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La Théorie des Cordes est-elle irréfutable ?

Publié en ligne le 8 août 2005 -

Thibault Damour a présenté, lors d’une conférence, un modèle cosmologique
issu de la théorie des cordes dans lequel, si je me souviens bien, les
constantes physiques varient pendant les premiers instants de l’univers
avant de se fixer à leurs valeurs actuelles. Puis il a indiqué dans quelle
mesure de futures expériences pourraient permettre de confirmer ce modèle.
Carlo Rovelli a alors posé une question fort pertinente, qui à vrai dire me
brûlait également les lèvres : est-ce qu’une expérience pourrait permettre
d’invalider ce modèle, et si oui laquelle ? En effet, l’un des problèmes
majeurs que rencontre la théorie des cordes est que trop de paramètres y sont
ajustables, et pour certains, cette théorie pourraient donc s’accommoder de
n’importe quelle observation.

Or, selon l’épistémologue Karl Popper, une théorie n’est scientifique que si
elle est réfutable, c’est-à-dire si elle permet d’établir une prédiction
sans ambiguïté qui, si elle ne se réalise pas, invalide la théorie. Si la
théorie passe le test, on dit qu’elle est confirmée, mais cela ne signifie
en aucun cas qu’elle est prouvée. De ce point de vue, on peut prouver qu’une
théorie est fausse, mais jamais qu’une théorie est vraie. Donnons deux
exemples très simples. L’énoncé « tous les corbeaux sont noirs » est un
énoncé scientifique puisqu’il suffit d’exhiber un corbeau d’une autre
couleur pour invalider cet énoncé. Jusqu’à présent (à ma connaissance), on
n’a jamais observé que des corbeaux noirs, c’est donc un énoncé très bien
vérifié expérimentalement. Au contraire, supposons pour les besoins du
raisonnement qu’il soit prouvé que Dieu existe. Alors même dans ce cas,
l’énoncé « Dieu est bon » ne serait pas scientifique, car même la plus abominable des
catastrophes ne suffirait pas à l’invalider.
En effet, les théologiens ont
médité depuis des siècles sur l’existence du mal dans le monde et ils ont
imaginé toutes sortes d’arguments, du plus simpliste (les voies du Seigneur
sont impénétrables), au plus subtil (il existe une infinité de mondes
possibles, tous sont pires, Dieu a choisi le meilleur des mondes possibles.
Ainsi même de la catastrophe ou l’épidémie la plus horrible peut naître un
bien si un futur dictateur est éliminé, qui aurait fait encore plus de morts
s’il était arrivé au pouvoir).

La plupart des scientifiques et des
philosophes rationalistes estiment que le critère de Popper est fondamental,
même si certains le jugent incomplet ou que d’autres estiment qu’il ne
s’applique pas universellement à toutes les sciences. Pour l’instant, la critique la
plus virulente de Popper est venue de Paul Feyerabend, qui dans Contre la
méthode
a défendu une « théorie anarchiste de la connaissance », et un
relativisme cognitif radical (tout se vaut, de la légende des titans à la
physique atomique), qui de mon point de vue n’est qu’un ramassis de
foutaises post-modernes. Il semble que l’auteur lui-même en ait convenu sur
la fin de sa vie.

Mais revenons à la question de Rovelli. Que fut la réponse de Thibault
Damour ? « Popper avait tort, il faut avoir une vision plus positive des
choses. »

J’ajoute qu’il n’est pas le seul à penser de la sorte dans la communauté « cordiste ». Il semble donc qu’aujourd’hui un certain nombre de physiciens ne
rechigneraient pas à échanger la méthode scientifique telle qu’on la
pratique depuis Galilée, contre une théorie qui n’a pour elle que sa beauté
formelle pour qui veut bien la voir. C’est ce qui s’appelle lâcher la proie
pour l’ombre.


Mathias :

Je vais jouer au naïf et dire que je ne comprends pas trop cette
remarque : Si M. Damour a proposé une expérience et que celle-ci ne
donne pas le résultat escompté, ne serait-ce pas une invalidation de
sa théorie ?

Franchement, quelle théorie "scientifique" reconnue (c’est à dire qui
donne des résultats satisfaisants dans un domaine d’application
donné) peut se targuer d’être scientifique au sens de Popper ?
Un exemple avec la mécanique Newtonienne : Elle a d’abord donné des
résultats spectaculaires. Pour la fin de son "âge d’or", on donne
souvent l’exemple de l’avance anomale du périhélie de Mercure comme
observation qui n’était pas décrite correctement par la mécanique de
Newton et qui le fut avec la relativité restreinte. Mais si on se
replace à l’époque qui précède l’arrivée de la relativité restreinte,
il y avait d’autres phénomènes de la mécanique céleste qui n’étaient
pas expliqués correctement par la mécanique newtonienne, comme par
exemple les trajectoires de certaines comètes.

Dans l’état des connaissances de l’époque, on aurait aussi bien pu
croire qu’il s’agissait d’expériences invalidant les théories de
Newton. Dans le cas des comètes, ce n’était pas le cas. Si on avait
pu prendre en compte l’évaporation des gaz de ces comètes, on se
serait rendu compte que la mécanique de Newton n’était pas en cause.
Par contre pour l’avance du périhélie de Mercure, la théorie
d’Einstein en a donné une meilleure description, alors que cette
théorie est contradictoire avec la théorie de Newton.

On arrive à ceci : sans cette théorie d’Einstein qui explique mieux
le cas de Mercure que celle de Newton, l’expérience que constitue la
mesure de l’avance du périhélie de Mercure n’invalide rien du tout.
Ce n’est qu’un résultat non expliqué parmi tant d’autres : il ne
colle pas avec les prédictions que l’on peut faire à partir d’un
modèle basé sur la mécanique de Newton, mais on n’a aucun moyen de
savoir si c’est Newton qui est en cause, ou si une partie des données
du problème nous échappe.

Cet exemple est cité par A. Sokal et J. Bricmont dans Impostures
intellectuelles
avec un tas de références. Même s’il ne le
mentionnent pas, je crois également savoir qu’on (Le Verrier ?) a
d’ailleurs été tenté d’expliquer cette avance anomale du périhélie de
Mercure en supposant l’existence d’une "planète X" dont l’orbite
serait à l’intérieur de celle de Mercure, laquelle planète X aurait
été indétectable avec les moyens de l’époque car trop près du Soleil
et trop petite... Ca n’avait rien d’idiot, et c’était même une
hypothèse raisonnable. Seulement c’était faux.

Pour en revenir à la théorie des cordes : je ne connais pas grand
chose à cette théorie, mais si elle réussissait à prédire un
phénomène encore non expliqué correctement par d’autres théories, ça
ne serait sûrement pas comme si de rien n’était ! Elle passerait, si
ce n’est pas encore le cas, du statut de supputation théorique à
celui de théorie corroborée. Les "cordistes" auraient bien sûr raison
de s’en réjouir, comme les "newtonistes" ont jadis eu raison de se
réjouir du retour de la comète de Halley, et comme Einstein a dû se
réjouir de voir sa théorie décrire correctement l’avance du périhélie
de Mercure. Je ne l’imagine pas s’écrier "merde, encore raté" à ce
moment là, et pourtant avec une lecture de Popper un peu rapide c’est
ce qu’on voudrait qu’il ait dit !


Fabien :

Il est parfaitement évident que le critère de Popper est idéalisé. Dans la
pratique il est souvent difficile d’avoir des observations non-ambiguës à
comparer avec les prédictions théoriques. On raisonne toujours "toutes
choses étant égales par ailleurs", et en général on n’en sait rien. C’est
particulièrement vrai avec les observations astronomiques. C’est pourquoi la
prédiction par la Relativité Générale (et pas restreinte) de l’avance du
périhélie de Mercure n’a pas été considérée pendant longtemps comme un test
satisfaisant de cette théorie.

Un test Poppérien beaucoup plus fiable est
celui de la déviation des rayons lumineux au voisinage du soleil. Si cette
déviation n’avait pas été observée (dans les limites des erreurs de mesure)
alors exit la relativité générale, c’est aussi simple que cela. Par
ailleurs, c’est bien joli de s’attacher à un exemple comme vous le faites,
mais c’est précisément le contraire de la démarche scientifique ! Il ne faut quand
même pas perdre de vue que la relativité générale a passé des centaines de
tests répondant aux critères de Popper, en particulier des tests de
laboratoire, toujours préférable parce qu’on contrôle mieux les paramètres
(par exemple l’effet du champ de gravité sur l’écoulement du temps).

Donc il ne faut pas confondre un test qui n’est pas parfaitement poppérien à
cause d’ambiguïtés observationnelles, mais avec une prédiction théorique
non-ambiguë, avec une soi-disant confirmation d’une théorie, telle la théorie
des cordes dans l’état actuel de son développement qui ne fait aucune, je
dis bien aucune, prédiction parce qu’elle est compatible avec n’importe
quelle observation.


Mathias :

J’ai du mal à comprendre en quoi la prédiction correcte de l’avance
du périhélie de Mercure par la relativité générale n’était pas un
test satisfaisant de cette théorie... est-ce que ça veut dire que si
le résultat avait été négatif, la relativité générale n’en aurait pas
été invalidée ?

Je comprends mal aussi en quoi la déviation des rayons lumineux au
voisinage du Soleil est un test plus fiable


Fabien :

C’est pourtant simple. De nombreuses causes peuvent expliquer l’avance du
périhélie de Mercure, à commencer par l’aplatissement du soleil, paramètre
qui était mal connu à l’époque je crois. Si la relativité générale n’avait
pas donné pile-poil la bonne valeur, elle n’aurait pas été pour autant
invalidée, de la même façon qu’à aucun moment la théorie de Newton n’a été
invalidée par ce problème. Un problème un peu semblable se pose aujourd’hui
avec l’anomalie de l’accélération des sondes Pioneer. Cela ne suffit pas à
invalider la relativité générale, car on ne maîtrise pas assez les
paramètres pour décider si le problème vient de la théorie ou d’une cause
que l’on arrive pas à observer.

En revanche, aucune autre cause que la gravitation ne permet d’expliquer la
déviation des rayons lumineux, sauf à invoquer des explications ad hoc que
le rasoir d’Occam éliminerait. De plus c’est une observation qu’on peut
reproduire facilement, avec différents corps célestes. Si la déviation avait été
nulle ou très différente que celle prévue par Einstein, sa théorie aurait
été irrémédiablement invalidée. Historiquement, c’est bien cette prédiction
qui a entraîné la conviction de la communauté scientifique, et non pas celle
de l’avance du périhélie de Mercure. Enfin, il ne faut pas oublier que des
dizaines, voire des centaines d’autres expériences, ont tenté sans succès
d’invalider la relativité générale. Il reste encore deux prédictions à
vérifier, l’effet Lense-Thirring (en entraînement des repères dû à la
rotation de la Terre), et l’observation directe des ondes gravitationnelles.


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