CHAPITRE IV

l'expérience de pirrsiQUE (1)

§ ï. — Une expérience de Physique n'est pas simplement Vohservaiion d'un phénomène ; elle est, en outrer l'interprétation théorique de ce phénomène.

Le but de toute théorie physique est la représentation des lois expérimentales ; les mots vérité, certitude, n'ont, au sujet d'une telle théorie, qu'une seule signification ; ils expriment la concordance entre les conclusions de la théorie et les règles établies par les observateurs. Nous ne saurions donc pousser plus avant la critique de la théorie physique, si nous n'analysions l'exacte nature des lois énoncées par les expérimentateurs, si nous ne marquions avec précision de quel genre de certitude elles sont susceptibles. D'ailleurs, la loi de Physique n'est que le résumé d'une infinité d'expériences qui ont été faites ou qui pour-

(1) Ce chapitre et les deux suivanls sont consacrés à l'analyse de la méthode expérimentale telle que l'emplote le physicien ; à ce 9uj«t, nous demandons au lecteur la permission de fixer quelques dates. Nous pensons avoir le premier formulé cette analyse en tin article intitulé : Quelques réflexions au sujet de la Physique expérimentale ( Revue des Questions scientifiques^ deuxième série, t. in,l«9-i). M. G. Milhaud prit l'exposé d'une partie de ces idées pour sujet de son COUPS en 1895-96 ; il puhlia, en nous citant d'ailleurs, un résumé de ■9C8 leçons sous ce titre : La Science rationnelle (Revue de 'Métaphysique et de hforate, 4* armée, 1896, p. 290. — Le Rationnel, Paris. 1898). La même analyse de la méthode expérimefttate a été adopti'-e par M. Edouard Le Roy, au 2* article de son écrit : Science et Phiioso -

ront être réalisées. Nous sommes donc naturellement amenés à nous poser cette question : Qu'est-ce, au juste, qu'une expérience de Physique?

Cette question étonnera sans doute plus d'un lecteur; est-il besoin de la poser, et la réponse n'est-elle pas évidente ? Produire un phénomène physique dans des conditions telles qu'on puisse l'observer exactement et minutieusement, au moyen d'instruments appropriés, n'est-ce pas l'opération que tout le monde désigne par ces mots : Faire une expérience de Physique ?

Entrez dans ce laboratoire; approchez-vous de cette table qu'encombrent une foule d^appareils, une pile électrique, des fils de cuivre entourés de soie, des godets pleins de mercure, des bobines, un barreau de fer qui porte un miroir; un observateur enfonce dans de petits trous la tige métallique d'une fiche dont la tète est en ébonite; le fer oscille et, par le miroir qui lui est lié, renvoie sur une règle en celluloïde une bande lumineuse dont l'observateur suit les mouvements ; voilà bien sans doute une expérience ; au moyen du va-etvient de cette tache lumineuse, ce physicien observe minutieusement les oscillations du morceau de fer. Demandez-lui maintenant ce qu'il fait ; va-t-il vous répondre : « J'étudie les oscillations du barreau de

phie [Hevve de Métaphysique et de Moraîe, !• année, 1899, p. 503) et dans un autre écrit intitulé : La Science positive et les phUosophies de la lilterté {Congrès international de Philosoptiie tenu à Paris en 1900. Bibliothèque du Congrès^ l. Philosophie générale et Métaphysique, p. 313). M. E. Wilbois admet également une ductriiic analogue en son article : La méthode des Sciences physiques [Revue de Métaphysique et de Morale^ !• année, 1899, p. 5"9). De cette analyse de la méthode expérimentale employée en Physique, les divers auteurs que nous venons de citer tirent parfois des conclusions qui excédent les bornes de la Physique; nous ne les suivrons pas jusque-là et nous nous tiendrons Ciinstamnient dans les limites de la science physique.

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fer qui porte ce miroir »? Non, il vous répondra qu'il mesure la résistance électrique d'une bobine. Si vous vous étonnez, si vous lui demandez quel sens ont ces mots et quel rapport ils ont avec les phénomènes qu'il a constatés, que vous avez constatés en même temps que lui, il vous répondra que votre question nécessiterait de trop longues explications et vous enverra suivre un cours d'électricité.

C'est qu'en effet l'expérience que vous avez vu faire, comme toute expérience de Physique, comporte deux parties. Elle consiste, en premier lieu, dans l'observation de certains faits ; pour faire cette observation, il suffit d'être attentif et d'avoir les sens suffisamment déliés ; il n'est pas nécessaire de savoir la Physique; le directeur du laboratoire y peut être moins habile que le garçon. Elle consiste, en second lieu, dans Vinlerpreialion des faits observés ; pour pouvoir faire cette interprétation, il ne suffit pas d'avoir l'attention en éveil et l'œil exercé ; il faut connaître les théories admises, il faut savoir les appliquer; il faut être physicien. Tout homme peut, s'il voit clair, suivre les mouvements d'une tache lumineuse sur une règle transparente, voir si elle marche à droite ou b gauche, si elle s'arrête en tel ou tel point ; il n'a pas besoin pour cela d'être grand clerc ;«mais s'il ignore l'Electrodynamique, il ne pourra achever l'expérience, il ne pourra mesurer la résistance de la bobine.

Prenons un autre exemple : Regnault étudie la compre^sibilité des gaz ; il prend une certaine quantité de gaz ; il l'enferme dans un tube de verre ; il maintient la température constante; il mesure la pression que supporte le gaz et le volume qu'il occupe.

Voilà, dira-t-on, Tobservation minutieuse et précise de certains phénomènes, de certains faits. Assurément, entre les mains et sous les yeux de Regnault, entre tes mains et sous les yeux de ses aides, des faits concrets se sont produits; est-ce le récit de ces faits que Regnault a consignés pour contribuer à ravancement de la Physique? Non. Dans un viseur Regnault a vu l'image d'une certaine surface de mercure affleurer à un certain trait ; est-ce là ce qu'il a inscrit dans la relation de ses expériences? Non; il a inscrit que le gaz occupait un volume ayant telle valeur. Un aide a élevé et abaissé la lunette d'un cathétomètre jusqu'à ce que l'image d'un autre niveau de mercure vînt affleurer au fil d'un réticule ; il a alors observé la dis position de certains traits sur la règle et sur le vernier du cathétomètre ; est-ce là ce que nous trouvons dans le Mémoire de Regnault? Non; nous y lisons qu^ la pression supportée par le gaz avait telle valeur. Un autre aide a vu, dans le thermomètre, le liquide osciller entre deux certains traits; est-ce là ce qui a été consigné ? Non ; on a marqué que la température du *«gaz avait varié entre tel et tel degré.

Or, qu'est-ce que la valeur du volume occupé par ie gaz, qu'est-ce que la valeur de la pression qu'il supporte, qu'est-ce que le degré de la température à laquelle il est porté? Sont-ce trois objets concrets? Non ; ce sont trois symboles abstraits que, seule, la théorie physique relie aux faits réellement observés.

Pour former la première de ces abstractions, la valeur du volume occupé par le gaz, et la faire correspondre au fait observé, c'est-à-dire à l'affleurement du mercure en un certain trait, il a {oAlw jauger

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le tube, c'est-à-dire faire appel non seulement aux notions abstraites de rArithmétique et de la Géométrie, aux principes abstraits sur lesquels reposent ees sciences, mais encore à la notion abstraite de masse, aux hypothèses de Mécanique générale et de Mécanique céleste qui justifient Temploi de la balance pottr la comparaison des masses ; il a fallu connaître le poids spécifique du mercure à la température où s'est fait ce jaugeage et, pour cela, connaître ce poids spécifique à 0% ce qui ne se peut faire sans invoquer les lois de rilydrostatique ; connaître la loi de la dilatation du mercure, qui se détermine au moyen d'un appareil 4»ù figure une lunette, où, par conséquent, certaines lois de rOptique sont supposées ; en sorte que la connaissance d'une foule de chapitres de la Physique précède nécessairement la formation de cette idée abstraite : Le volume occupé par le gaz.

Plus complexe de beaucoup, plus étroitement liée aux théories les plus profondes de la Physique, est la genèse de cette autre idée abstraite : La valeur de la pression supportée par le gaz. Pour la définir, pour l'évaluer, il a fallu user des notions si délicates, si difficiles à acquérir, de pression, de force de liaison; il a fallu appeler en aide la formule du nivellement barométrique donnée par Laplace, formule qui se tire des lois de l'Hydrostatique ; il a fallu faire intervenir la loi de compressibilité du mercure, dont la détermination se relie aux questions les plus délicates et les plus controversées de la théorie de l'élasticité.

Ainsi, lorsque Regnault faisait une expérience, il avait des faits devant les yeux, il observait des phénomènes ; mais ce qu'il nous a transmis de cette expé-

à38 LA STRUCTURE DE LA THÉORIE PHYSIQUE

rience, ce n'est pas le técit des faits observés ; ce sont des symboles abstraits que les théories admises lui ont permis de substituer aux documents concrets qu'il avait recueillis.

Ce que Regnault a fait, c'est ce que fait nécessairement tout physicien expérimentateur; voilà pourquoi nous pouvons énoncer ce principe, dont la suite de cet écrit développera les conséquences :

Une e.rp(*rience de Physique est l'observation précise xTun groupe de phénomènes^ accompagnée de l'vs- TERPRÉTATio.N de CCS phénomènes ; cette interprétation substitue aux données concrètes réellement recueillies par Inobservation des représentations abstraites et symboliques qui leur correspondent en vertu des théories que l'observateur admet.

g II. — Le résultat d'une expérience de Physique est un jugement abstrait et symbolique.

Les caractères qui distinguent si nettement Texpérience de Physique de Texpérience vulgaire, en introduisant dans la première, à titre d'élément essentiel, l'interprétation théorique qui est exclue de la dernière, marquent également les résultats auxquels aboutissent ces deux sortes d'expérience.

Le résultat de l'expérience vulgaire est la constatation d'une relation entre divers faits concrets; tel fait ayant été artificiellement produit, lel autre fait en est résulté. Par exemple, on a d^^capité une grenouille; on a piqué la jambe gauche de cet animal avec une aiguille ; la jambe droite s'est agitée et s'est efforcée

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d'écarter Taiguille ; voilà le résultat d'une expérience de Physiolpgie ; c'est un récit de faits concrets, obvies; pour comprendre ce récit, il n'est pas nécessaire de savoir un mot de Physiologie.

Le résultat des opérations auxquelles se livre un physicien expérimentateur n'est point du tout la constatation d'un groupe de faits concrets ; c'est Ténoncé d*un jugement reliant entre elles certaines notions abstraites, symboliques, dont les théories seules établissent la correspondance avec les faits réellement observés. Cette vérité saute aux yeux de quiconque réfléchit. Ouvrez un mémoire quelconque de Physique expérimentale et lisez-en les conclusions; ces conclusions ne sont nullement l'exposition pure et simple de certains phénomènes ; ce sont des énoncés abstraits auxquels vous ne pouvez attacher aucun sens, si vous ne connaissez pas les théories physiques admises par Tauteur. Vous y lisez, par exemple, que la force électromotrice de telle pile à gaz augmente de .tant de volts lorsque la pression augmente de tant d'atmosphères. Que signifie cet énoncé ? On ne peut lui attribuer aucun sens sans recourir aux théories les plus variées, comme les plus élevées de la Physique. Nous avons dit, déjà, que la pression était un symbole quantitatif introduit par la Mécanique rationnelle, et un des plus subtils dont cette science ait à traiter. Pour comprendre la signification du mot force vleclromolnce^ il faut faire appel à la théorie électrocinétique fondée par Ohm et par Kirchhoff. Le volt est l'unité de force électromotrice dans le système électromagnétique pratique d'unités; la définition de cette unité se tire des équa-

tions de i'Electromagnétisme et de Tinduction établies par Ampère, par F.-E. Neomann, par W. Weber. Pas un des mots qui servent à énoncer le résultat d'une telle, expérience n'exprime directement un obj^t visible 'et tangible ; chacun d'eux a un sens absirait et symbolique ; ce sens n'est relié aux réalités concrètes que par des intermédiaires théoriques longs et compliqués.

Insistons sur ces remarques si importantes à la claire intelligence de la Physique et, cependant, si souvent méconnues.

En l'énoncé d'un résultat d'expérience semblable à celui que nous venons de rappeler, celui qui ignore la Physique, et pour lequel un semblable énoncé demeure lettre morte, pourrait être tenté de voir un simple exposé, en un langage technique, insaisissable aux profanes, mais clair aux initiés, des faits que l'expérimentateur a observés. Ce serait une erreur.

Je suis sur un voilier. J'entends l'officier de quart lancer ce commandement : « Au bras et boulines partout, brassez! » Etranger aux choses de la marine, je ne comprends pas ces paroles ; mais je vois les hommes de l'équipage courir à des postes assignés d'avance, saisir des cordes déterminées et hâler en mesure sur ces cordes. Les mots que l'officier a prononcés désignent, pour eux, des objets concrets bien déterminés, éveillent en leur esprit l'idée d'une manœuvre connue à accomplir. Tel est, pour Tinitié, l'eflFet du langage technique.

Tout autre est le langage du physicien. Supposons que, devant un physicien, on prononce cette phrase : Si l'on fait croître la pression de tant d'atmosphères,

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on augmente de tant de volts la force électromotrice de lelle pile. Il est bien vrai que rinitié, que celui qui connaît les théories de la Physique, peut traduire cet énoncé en faits, peut réaliser l'expérience dont le résultat est ainsi exprimé ; mais, chose remarquable, il peut la réaliser d'une infinité de manières différ rentes. Il peut exercer la pression en versant du mercure dans un tube, en faisant monter un réservoir plein de liquide, en manœuvrant une presse hydraulique, en enfonçant dans Teau un piston à vis. Il peut mesurer cette pression avec un manomètre à air libre, avec un manomètre à air comprimé, avec un manomètre métallique. Pour apprécier la variation de la force électromotrice, il pourra employer successivement tous les types connus d'électromètres, de galvanomètres, d'électrodynamomètres, de voltmètres; chaque nouvelle disposition d'appareils lui fournira des faits nouveaux à constater; il pourra employer des dispositions d'appareils que le premier auteur de Texpérience n'aura pas soupçonnées et voir des phénomènes que cet auteur n'aura jamais vus. Cependant, toutes ces manipulations, si diverses qu'un profane n'apercevrait entre elles aucune analogie, ne sont pas vraiment des expériences différentes; ce sont seulement des formes différentes d'une même expérience ; les faits qui se sont réellement produits ont été aussi dissemblables que possible; cependant la constatation de ces faits s'exprime par cet unique énoncé : la force électromotrice de telle pile augmente de tant de volts lorsque la pression augmente de tant d'atmosphères.

Il est donc clair que le langage par lequel im physicien exprime les résultats de ses expériences

242 lâ structure de la théorie physique

n'est pas un langage technique semblable à celui qu'emploient les divers arts et les divers métiers ; il ressemble au langage technique en ce que Tinitié le peut traduire en faits ; mais il en diffère en ce qu'une phrase donnée d'un langage technique exprime une opération déterminée accomplie sur des objets concrets bien définis, tandis qu'une phrase du langage physique peut se traduire en faits d'une infinité de manières différentes.

A ceux qui insistent, avec M. Le Roy, sur la part considérable de l'interprétation théorique dans l'énoncé d'un fait d'expérience, M. H. Poincaré (1) a opposé l'opinion même que nous combattons en ce moment ; selon lui, la théorie physique serait un simple vocabulaire permettant de traduire les faits concrets en une langue conventionnelle simple et commode. « Le fait scientifique, dit-il (2), n'est que le fait brut énoncé dans un langage commode. » Et encore (3) : « Tout ce que crée le savant dans un fait, c'est le langage dans lequel il l'énonce. »

« Quand j'observe un galvanomètre (4), si je demande à un visiteur ignorant : le courant passe-t-il? il va regarder le fil pour tâcher d'y voir passer quelque chose. Mais si je pose la même question à mon aide qui comprend ma langue, il saura que cela veut dire : le spot (3) se déplace-t-il ? et il regardera sur l'échelle. «

(1) H. PoixcAHii : Sur la valeur objective des théories physiques (lievue de Métaphysique et de Morale, 10" année, 1902, p. 263). [±) F!. PoiNCAB* : Loc. cit., p. 272.

(3) H. Poincaré : Loc, cit., p. 2T3.

(4) H. PoiKCAHÉ : Loc. cit., p. 270.

(5) On nomme ainsi la tache lumineuse qu'un miroir, fixé à Taimant du fçalvanomètre, renvoie sur une règle divisée transparente.

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« Quelle différence y a-t-il alors entre l'énoncé d'un fait brut et Ténoncé d'un fait scientifique? Il y a la même différence qu'entre Ténoncé d'un fait brut dans la langue française et Ténoncé du même fait dans la langue allemande. L'énoncé scientifique est la traduction de l'énoncé brut dans un langage qui se distingue surtout du français vulgaire ou de l'allemand vulgaire, parce qu'il est parlé par un bien moins grand nouibre de personnes. »

Il n'est pas exact que ces mots : « Le courant passe » soient une simple manière conventionnelle d'exprimer ce fait : Le barreau aimanté de tel galvanomètre est dévié. En effet, à cette question : « Le courant passe-t-il? » mon aide pourra fort bien répondre : « Le courant passe, et cependant l'aimant n'est pas dévié ; le galvanomètre présente quelque défaut. >/ Pourquoi, malgré l'absence d'indication du galvanomètre, affirme-t-il que le courant passe ? Parce qu'il a constaté qu'en un voltamètre, placé sur le même circuit que le galvanomètre, des bulles de gaz se dégageaient ; ou bien qu'une lampe à incandescence, intercalée sur le môme fil, brillait; ou bien qu'une bobine sur laquelle ce fil est enroulé s'échauffait; ou bien qu'une rupture du conducteur était accompagnée d'étincelles; et parce qu'en. vertu des théories admises chacun de ces faits doit, lui aussi, comme la déviation du galvanomètre, se traduire par ces mots : « Le courant passe. » Cet assemblage de mots n'exprime donc pas, en un langage technique et conventionnel, un certain fait concret; formule symbolique, il n'a aucun sens pour celui qui ignore les théories physiques; mais, pour celui qui connaît ces théories, il peut se traduire en

faits concrets d'une infinité de manières différentes, parce que tous ces faits disparates admettent la même interprétation théorique.

M. H. Poincaré sait (1) que Ton peut faire cette objection à la doctrine qu'il soutient ; voici comment il Texpose (2) et comment il y répond :

« N'allons pas trop vite, cependant. Pour mesurer un courant, je puis me servir d'un très grand nombre de types de galvanomètres oU encore d'un électrodynamomètre. Et alors quand je dirai : il règne dans ce circuit un courant de tant d'ampères, cela voudra dire : si j'adapte à ce circuit tel galvanomètre, je verrai le spot venir à la division a ; mais cela voudra dire également : si j'adapte à ce circuit tel électrodynamomètre, je verrai le spot venir à la division b. Et cela voudra dire encore beaucoup d'autres choses, car le courant peut se manifester non seulement par des effets mécaniques, mais par des effets chimiques, thermiques, lumineux, etc. »

« Voilà donc un énoncé qui convient à un très grand nombre de faits bruts absolument différents. Pourquoi? C'est parce que j'admets une loi d'après laquelle toutes les fois que tel effet mécanique se produira, tel effet chimique se produira de son côté. Des expériences antérieures très nombreuses ne m'ont jamais montré cette loi en défaut, et alors je me suis rendu

(1) ]] ny a dailleurs pas lieu de s'en étonner si Ton observe que la doctrine précédente a été publiée par nous, en des termes presque identiques, dès 189i, tandis que l'article de M. Poincaré a paru en 1902 ; en comparant nos deux articles, on pourra se convaincre qu en ce passage M. H. Poincaré combat notre manière de voir tout autant que celle de M. Le Roy.

(2) Loc, cit., 270.

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compte que je pourrais exprimer par le même énoncé deux faits aussi invariablement liés l'un à l'autre. »

M. H. Poincaré reconnaît donc que ces mots : « Tel fil est traversé par un courant de tant d*ampères » expriment non pas un fait unique, mais une infinité de faits possibles, et cela, en vertu de relations constantes entre diverses lois expérimentales. Mais ces relations ne sont-elles pas précisément ce que tout le monde appelle la théorie du courant électrique? C'est parce que cette théorie est supposée construite que ces mots : « Il passe dans ce fil un courant de tant d'ampères » peuvent condenser tant de significations distinctes. Le rôle du savant ne s'est donc pas borné à créer un langage clair et concis pour exprimer les faits concrets ; ou, plutôt, la création de ce langage supposait la création de la théorie physique.

Entre un symbole abstrait et un fait concret, il peut y avoir correspondance, il ne peut y avoir entière parité ; le symbole abstrait ne peut être la représentation adéquate du fait concret, le fait concret ne peut être l'exacte réalisation du symbole abstrait ; la formule abstraite et symbolique par laquelle un physicien exprime les faits concrets qu'il a constatés au cours d'une expérience ne peut être lexact équivalent, la relation fidèle de ces constatations.

Cette disparité entre le fait pratique, réellement observé, et le fait théorique y c'est-à-dire la formule symbolique et abstraite énoncée par le physicien, s'est manifestée à nous par cela que des faits concrets très différents peuvent se fondre les uns dans les autres lorsqu'ils sont interprétés par la théorie, ne plus constituer qu'une même expérience et s'exprimer

par un énoncé symbolique unique : A un même fait théorique peuvent correspondre une infinité de faits pratiques distincts.

Cette même disparité se traduit encore à nos yeux par cette autre conséquence : A un même fait pratique peuve7it correspondre une infinité de faits théoriques logiqueynent incompatibles ; à un même ensemble de faits concrets, on peut faire correspondre, en général, non pas un seul jugement symbolique, mais une infinité de jugements différents les uns des autres et qui, logiquement, se contredisent i*un Tautre.

Un expérimentateur a fait certaines observations ; il les a traduites par cet énoncé : Une augmentation de pression de 100 atmosphères fait croître la force électromotrice de telle pile à gaz de 0'<>^S0845 ; il aurait pu dire tout aussi légitimement que cette augmentation de pression fait croître cette force électromotrice de O^'^^'-jOSii ou encore qu'elle la fait croître de 0*®'^,0846. Comment ces diverses propositions peuvent-elles être équivalentes pour le physicien? Car, pour le mathématicien, elles se contredisent Tune l'autre; si un nombre est 845, il n'est et ne peut être ni 844, ni 846.

Voici ce que lé physicien entend affirmer en déclarant que ces trois jugements sont identiques à ses yeux : Acceptant la valeur O''® '■,0843 pour diminution de la force électromotrice, il calcule, au moyen de théories admises, la déviation qu'éprouvera Taiguille de son galvanomètre lorsqu'il lancera dans l'instrument le courant fourni par cette pile ; c'est là, en effet, le phénomène que ses sens devront observer ; il trouve que cette déviation prendra une certaine valeur.