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Imagination et science

Comme l'an passé, je voudrais commencer l'année en donnant la parole au génial et malicieux Feynman dans un enregistrement d'une conférence qu'il a donnée en 1979 sur l'électrodynamique quantique (dans l'ensemble bien trop au-dessus de notre niveau, mais le début est abordable et mérité d'être écouté) :

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Dans le numéro d'octobre de Sciences et Avenir, on peut lire une interview de Wedlin Werner, à l'honneur depuis qu'il a reçu la médaille Fields (cf. l'éditorial de Pour la Science).
En voici un extrait qui prolonge les billets précédents sur l'imagination créatrice :
« — [A propos des probabilités, son domaine de recherche :] finalement, cette matière me convient bien. Le mouvement brownien me parle plus qu'une algèbre de Lie. Je manipule évidemment des objets abstraits, mais ils ont une résonance particulière dans l'imaginaire. On les associe à quelque chose de vécu, d'un peu moins abstrait que d'autres objets mathématiques.

— Comment définiriez-vous cette matière ?

— Je ne passe pas mon temps à calculer des pourcentages ou les chances de gagner au poker ! En fait, je cherche à comprendre le comportement à grande échelle de systèmes où l'aléatoire règne au petites échelles. En particulier, il s'agit des phénomènes dans lesquels le microscopique se combine de façon compliquée, comme lors d'une transition de phase.

— C’est gratifiant ?
— J'aime manipuler ces objets. J'y trouve quelque chose de personnel, pas complètement détaché de moi. Il y a aussi le plaisir de l'enchaînement des idées. Il ne faut pas croire que les mathématiciens passent leurs temps à faire des calculs. Sinon, les ordinateurs nous auraient déjà remplacés. Dans notre activité, il y a de la place pour l'imagination, pour la création. Sans que ce soit de l'art non plus !
» 
Wedlin Werner, « Wendlin Werner ou l'amour des probabilité »,
Sciences & Avenir
, Octobre 2006, n°716, p. 82.

 
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Suite de la conférence d'Einstein sur la méthode de la physique théorique :
« Newton, le premier inventeur d'un système de physique théorique, immense et dynamique, n'hésite pas à croire que concepts fondamentaux et lois fondamentales de son système sont directement issus de l'expérience. je crois qu'il faut interpréter dans ce sens sa déclaration de principe hypotheses non fingo.
En réalité, à cette époque, les notions d'espace et de temps ne semblaient présenter aucune difficulté problématique. Car les concepts masse, inertie, force, plus leurs relations directement déterminées par la loi, semblaient directement livrés par l'expérience. Cette base une fois admise, l'expression force de gravitation par exemple semble issue directement de l'expérience et on pouvait raisonnablement escompter le même résultat pour les autres forces.
Évidemment, nous le devinons aisément par le vocabulaire même, la notion d'espace absolu, impliquant celle d'inertie absolue, gêne singulièrement Newton. Car il réalise qu'aucune expérience ne pourra correspondre à cette dernière notion. De même le raisonnement sur des actions à distance l'embarrasse. Mais la pratique et le succès énorme de la théorie l'empêchent lui et les physiciens du XVIIIe et du XIXe siècle de réaliser que le fondement de son système repose sur une base absolument fictive.
Dans l'ensemble, les physiciens de l'époque croyaient volontiers que les concepts fondamentaux et les lois fondamentales de la physique ne constituent pas, au sens logique, des créations spontanées de [133] l'esprit humain, mais plutôt qu'on peut les déduire des expériences par abstraction, donc, par une voie de logique. En fait, seulement la théorie de la relativité générale a clairement reconnu l'erreur de cette conception. Elle a prouvé qu'il était possible, en s'éloignant énormément du schéma newtonien, d'expliquer le monde expérimental et les faits, de façon plus cohérente et plus complète que le schéma newtonien ne le permettait. Mais négligeons la question de supériorité ! Le caractère fictif des principes devient évident simplement pour la raison qu'on peut établir deux principes radicalement différents et qui pourtant concordent en une très grande partie avec l'expérience. De toutes les façons, tout essai de déduire logiquement, à partir d'expériences élémentaires, les concepts fondamentaux et les lois fondamentales de la mécanique, reste condamné à l'échec.
Alors, s'il est certain que le fondement axiomatique de la physique théorique ne se déduit pas de l'expérience, mais doit s'établir spontanément, librement, pouvons-nous penser avoir découvert la bonne piste ? Plus grave encore ! cette bonne piste n'existe-t-elle pas chimériquement seulement en notre imaginaire ? Pouvons-nous juger l'expérience fiable alors que certaines théories, comme la mécanique classique, rendent largement compte de l'expérience, sans argumenter sur le fond du problème ? A cette objection je déclare en toute certitude qu'à mon avis la bonne piste existe et que nous pouvons la découvrir.
D'après notre recherche expérimentale jusqu'à ce jour, nous avons le droit d'être persuadés que la nature représente ce que nous pouvons imaginer en mathématique comme le plus simple. Je suis convaincu que la construction exclusivement mathématique nous permet de trouver les concepts et les principes les reliant entre eux. Ils nous donnent la possibilité de comprendre les phénomènes naturels.
Les concepts mathématiques utilisables peuvent être suggérés par l'expérience, mais jamais, en aucun cas, déduits. L'expérience s'impose, naturellement, comme unique critère d'utilisation [134] d’une construction mathématique. Par conséquent, j’estime vrai et possible pour la pensée pure d’appréhender la réalité, comme le révérait les Anciens.
»
Albert Einstein, Comment je vois le monde,
trad. par Régis Hanrion,
Paris, Flammarion, 1989 (1979), 132-134

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Toujours à la suite de Baudelaire qui soulignait le pouvoir créateur de l'imagination («Elle décompose toute la création (...) elle crée un monde nouveau (...) elle a créé le monde»), voici Einstein qui reprend cette idée et qualifie le «physicien théoricien» de «créateur» sur la base des «produits de son imaginaire» :
« Si vous voulez étudier chez l’un quelconque des physiciens théoriciens les méthodes qu’il utilise, je vous suggère de vous tenir à ce principe de base : n’accordez aucun crédit à ce qu’il dit, mais jugez ce qu’il a produit ! Car le créateur a ce caractère : les produits de son imaginaire s’imposent à lui, si indispensables, si naturels, qu’il ne peut les considérer comme image de l’esprit mais qu’il les connaît comme réalités évidente.
(…) vous pourriez vous dire : celui qui nous parle maintenant, mais c’est justement un physicien théoricien ! (…) [Cependant] j’affirme parler ici non par vanité, mais pour satisfaire à une invitation d’amis.
(…) [130]
Nous admirons la Grèce antique parce qu'elle a donné naissance à la science occidentale. Là, pour la première fois, a été inventé ce chef-d’œuvre de la pensée humaine, un système logique, c'est-à-dire tel que les propositions se déduisent les unes des autres avec une telle exactitude qu'aucune démonstration ne provoque de doute. C'est le système de la géométrie d'Euclide. Cette composition admirable de la raison humaine autorise l'esprit à prendre confiance en lui-même pour toute activité nouvelle. Et si quelqu'un, en l'éveil de son intelligence, n'a pas été capable de s'enthousiasmer pour une telle architecture, alors jamais il ne pourra réellement s'initier à la recherche théorique.
Mais pour atteindre une science décrivant la réalité, il manquait encore une deuxième base fondamentale qui, jusqu'à Kepler et Galilée, resta ignorée de l'ensemble des philosophes. Car la pensée logique, par elle-même, ne peut offrir aucune connaissance tirée du monde de l'expérience. Or toute connaissance de la réalité vient de l'expérience et y renvoie. Et par le fait, des connaissances déduites par une voie purement logique, seraient, face à la réalité, strictement vides. C'est ainsi que Galilée grâce à cette connaissance empirique, et surtout parce qu'il s'est violemment battu pour l'imposer, devient le père de la physique moderne et probablement de toutes les sciences de la nature en général.
Si donc l'expérience inaugure, décrit et propose une synthèse de la réalité, quelle place accorder à la raison dans le domaine scientifique?
(…) [131] La raison constitue la structure du système. Les résultats expérimentaux et leurs imbrications mutuelles peuvent trouver leur expression, grâce aux propositions déductives. Et c'est dans la possibilité d'une telle représentation que se situent exclusivement le sens et la logique de tout le système, et plus particulièrement, des concepts et des principes qui en forment les bases.
Et d'ailleurs, ces concepts et ces principes se découvrent comme des inventions spontanées de l'esprit humain. Elles ne peuvent se justifier a priori ni par la structure de l'esprit humain, ni, avouons-le, par une quelconque raison.
Ces principes fondamentaux, ces lois fondamentales, lorsqu'on ne peut plus les réduire en stricte logique, dévoilent la partie inévitable, rationnellement incompréhensible de la théorie. Car le but essentiel de toute théorie est d'obtenir ces éléments fondamentaux irréductibles, aussi évidents et aussi rares que possibles sans oublier la représentation adéquate de toute expérience possible.
»
Albert Einstein, Comment je vois le monde,
trad. par Régis Hanrion,
Paris, Flammarion, 1989 (1979), 129-134

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Coïncidence du jour, le sommaire de Pour la Science du mois d'octobre traite de l'imagination et commence en citant le texte de Baudelaire que nous avons rencontré hier ! :
« Selon Beaudelaire, « L’imagination est la reine du vrai, et le possible est une des provinces du vrai » (Curiosités esthétiques, 1868). L’imagination peut tout, le possible se contentera de miettes.
Que dire de l’imagination du possible ? Ou du possible de l’imagination ? Bien sûr, il est banal de combiner ainsi les mots : tel ou tel conférencier pourrait aborder « Raison de la connaissance ou connaissance de la raison », « Aléas de l’économie ou économie des aléas », « Intériorisation de la douleur ou douleur de l’intériorisation », etc. Pourtant, ce ne sont pas simples jeux de mots, et de telles associations défient notre perception. L’esprit travaille sur les représentations des mots et leur métamorphose. Il combine et invente de nouvelles images mentales, des idées, des situations, des mondes. L’imagination est stimulée.
Imagination des artistes jonglant avec les images mentales, par exemple les figures impossibles, qu’étudie Jean-Paul Delahaye (voir Impossible ! En êtes-vous certain ?, page 90). Ces figures sont décomposées et analysées par le système visuel, puis les différentes parties rassemblées ; mais, au moment où il tente de concilier toutes les informations, le cerveau se trouve confronté à un paradoxe : l’escalier d’Escher qui ne cesse de monter tout en descendant, l’objet plein qui devient creux.
Imagination matérielle des océanographes qui, étudiant les données climatiques, modélisant les courants marins, les mouvements de l’atmosphère, les variations de températures, remettent en question l’un des dogmes de la climatologie : la douceur angevine ne devrait pas tout au Gulf Stream (voir Gulf Stream et douceur du climat européen, page 40).
Imagination transcendantale des mathématiciens, faculté qui, chez Kant, relie l’intuition aux concepts. Quatre mathématiciens viennent de recevoir une médaille Fields, l’équivalent du prix Nobel pour les mathématiques (voir Les médailles Fields 2006, page 28). Cette distinction est décernée tous les quatre ans depuis 1936, à quatre mathématiciens (au plus) âgés de moins de 40 ans. Le Français Wendelin Werner fait partie des lauréats ; les mathématiciens français ont été récompensés neuf fois depuis la création de ce prix (juste après les États-Unis, le pays comptant le plus de lauréats, avec 13 médaillés). Imagination féconde ? Abstraction supérieure ? Esprit cartésien ?
Comme tous les grands prix, la médaille Fields traduit la reconnaissance d’une communauté internationale, ici celle des mathématiciens, envers quelques pairs dont les travaux ont fait progresser le champ des recherches. Pourtant, le Russe Grigory Perelman, qui a démontré la conjecture de Poincaré (ayant résisté aux mathématiciens pendant plus d’un siècle), a refusé la distinction. En 1966, un autre médaillé Fields, Alexandre Grothendieck, avait agi de même : il ne s’était pas rendu au Congrès de Moscou pour recevoir sa distinction. Il entendait ainsi protester contre le régime soviétique. En 1970, A. Grothendieck abandonna les mathématiques pour se consacrer à un nouvel univers, celui de la contestation politique. Est-ce l’avenir de G. Perelman ?
»
Françoise Pétry, Imaginer le possible,
Editorial de Pour la Science, n°348, octobre 2006.

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