CHAPITRE V

L’ÉDIFICATION SCIENTIFIQUE DE LA CONNAISSANCE.

§ 1. L’explication scientifique des phénomènes.--§ 2. La connaissance qualitative des phénomènes.--§ 3. Le passage du qualitatif au quantitatif. Mesure des relations entre les phénomènes.--§ 4. Rôle de l’expérience et de l’observation.--§ 5. Les méthodes scientifiques de raisonnement.

§ 1.--L’explication scientifique des phénomènes.

En pénétrant dans le cycle de la connaissance scientifique des phénomènes, nous allons aborder un monde entièrement nouveau. Méthodes d’étude, interprétations, résultats, tout va changer. Nous verrons l’homme enfin sorti de lui-même acquérir un pouvoir immense sur la nature qui pendant de longs siècles l’avait étroitement asservi.

Les certitudes religieuses, philosophiques et morales étudiées précédemment étaient personnelles. Fondées sur notre adhésion, elles ne possédaient guère que des éléments affectifs et mystiques pour soutiens. Dépendant des idées d’un moment, elles suivaient leurs variations.

A ces vérités personnelles les méthodes de la science substituèrent des vérités impersonnelles vérifiables par chacun et qui échappent ainsi aux contestations. Le contrôle scientifique permit à l’esprit humain de passer du subjectif à l’objectif.

L’explication des phénomènes par les philosophes appartenait bien, comme celle de la science, au cycle du rationnel. Mais leur raison s’exerçant sur des vues de l’esprit déduites d’observations qu’aucune expérience ne venait contrôler, leurs conceptions restaient toujours subjectives. La science seule fit pénétrer l’homme dans une sphère purement objective dont la théologie et la philosophie avaient ignoré l’existence.

La connaissance réelle du monde ne fut ébauchée qu’avec l’acquisition de méthodes d’observation et d’expérimentation rigoureuses. Les débuts de cette évolution remontent à l’époque de la Renaissance.

Les premières études scientifiques des phénomènes portèrent un coup sérieux aux explications théologiques en montrant le monde régi par des lois fixes où le caprice de volontés supérieures n’intervenait jamais.

Le développement progressif de cette notion conduisit la science à des conceptions nouvelles. Renonçant à obtenir de ses dieux des explications qu’ils ne lui donnaient pas, l’homme se tourna de plus en plus vers la science, qui devint ainsi pour beaucoup une idole de laquelle on pouvait tout attendre.

Il ne faut lui demander cependant que ce qu’elle peut donner. La science présente en effet ce double caractère un peu déconcertant, de résoudre des problèmes formidables et de rester impuissante devant des questions en apparence très simples. Elle découvre la vapeur et l’électricité, soumet à nos besoins les forces de la nature, mais ne peut dire encore pourquoi le gland devient chêne, pourquoi la pierre lancée en l’air retombe, pourquoi le bâton de cire frotté attire les corps légers. Le domaine scientifique est plein d’interrogations demeurées sans réponses.

Cette contradiction entre l’extrême puissance et l’extrême impuissance s’évanouit dès que l’on comprend les méthodes de la science, son but, ses limites, en un mot le mécanisme d’édification de la connaissance.

§ 2.--La connaissance qualitative des phénomènes.

Tous les phénomènes dont l’ensemble constitue l’univers nous sont révélés seulement par les impressions qu’ils produisent sur nos sens. Ceux-ci restent toujours interposés entre l’univers réel et nous.

Interprétant ces impressions, l’intelligence nous fournit une image acceptée comme une copie fidèle du monde extérieur, bien que ne lui ressemblant pas.

La nature véritable des choses ne nous échappe pas seulement parce que le monde extérieur n’est connu qu’à travers nos sens. Alors même que ces derniers nous montreraient l’univers réel et que le bruit ne serait pas une création de notre oreille, et la lumière une conséquence de la structure de notre rétine, nous ne connaîtrions les choses que très incomplètement encore, nos sens et les instruments qui les étendent nous révélant seulement de minimes fragments du monde véritable. L’œil, par exemple, ne perçoit pas la dixième partie du spectre lumineux; s’il pouvait distinguer les radiations émanées de tous les êtres vivants en raison de leur température, il les verrait clairement pendant la nuit. L’être que nous percevons est une forme fictive créée par nos sens. Si nous parvenions à le contempler tel qu’il existe réellement, entouré de la vapeur d’eau qu’il exhale, du rayonnement que sa température engendre, ce même être nous apparaîtrait sous l’aspect d’un nuage aux changeants contours.

Nos sens extrayant seulement de la réalité ce qui leur est accessible, les formes qu’ils y découpent sont nécessairement très factices. Nous silhouettons des apparences en établissant du discontinu dans le continu, du limité dans l’illimité. Si l’on admettait que les contours réels d’un corps ne s’arrêtent qu’au point où ce corps cesse d’agir, on devrait dire qu’ils ne s’arrêtent nulle part. Le morceau de métal tenu à la main agit par son attraction sur les astres les plus lointains et échange des radiations avec eux. Il n’a donc d’autres limites dans l’espace que celles assignées par la sensibilité de nos sens ou de nos instruments. Nous les fixons, non pas aux points où un corps n’agit plus, mais à l’endroit où il cesse d’impressionner nos sens imparfaits.

Les êtres vivants créent donc ou, si l’on préfère, délimitent artificiellement les éléments de l’univers suivant leurs possibilités de perception.

Des créatures douées d’autres sens auraient une idée du monde fort différente de la nôtre. Ceux de certains animaux leur permettent probablement de percevoir des qualités ignorées de nous. Plusieurs d’entre eux, en effet, voient dans l’obscurité, d’autres possèdent le sens de l’orientation, celui de la prévision du temps, etc. S’ils étaient assez intelligents pour essayer de nous communiquer leurs impressions, nous ne comprendrions pas plus leur langage qu’un aveugle de naissance les couleurs, puisque ce langage correspondrait à des qualités inconnues de nous.

La science n’a pas d’ailleurs à s’occuper des réalités en elles-mêmes, ou noumènes des philosophes, ni à les opposer aux apparences, c’est-à-dire aux phénomènes révélés par nos sensations. Celles-ci constituent des équivalents accessibles de choses inaccessibles. Les réfractions créées au moyen de nos sens étant presque identiques pour tous les êtres bâtis sur le même type, la science peut les considérer comme des réalités et construire son édifice avec elles. Si nous n’atteignons pas le réel, nous en atteignons une image semblable pour les êtres constitués comme nous.

Dans ses recherches, la science ne saurait du reste se préoccuper de toutes ces considérations. Peu lui importe de savoir si le monde, tel que nous le percevons, est réel ou irréel. Elle l’accepte comme il apparaît et tâche de s’y adapter, sans chercher quelles idées peuvent s’en faire un insecte, un habitant de Sirius ou un être supérieur possédant d’autres sens. Nos connaissances sont à notre mesure et ne nous intéressent que parce qu’elles sont à cette mesure. Nous savons de l’univers ce que nous parvenons à y découvrir, et comme chaque jour nous y découvrons plus de choses et les percevons d’une façon plus précise, l’édifice de notre connaissance grandit constamment.

§ 3.--Le passage du qualitatif au quantitatif. La mesure des relations entre les phénomènes.

La véritable connaissance des phénomènes remonte seulement à l’époque où la science acquit un langage traduisant des relations numériques dégagées de toute appréciation personnelle. Elle y réussit en passant du qualitatif au quantitatif.

Une science n’est constituée qu’après cette évolution. La psychologie et l’histoire, n’ayant pu encore l’effectuer, restent vagues, imprécises et sujettes à des interprétations contradictoires.

L’observation la plus simple montre immédiatement l’abîme qui sépare les évaluations qualitatives et quantitatives d’un phénomène. Dire qu’un corps est lourd, froid ou chaud, c’est énoncer une impression pouvant varier avec les individus, ou suivant l’état physiologique d’un même individu. Traduire par un chiffre le poids ou la température de ce corps, c’est soustraire l’observation à toute interprétation personnelle.

Le savant accroît sa connaissance du monde, ou plutôt des relations entre les choses, à force de multiplier ces mesures, ou les définitions précises qui, dans les sciences biologiques, équivalent un peu à des mesures. Il prévoit le cours des astres, en découvre la composition, lit dans les vestiges des êtres leur histoire passée et agrandit immensément ainsi le cycle de ses représentations mentales, cycle si étroit pour les hommes qui nous ont précédés.

Le but essentiel de la science, celui qu’elle poursuit avec le plus d’opiniâtreté, est donc d’établir des relations quantitatives entre les phénomènes. Le quantitatif représente l’âge de la sensation raisonnée, le qualitatif, la période de l’obscur instinct. Le quantitatif régit l’univers et en contient l’explication.

§ 4.--Rôle de l’expérience et de l’observation.

Comment la science réussit-elle à déterminer les relations numériques entre les phénomènes?

Elle y arrive par l’observation et l’expérience, mais au prix de difficultés extrêmes, car les phénomènes ne sont accessibles qu’extériorisés en mouvement, c’est-à-dire en changements. La chaleur, l’électricité et toutes les formes d’énergie, nous sont révélées uniquement grâce à des déplacements de masses. Les qualités appréciées par nos sens résultent toujours de modifications matérielles, visibles ou cachées. Tous les instruments de mesure: thermomètres, galvanomètres, etc., indiquent de semblables déplacements. On doit donc, pour bien saisir un phénomène, le soumettre aux transformations capables de lui faire produire des mouvements.

Il est très possible et même fort probable que la nature contienne autre chose que du mouvement et sans doute tous les phénomènes ne sont pas d’origine cinétique, mais la structure de nos sens ou des instruments qui les complètent nous empêche de connaître ceux n’ayant pas une telle origine.

La science expérimentale se base donc sur des mesures. Obtenir ces mesures de façon précise présente une telle difficulté qu’aucune grandeur physique n’est connue avec une rigoureuse exactitude. Impossible encore d’établir deux mètres égaux, et tout ce qu’on peut faire est d’évaluer, au prix d’un énorme labeur, de combien un mètre diffère d’un autre pris comme type. Le poids exact du kilogramme reste encore ignoré, malgré les efforts répétés par plusieurs générations de physiciens depuis un siècle[16].

[16] Voici, d’après Chwolson, les chiffres obtenus par les principaux physiciens qui ont tenté d’établir le poids du kilogramme, c’est-à-dire de 1 décimètre cube d’eau:

999 gr. 847 999 gr. 890 999 gr. 978 999 gr. 955

En comparant le plus élevé et le moins élevé de ces chiffres, on voit que l’incertitude est d’environ 1 décigramme.

La précision dans les mesures, qui constitue un des principaux buts de la science, est donc très difficile à atteindre. La précision absolue ne s’obtient même jamais puisque, comme il vient d’être dit, on ne connaît avec certitude la valeur réelle d’aucune grandeur physique ou chimique. Nous savons seulement mesurer avec une certaine précision le degré de notre imprécision, c’est-à-dire indiquer dans quelles limites les erreurs sont renfermées.

Si incomplet soit-il, ce résultat n’est atteint que très péniblement. Voilà pourquoi des sciences fondamentales comme l’astronomie, la physique et la chimie, mirent si longtemps à réaliser leurs progrès.

Les personnes étrangères à la science comprennent peu l’importance de telles mesures et surtout l’utilité de décimales incertaines à la poursuite desquelles les savants consacrent tant de labeurs. Seuls, ces derniers savent que les décimales, si difficilement accessibles, contiennent les secrets des choses. Grâce à leur examen approfondi ont été découverts l’argon et les gaz divers qui l’accompagnent. Un progrès dans les mesures est bientôt suivi de progrès scientifiques et même industriels importants. Toute l’artillerie moderne se trouva transformée dès que le dixième de millimètre devint une mesure courante dans le forage des fusils et des canons. Si, au lieu de mesurer péniblement le 1/10 de seconde d’arc, nous pouvions en mesurer le cent millième, notre astronomie serait complètement changée et nous découvririons les lois des mouvements d’astres lointains supposés immobiles dans l’espace par les anciens procédés de mesures, alors qu’ils se déplacent avec une immense vitesse. Si la balance avait pu révéler le cent millième de milligramme, la dématérialisation de la matière se trouverait connue depuis longtemps.

Le thermomètre, fondé sur les changements de volume de la matière réalisés par la chaleur, ne révèle que difficilement le centième de degré. La découverte d’un autre instrument, le bolomètre, basé sur la résistance électrique des métaux sous l’action de la température, permit de mesurer le cent millionième de degré, et nous apprit aussitôt que le spectre solaire était beaucoup plus étendu qu’on ne le supposait. Cette observation aura sans doute une grande influence sur nos connaissances en météorologie, si rudimentaires encore.

Chaque ordre de phénomènes possède un réactif permettant sa constatation et sa mesure. La découverte d’un réactif sensible à grande distance aux ondes éthérées qui accompagnent toute décharge électrique rendit possible la télégraphie sans fil. Les forces de la nature sont peut-être extrêmement nombreuses, mais, pour les connaître, il faut d’abord découvrir leurs réactifs.

§ 5.--Les méthodes scientifiques de raisonnement.

On ne peut faire aucun raisonnement utile sans l’appuyer sur des faits imaginaires ou réels. Rien ne se crée par le raisonnement pur. La pensée qui s’exerce sur elle-même, sans matériaux venus du dehors, reste une spéculation vide. Une notion abstraite dépourvue de support concret ne peut même pas être conçue.

Le raisonnement sert surtout à interpréter les observations fournies par les sens. Ses deux formes essentielles sont, comme on le sait, l’induction et la déduction. L’induction généralise les cas particuliers et en tire des conclusions générales. La déduction conclut du général au particulier. L’esprit humain oscille toujours entre l’induction et la déduction.

La généralisation est une opération intellectuelle normale se produisant même chez des êtres très primitifs. Les représentations mentales d’un cas particulier tendent toujours à se généraliser et à engendrer des conséquences. L’esprit inférieur, comme le cerveau supérieur, généralise. Le second diffère du premier parce qu’il sait vérifier la valeur de ses généralisations. On peut donc dire de la généralisation que, suivant la façon dont il en est fait usage, elle constitue la faculté la plus haute ou la plus basse de l’esprit humain.

Quelles que soient les méthodes de raisonnement nos acquisitions vont toujours du connu à l’inconnu. L’inconnu n’est même perceptible qu’à travers le connu.

Tous les phénomènes de la nature se trouvant dans une étroite dépendance réciproque, beaucoup de facteurs peuvent contribuer à la production de chacun d’eux. Or, il importe de savoir déterminer le rôle réel ou apparent de ces divers facteurs et surtout leur degré d’importance. C’est ce que permet la méthode comparative dont Claude Bernard fit un si judicieux usage dans ses recherches. Elle consiste, quand une expérience semble dépendre de plusieurs conditions, à la répéter, en ne faisant varier qu’une seule de ces conditions à la fois. Une telle méthode, extrêmement féconde, bien que fréquemment oubliée, s’applique aussi bien aux questions industrielles qu’aux problèmes scientifiques. Le savant ingénieur américain Taylor transforma l’industrie de l’acier en consacrant vingt-cinq années de recherches à déterminer l’influence des divers facteurs pouvant agir dans le travail des métaux. Après avoir découvert une douzaine de variables indépendantes, il n’en faisait varier qu’une seule à la fois au cours de ses expériences.

Les liens qui unissent les choses étant innombrables, nos observations et, par conséquent, nos explications des phénomènes ne peuvent jamais être complètes. Un astre, par exemple, ne suit pas tout à fait la marche que la théorie lui assigne: un corps ne tombe pas tout à fait verticalement. Il reste donc dans chaque explication des résidus dont une science plus avancée doit rechercher l’origine. L’interprétation de ces résidus conduit toujours à quelque découverte. C’est en étudiant les causes des petites perturbations inexpliquées d’une planète, que Leverrier découvrit l’existence d’un astre inconnu qui devait être Neptune. C’est en recherchant les origines de très infimes différences perçues dans la composition de l’air que l’illustre Ramsay put constater la présence à travers l’atmosphère de l’argon et de divers gaz ignorés avant lui.

L’interprétation, on le voit par les remarques précédentes, se trouve donc plus difficile encore que la simple observation. Elle n’est jamais fille du hasard, mais seulement de longues réflexions. Nombre de faits scientifiques, dont l’interprétation restait ignorée, deviennent très féconds, dès que leur signification est comprise. La décharge de corps électrisés par les flammes fut connue pendant près d’un siècle sans que personne soupçonnât que l’explication de ce fait pouvait,--comme je l’ai montré ailleurs,--conduire à la théorie de l’évanouissement de la matière jadis jugée éternelle.

Toutes nos connaissances constituant de simples relations généralement mises en évidence par des comparaisons, l’analogie offre dans la recherche un guide précieux. Elle incite à rapprocher des phénomènes plus ou moins semblables et à rechercher leurs ressemblances et leurs différences. Reconnaître les analogies cachées et éliminer les ressemblances trompeuses est fort difficile.

Quand Fourier découvrit les lois de la propagation de la chaleur à travers un mur et montra que la quantité qui le traverse est proportionnelle à la différence de température et en raison inverse de la distance des faces du mur, il n’y avait qu’à remplacer le mot température par le mot tension et le mot mur par celui de fil, pour avoir la loi de la propagation du courant électrique. Cette analogie était cependant si difficile à saisir que quand Ohm la découvrit, il lui fallut plus de dix ans pour en faire reconnaître l’exactitude. Le principe de Carnot, basé sur l’analogie de la chute de la chaleur avec celle de l’eau qui transforma la physique moderne, passa également inaperçu quand il fut énoncé. Les physiciens, même après en avoir constaté l’importance, mirent plus de vingt-cinq ans avant de comprendre que ce principe s’appliquait à toutes les formes d’énergie et non pas seulement à la chaleur. Ici encore l’analogie, quoique évidente aujourd’hui, était d’abord très difficile à percevoir.

L’établissement de ces analogies lointaines conduit souvent à de grandes découvertes, mais demande beaucoup de temps. On attendit pendant des milliers d’années les naturalistes capables de reconnaître que le crâne est une vertèbre modifiée et que l’embryon répète certaines formes ancestrales des espèces dont il dérive.

Très malaisées à découvrir, les analogies cachées sous des différences rencontrent parfois plus de difficultés encore à se faire accepter. Nous vivons tous dans une atmosphère d’idées établies et considérons volontiers comme un ennemi celui qui nous oblige à en changer. C’est pourquoi l’interprétation de faits très clairs est souvent très longue. Il fallut des siècles d’efforts pour prouver que les plantes avaient un sexe. En 1850, l’Académie des sciences d’Amsterdam décernait un prix à un savant naturaliste allemand, niant encore la sexualité des fleurs. La science ne fut fixée qu’à une époque très récente, sur ce point d’interprétation devenu aujourd’hui si élémentaire[17].

[17] On peut dire d’une façon générale que plus les faits sont difficiles à observer et interpréter, plus on leur trouve facilement d’explications. J’ai déjà cité à ce propos les ouvrages de science du XVIIe siècle. En médecine, les explications étaient alors prodigieusement absurdes. On en peut juger par la consultation d’un médecin distingué de l’époque, Guénault, sur la maladie de Pascal:

«M. Pascal souffre d’un embarras des entrailles qui provient d’une humeur mélancolique; cette humeur, tandis qu’elle fermente, émet des vapeurs qui produisent des symptômes différents suivant la diversité des parties qu’elles atteignent; elles fermentent parce qu’elles bouillent, et cette ébullition provient de la chaleur. Aussi faut-il saigner le malade aux deux bras, puis le purger.»

On purgea donc le grand homme, on le saigna, puis on le resaigna et on le repurgea, et comme «l’ébullition des vapeurs» ne s’arrêtait pas, on lui administra de fortes doses d’antimoine. Il en mourut rapidement.

On considère généralement les faits comme des phénomènes simples et irréductibles, il n’en est rien. Un fait, ainsi qu’une sensation ou une idée, représente toujours une synthèse d’éléments plus ou moins nombreux. Par abstraction ou par défaut de connaissance, nous négligeons ceux jugés accessoires. Un corps combustible brûle quand on le plonge dans une flamme, voilà un fait supposé par l’ignorant, élémentaire. Il constitue pourtant une synthèse si compliquée qu’elle est restée incomprise pendant des siècles. Le génie d’un Lavoisier fut nécessaire pour en saisir quelques éléments. Même aujourd’hui nous sommes très loin encore de les connaître tous.

Un fait constaté représente donc une opération dans laquelle est déjà intervenue une abstraction involontaire ou réfléchie.

Il n’existe pas de faits simples, puisque aucun phénomène ne se trouve complètement isolable dans la nature. C’est nous qui, par abstraction, créons leur simplicité en laissant de côté tout ce qui se rattache à eux. Un fait isolé se présente donc nécessairement déformé.

Il suffit de considérer le phénomène le plus connu, la verticalité de la chute d’une pierre, par exemple, pour voir combien sont nombreux les éléments négligés dans son observation. Quand nous disons qu’un corps abandonné à lui-même tombe verticalement nous énonçons une constatation supposée très simple. Elle ne l’est cependant que parce que nos moyens de mesure ne permettent pas d’enregistrer tous les facteurs: mouvement de rotation de la terre, attraction de la lune et du soleil, etc., dont l’influence impose nécessairement au corps qui tombe une trajectoire voisine de la verticale, mais qui n’est pas une verticale.

Les mathématiciens tâchent d’introduire ces influences étrangères dans leurs calculs en ajoutant à la formule générale de chaque phénomène des corrections successives, destinées à représenter les irrégularités dues à des causes accessoires. Il faudrait en introduire indéfiniment, si l’on voulait poursuivre une exactitude absolue, d’ailleurs inaccessible. La science ne peut donc être faite que d’approximations.

Tous les phénomènes s’enchaînant, la connaissance de l’un d’eux permet souvent d’en découvrir beaucoup d’autres. «La piste d’un pied fourchu, écrivait Cuvier, donne à celui qui l’observe et la forme des dents, et la forme des mâchoires, et la forme des vertèbres, et la forme de tous les os des jambes, des cuisses, des épaules et du bassin de l’animal qui vient de passer.»

C’est grâce à l’enchaînement des phénomènes que nous pouvons souvent les produire non seulement sans les comprendre, mais sans même soupçonner leur mécanisme.

«Notre puissance, écrit Berthelot, va plus loin que notre connaissance. En effet, étant données un certain nombre de conditions d’un phénomène imparfaitement connu, il suffit souvent de réaliser ces conditions pour que le phénomène se produise aussitôt dans toute son étendue; le jeu spontané des lois naturelles continue à se développer et complète les effets, pourvu que l’on ait commencé à le mettre en œuvre convenablement... Si les forces une fois mises en jeu ne poursuivaient pas elles-mêmes l’œuvre commencée, nous ne pourrions imiter et reproduire par l’art aucun phénomène naturel; car nous n’en connaissons aucun d’une manière complète, attendu que la science parfaite de chacun d’eux exigerait celle de toutes les lois, de toutes les forces qui concourent à le produire, c’est-à-dire la connaissance parfaite de l’univers.»