Le problème avec la théorie du Big Bang, c’est qu’elle n’est pas fausse

Selon Karl Popper, la condition sine qua non de toute théorie scientifique est d’être réfutable.

La cosmologie est-elle une science ? Selon le philosophe Karl Popper (1902-1994), la cosmologie se situe à la frontière des sciences car ses théories sont difficilement réfutables. Lundi 17 avait lieu l’édition de décembre du cycle de conférences Physique & Philo organisé par l’UFR de physique de l’Université Paris Diderot. Parmi les thèmes abordés sur le sujet de l’épistémologie de la cosmologie, une question surprenante : Peut-on réfuter les modèles cosmologiques ? Le plus connu d’entre eux : le Big Bang, est une théorie qui colle si bien aux observations qu’elle est depuis les années 70 considérée comme un acquis par les cosmologistes. Est-ce un tort ? 

La cosmologie est-elle une science ? Selon le philosophe Karl Popper (1902-1994), la cosmologie se situe à la frontière des sciences car ses théories sont difficilement réfutables. Lundi 17 avait lieu l’édition de décembre du cycle de conférences Physique & Philo organisé par l’UFR de physique de l’Université Paris Diderot. Parmi les thèmes abordés sur le sujet de l’épistémologie de la cosmologie, une question surprenante : Peut-on réfuter les modèles cosmologiques ? Le plus connu d’entre eux : le Big Bang, est une théorie qui colle si bien aux observations qu’elle est depuis les années 70 considérée comme un acquis par les cosmologistes. Est-ce un tort ? 

Dans les travaux de recherche en physique, et a fortiori en cosmologie, les références aux grands philosophes ne sont pas rares. Pas si surprenant puisque les deux sciences ont un sujet d’étude commun : la nature fondamentale des choses. Les grandes découvertes de la physique sont donc souvent pertinentes en philosophie. Prenez Isaac Newton et sa pomme, la réalisation qu’une seule et même force est à l’origine de la chute d’une pomme et du mouvement de la Lune autour de la Terre a permis d’établir que des principes communs liaient le monde terrestre et le monde céleste.

La théorie du Big Bang selon Karl Popper

Parmi les philosophes les plus cités en science, Karl Popper caracole en tête de liste. Stephen Hawking, lui-même, s’inspire directement des idées du philosophe austro-anglais dans son bestseller, Une brève histoire du temps : « Toute théorie physique est toujours provisoire en ce sens qu'elle n'est qu'une hypothèse : vous ne pourrez jamais la prouver (Peu importe le nombre de fois où un résultat confortera une théorie, on ne peut jamais être sûr que le prochain résultat n’ira pas à son encontre). En revanche, vous pouvez démentir une théorie en trouvant ne serait-ce qu’une seule observation qui va à l’encontre des prédictions de la théorie ». Cette démarche se retrouve dans nombre de travaux scientifiques. Elle consiste à partir de ce qui est le plus facilement réfutable, et donc vérifiable en somme, pour ensuite avancer pas à pas vers ce qui l’est plus difficilement. Eliminer les options pour réduire le champ des possibilités. S’approcher le plus rigoureusement possible de la vérité sans se perdre en chemin.

Le Big Bang: une théorie à la frontière des sciences physiques? 

Karl Popper et nombre d’autres philosophes, la démarche scientifique a donc une importance capitale pour la recherche de la vérité. Alors qu’il développe ses idées (1930-1940), une théorie cosmologique majeure est justement en train d’émerger : la théorie du Big Bang. Dès les années 1940, elle commence à s’imposer parmi les physiciens et les mathématiciens (le terme de cosmologiste n’existe pas encore). À la même époque, une autre théorie va être sa principale concurrente : le modèle stationnaire. Selon cette dernière, l’Univers serait immuable dans le temps. L’énergie serait fournie de manière continue par une ou plusieurs sources. 

Karl Popper dans les années 1980

Wikipedia Commons

Seulement voilà, cette théorie colle bien moins aux résultats observables. Pourtant, c’est cette théorie que va préférer Karl Popper. Et pour cause, l’un des scientifiques à l’origine de cette thèse, Hermann Bondi, est un grand admirateur du philosophe. C’est dans l’optique poppérienne qu’il développe l’idée du modèle stationnaire avec en tête de commencer par une théorie facilement réfutable. Thomas Lepeltier, chercheur en philosophie des sciences, explique que Karl Popper veut privilégier les théories qui interdisent plus qu’elles ne permettent. « Tout comme son modèle, Hermann Bondi reproche à la théorie du Big Bang d’autoriser trop de possibilités et d’être trop compatible aux observations astronomiques ». Pour lui comme pour Karl Popper, il faut commencer par éliminer d’autres options avant d’avancer une théorie qui en somme serait trop belle pour être vraie.

Le philosophe va même encore plus loin. Quand le modèle stationnaire est abandonné au profit de la théorie du Big Bang, dans les années 1950, il continue à penser qu’il aurait pu être davantage exploité. Malgré l’incompatibilité démontrée de ce modèle avec les résultats observables, Karl Popper s’obstine à considérer que l’abandon a été trop prompt. Il ne pense pas qu’il y ait un moyen irréfutable de discréditer une théorie. Pour lui, une meilleure compréhension de la théorie pourrait faire disparaître le conflit avec les résultats. Pourquoi ne pas garder certains aspects de la théorie et en écarter d’autres ? « À ses yeux, tout le jeu de la science réside dans la conjecture et le débat » explique Thomas Lepeltier.

«La science a besoin d'acquis pour avancer»

Mais alors comment avancer ? Pour Thomas Buchert, professeur en cosmologie à l’université Lyon 2, il est nécessaire de construire des acquis pour avancer dans la réflexion scientifique. « Pour construire un dialogue et avancer dans la réflexion, il faut des écoles de croyance ». En pratique, la méthode de Karl Popper est effectivement très restrictive. Si aucune théorie ne peut être considérée comme écartée ou acquise, alors toute progression dans la recherche est compromise. Pour faire des calculs en astronomie, il faut par exemple utiliser des théories mathématiques. C’est déjà un a priori qui peut être réfuté. Pour Thomas Buchert, c’est là que le dialogue avec les observations commence. « C’est seulement dans ce dialogue qu’on peut choisir les conditions générales et décider de ce qui est réel. D’où le besoin d’établir des principes cosmologiques ».

Certaines écoles vont encore plus loin. Parfois, une grande avancée peut venir d’un choix audacieux voir un peu hasardeux. « Les conditions initiales sont a priori libres donc il faut bien choisir. Parfois ce choix se fait même à l’aveugle », remarque Thomas Buchert. Exemple criant : la constante cosmologique d’Albert Einstein. Ce qu’il qualifiait de  « plus grande erreur de sa vie » se révèle aujourd’hui être l’intuition très avant-gardiste de l’existence de l’Energie noire. En 1917, le physicien théoricien pense que l'Univers est statique, mais sa théorie de la relativité générale ne permet pas ce résultat. Il décide alors d'ajouter un paramètre supplémentaire pour permettre à son équation de fonctionner : une force qui contrebalance la gravité. Il est donc parti d’une idée et a construit sa théorie de la relativité à partir de cette idée non vérifiée. La méthode est discutable mais voilà le résultat est là.

La cosmologie n’est pas pour autant une science approximative. Le point de vue restreint du chercheur, qu’induit notre position unique dans l’Univers, amène les philosophes à faire preuve d’imagination. Pour Karl Popper, c’est ce qui fait de certaines thèses cosmologiques, des théories à la frontière des sciences physiques puisque quasiment irréfutables. Sans pour autant encourager les initiatives téméraires voire frauduleuses, il est difficile d’établir une méthode irréprochable pour l’établissement de la vérité. En ce sens, les chercheurs en cosmologie doivent être à la fois aventureux et très prudents. La démarche scientifique est donc un sujet d’étude philosophique tout particulièrement important. Début 2012, plusieurs universités prestigieuses dont Yale, Columbia, Oxford et Cambridge ont d’ailleurs décidé de lancer un nouveau domaine d’étude : la philosophie de la cosmologie.