ce ne sera pas à cette échelle-là qu’elle sera corrigée.
La notion de vérité est devenue adaptée à ce que nous observons, à ce que nous sommes capables d’observer. La vérité de Newton n’est pas remise en question. Chaque fois qu’on lance un satellite, personne ne s’amuse à tenir compte de la mécanique quantique : ce serait impossible, cela n’a aucun sens. La dynamique newtonienne est restée vraie. Elle est corrigée lorsqu’on descend à l’échelle du nanomètre, dans les atomes. Elle est corrigée lorsque les vitesses se rapprochent de celle de la lumière. Cela ne veut pas dire que Newton avait tout faux, au contraire, et c’était merveilleux, mais aujourd’hui, nous avons des conceptions différentes.
Étienne Ghys : Dans une échelle de temps et d’espace qui était celle de Newton.
Édouard Brézin : Exactement.
Étienne Ghys : Newton envisageait des interactions immédiates.
Édouard Brézin : Immédiates, et cela le choquait beaucoup. Finalement, les gens se sont interrogés sur la vitesse de la lumière : vitesse par rapport à qui, par rapport à quoi ? Il y a une célèbre expérience de deux Américains, Michelson et Morley, qui essaient de trouver le vent que subirait la Terre par rapport à ces ondes électromagnétiques — le vent d’éther, comme on disait. Ils constatent qu’il n’y a aucun vent d’éther, c’est-à-dire que la lumière se propage à la même vitesse par rapport au Soleil, par rapport à la Terre, par rapport à tous les observateurs. Ce qui contredit complètement la conception simple de Galilée, valable lorsque les vitesses ne se rapprochaient pas de celle qu’on observe avec la lumière.
Étienne Ghys : Newton avait besoin de cet éther comme une espèce de milieu, même un peu théologique.
Édouard Brézin : Oui. Quand Lavoisier croit au calorique, il croit que si un corps chaud touche un corps froid, un fluide invisible coule du chaud vers le froid et réchauffe le corps froid.
Étienne Ghys : Résumons quand même. Tous ces gens n’étaient pas dans l’erreur. Ils étaient dans une vision cohérente du monde, en cohérence avec les observations la plupart du temps.
Édouard Brézin : Exactement.
Étienne Ghys : Et en ce sens, ce n’étaient pas des erreurs à l’époque.
Édouard Brézin : Pas des erreurs à l’époque. Et c’est une conscience progressive, sur laquelle je vais revenir : les vérités sont adaptées aux échelles de temps et de longueur mesurables à l’époque dont on parle. Et il ne faut pas être arrogant et imaginer que nos vérités seront des vérités absolues à jamais.
Étienne Ghys : Divines.
Édouard Brézin : Divines, voilà.
Étienne Ghys : Donc cela veut dire que tout cela est un peu compliqué et, en tout cas, très difficile à expliquer au grand public.
Édouard Brézin : Je vais essayer d’en arriver à une période plus proche de nous. Si on regarde la deuxième moitié du vingtième siècle, c’est le triomphe de la théorie — et bientôt ce triomphe ramené à un peu plus de modestie. Dans les années qui suivent la Seconde Guerre mondiale, les physiciens expérimentateurs et théoriciens arrivent à mettre ensemble tout ce qu’on savait de l’électricité, de la relativité. On arrive à une théorie qui s’appelle l’électrodynamique quantique. C’est une merveille, une merveille expérimentale. Par exemple, les expérimentateurs mesurent le moment magnétique de l’électron. L’électron, c’est comme un petit aimant : si on le retourne dans un champ magnétique, cela coûte de l’énergie. On mesure cette énergie et ils s’aperçoivent qu’ils peuvent la mesurer avec une précision de dix chiffres significatifs. Incroyable. Parmi les expériences les plus précises qui aient jamais eu lieu.
Les théoriciens de l’époque, qui calculent vers les années soixante, soixante-dix, quand je suis étudiant, ont cette vision : ces vérités sur l’électromagnétisme sont valables depuis les galaxies les plus lointaines — car les atomes ont l’air d’avoir les mêmes lois que les nôtres — jusqu’aux microscopes les plus fins, et ce qu’on appelle aujourd’hui microscopes, ce sont les accélérateurs de particules. Ce modèle qui a si bien marché pour l’électromagnétisme, les physiciens essaient de le reproduire pour les interactions à l’intérieur d’un noyau, où il y a des interactions fortes, nucléaires. Triomphe de nouveau des théoriciens, dans les années soixante-dix. On fabrique une magnifique théorie qui s’appelle la chromodynamique quantique, dans laquelle on voit des quarks qui interagissent en échangeant des particules hypothétiques qu’on appelle des gluons, que personne n’a jamais vues — jusque dans les années quatre-vingt, où les expériences du CERN trouvent ces particules qui s’appellent les W, les Z, et puis après celles des interactions fortes, des quarks.
On arrive alors à des théoriciens un tout petit peu portés par leur hubris, qui nous lancent la théorie du tout, the theory of everything. Il se passe deux choses. L’une d’entre elles est un retournement épistémologique très intéressant. On se rend compte que les échelles mesurables dans ces grands accélérateurs du CERN, cette microscopie qu’on croyait ultime de la matière, ne sont en réalité qu’une limite de très grande distance par rapport à ce qu’on ignore. Ce qu’on ignore, ce sont les échelles où la gravitation et la mécanique quantique se mettent à jouer, pour lesquelles on est perdu — et on est encore très perdu. Donc, première chose : un homme qui s’appelait Ken Wilson dit : écoutez, non, ce qu’on est en train de faire, c’est regarder des distances macroscopiques par rapport à notre ignorance, et ce qu’on voit n’est qu’une théorie effective. Un peu de modestie. C’est parce qu’on est dans une limite de grande distance qu’on a engendré ce qu’on croyait ultime.
Et on se rend compte que ces théories qu’on croyait ultimes, comme l’électrodynamique quantique dont je parlais, sont des théories qui, effectivement, si on essaie de les poursuivre à plus courte distance avec une microscopie plus fine, ne sont plus cohérentes. Effondrement. Nous sommes encore dans cette situation. Il n’y a pas de théorie satisfaisante permettant d’aller jusqu’au Big Bang, jusqu’à ces échelles d’énergie, de temps infinitésimaux, de distance infinitésimale, où il existe d’autres phénomènes que ceux que nous observons et qui, pour l’instant, sont totalement mystérieux.
Étienne Ghys : Mais tes collègues sont persuadés, avec une espèce de foi presque religieuse, qu’il y a quelque chose à comprendre.
Édouard Brézin : Oui, parce qu’on ne peut pas concevoir qu’il y ait deux visions du monde : l’une des interactions entre particules, et l’autre, qui était celle d’Einstein, de la gravitation, qui est une vision d’une géométrie fixant les interactions gravitationnelles. On ne peut pas les concevoir séparément.
En particulier, quelqu’un bien connu du public, pour de bonnes raisons, qui s’appelait Hawking, est le premier à signaler que les trous noirs, qui avaient été prédits par cette relativité générale d’Einstein et qui maintenant sont observés dans toutes les galaxies, ont un effet d’évaporation quantique. Cela montre qu’on ne peut pas séparer les deux : il y a des effets quantiques de la gravitation, et ceux-là sont sans doute observables. Par exemple, quand on a construit au CERN le grand accélérateur qui s’appelle le LHC, un certain nombre de citoyens effrayés par la science se sont dit : mais qu’est-ce qui se passe si ce CERN crée un trou noir ? Est-ce qu’il va avaler toute la Terre ? Les malheureux physiciens, les théoriciens de l’époque, ont dû calculer et montrer que l’évaporation quantique des trous noirs impliquait que, quand bien même on en produirait un, sa durée de vie serait si courte qu’il n’aurait aucun effet. Voilà, nous sommes dans ces vérités relatives avec lesquelles nous vivons aujourd’hui.
Étienne Ghys : Tu as employé le mot « vérité relative », qui n’est pas très loin de l’alternative fact. N’est-ce pas trumpien ?
Édouard Brézin : Oui, mais cela ne veut pas dire alternatif, tout de même. Il ne faut pas se tromper. Si j’en reviens à notre GPS, chacun de nos téléphones repose sur une dizaine de satellites, et la communication entre les satellites et nous repose sur la gravitation, la relativité restreinte, l’électromagnétisme, les lois de la physique, même la relativité générale — encore plus dans ce cas-là. Le fait que la gravitation ne soit pas la même à l’altitude du satellite que sur la Terre est une correction essentielle. Sinon, on se tromperait de kilomètres dans nos GPS.
Étienne Ghys : Ce qui m’intéresse dans ton discours, c’est que j’ai quand même l’impression, en t’écoutant — c’est un point de vue philosophique tout à fait respectable et, à vrai dire, j’y suis assez proche —, que tu es intimement convaincu de l’existence d’un espace et d’un monde objectif que nous observons.
Édouard Brézin : Je trouve quand même que le fait que nous ayons constaté que les mêmes lois de la physique ne nous sont pas réservées, à nous les terrestres, mais qu’on voit les mêmes atomes, les mêmes spectres, aussi loin dans l’univers qu’on observe, aussi proche du Big Bang qu’on ait pu observer — c’est toujours la même physique. L’universalité de ces lois… Je ne suis pas croyant, mais d’une certaine façon, la majesté des lois de l’univers qui fascinait Spinoza, par exemple, je la partage.
Étienne Ghys : J’ai deux questions à te poser. La première est très courte : est-ce que tu dirais que la vérité est unique ?
Édouard Brézin : Là où nous comprenons, cette vérité ne peut pas être remise en cause. Nous comprenons que la Terre est ronde : c’est une vérité unique. Le platisme est une bêtise.
Étienne Ghys : Et la deuxième question, je crois que tu la connais déjà, puisque je t’ai déjà interrogé derrière ce micro. Je sais que tu aimes la musique. Est-ce que tu peux me trouver une musique qui illustre la vérité ?
Édouard Brézin : Oui. Je trouve que le triomphalisme de Beethoven dans la Troisième Symphonie est une croyance dans l’homme et dans sa puissance. Je reviendrai à des musiques plus calmes. Par exemple, je trouve que le mouvement lent du deuxième trio de Schubert, l’opus 100, est d’une telle sérénité et d’une telle profondeur que cela me paraît une réflexion sur le monde.
