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Définition de : LOI, physique

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Article publié par Encyclopaedia Universalis LOI, physique Les limites de la loi e Aussi ne faut-il pas s'étonner que la formulation de lois ait constitué, du xvii e a u xix siècle, la forme canonique d'énonciation des découvertes scientifiques, en tout cas en physique. Longtemps, les lois porteront le nom de leur premier énonciateur – lois de Kepler, de Snell-Descartes, de Newton, de Boyle-Mariotte, de Lambert, de Coulomb, etc. Par-delà la personnalisation du travail scientifique, on peut voir dans cette individualisation une conception démiurgique de la science, où le découvreur s'identifie au créateur, ou tout au moins se révèle son intercesseur : si la loi de Dieu s'appelle aussi loi de Moïse, la loi de la Nature peut bien s'appeler loi de Newton. La laïcisation de l'idéologie dominante comme la démocratisation du pouvoir politique affaibliront l'importance de la notion de loi dans la pratique scientifique. La e dénomination des lois, au cours du xix siècle, se fera d'abord plus abstraite : on parlera de la loi des grands nombres, des lois de la thermodynamique, de l'électromagnétisme, de l'évolution même. Par ailleurs, certaines lois conçues initialement comme fondamentales se révéleront approximatives et de validité limitée.
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LOI, physique

C'est une idée étrange, peu naturelle si l'on ose dire, que celle des « lois de la nature », qui caractérise la science occidentale moderne, à la différence, par exemple, comme Joseph Needham l'a montré, de la tradition scientifique chinoise. La culture romaine, pourtant si légiférante, ne connaît pas non plus une telle idée : chez Lucrèce, il n'est question que de « pactes » ou de « traités » naturels (fœdera naturae). L'idée de loi de la nature est d'origine fondamentalement théologique, et traduit l'influence du contexte culturel judéo-chrétien dans lequel se développe la science occidentale. Le Dieu législateur, qui tend à Moïse les Tables de la Loi morale, ce Dieu que le christianisme hérite du judaïsme, est aussi le créateur du monde, et donc l'auteur des lois qui le régissent. Des lois de Dieu aux lois de la nature, le glissement se fera de lui-même aux débuts de la science moderne, les deux se confondant d'ailleurs dans la conception de Spinoza (Deus, sive Natura). Si le terme loi n'est guère employé par Galilée, il se trouve chez Kepler, et prend toute sa force chez Descartes qui explique, dans une lettre à Mersenne (1630), que Dieu impose librement ses lois à la Nature et les imprime dans nos âmes « ainsi qu'un roi imprimerait ses lois dans le cœur de tous ses sujets, s'il en avait le pouvoir ». Juste retour des choses, au xviiie siècle, c'est la loi scientifique qui fondera la conception proprement juridique de la loi politique, comme on le voit chez Montesquieu, qui écrit dans L'Esprit des lois : « Les lois sont les rapports nécessaires qui dérivent de la nature des choses. »

Les limites de la loi

Aussi ne faut-il pas s'étonner que la formulation de lois ait constitué, du xviie au xixe siècle, la forme canonique d'énonciation des découvertes scientifiques, en tout cas en physique. Longtemps, les lois porteront le nom de leur premier énonciateur – lois de Kepler, de Snell-Descartes, de Newton, de Boyle-Mariotte, de Lambert, de Coulomb, etc. Par-delà la personnalisation du travail scientifique, on peut voir dans cette individualisation une conception démiurgique de la science, où le découvreur s'identifie au créateur, ou tout au moins se révèle son intercesseur : si la loi de Dieu s'appelle aussi loi de Moïse, la loi de la Nature peut bien s'appeler loi de Newton. La laïcisation de l'idéologie dominante comme la démocratisation du pouvoir politique affaibliront l'importance de la notion de loi dans la pratique scientifique. La dénomination des lois, au cours du xixe siècle, se fera d'abord plus abstraite : on parlera de la loi des grands nombres, des lois de la thermodynamique, de l'électromagnétisme, de l'évolution même. Par ailleurs, certaines lois conçues initialement comme fondamentales se révéleront approximatives et de validité limitée. C'est le cas de la loi d'Ohm qui affirme la proportionnalité entre la tension électrique aux bornes d'une résistance et le courant qui la traverse, mais qui ne vaut que pour des conducteurs particuliers ; de même, la loi des gaz parfaits ne vaut qu'approximativement pour des gaz réels et doit être remplacée par des expressions plus compliquées. Le caractère finalement phénoménologique de ces lois infirme leur appellation même.

Mais la critique essentielle que l'on peut adresser à la notion de loi est qu'elle ne donne qu'une idée trop limitée de la structure théorique de la physique. Dans la mesure où une loi énonce une relation particulière entre certaines grandeurs physiques, l'insistance mise sur cet énoncé tend à masquer l'existence d'autres relations connexes, dont seul l'ensemble peut rendre compte de la structure complexe du réseau conceptuel dans le domaine considéré. Aussi, la terminologie tombera en désuétude au cours du xxe siècle ; il semble que la naissance de la théorie quantique ait vu l'un des derniers usages courant du terme pour un énoncé spécifique (loi de Planck, aujourd'hui plus sobrement appelée formule). Les physiciens désormais parlent plus volontiers de théories (de la relativité, des quanta), de principes (principe d'invariance, principe de Pauli) ou simplement de formules (de Lorentz, de Fermi, etc.). Le terme loi reste pourtant utilisé dans certaines expressions visant de grandes catégories théoriques, comme celle de lois de conservation.

Une traque de l'illégalité

Toutefois, malgré son occultation apparente dans le langage, la métaphore légale reste active au cœur de l'entreprise scientifique. Passée du registre juridique au registre policier, elle sous-tend la quête même de la vérité. Car il n'est pas de lois sans violations. Il y a d'ailleurs une véritable homologie entre recherche scientifique et enquête policière. Le chercheur, comme le détective, s'intéresse plus aux infractions qu'au respect des lois ! La routine, policière comme scientifique, est celle de la vérification : papiers en règle, formules vérifiées. Mais le grand jeu est la poursuite des hors-la-loi. Contrairement à ce qu'une conception frileuse de la science laisse trop souvent croire, il n'est pas de plus grande excitation pour le chercheur que de découvrir une exception aux lois admises, une limite de validité des théories acceptées. Le jour où la théorie de la relativité montrera une faille sera temps non de deuil mais de gloire pour le « scientiflic » qui aura réussi à capturer un photon délinquant. C'est donc une traque de l'illégalité qui anime la recherche scientifique. En témoigne le fait que les écarts aux règles jusque-là admises sont souvent qualifiés de violations, avant que d'être réintégrés au sein de nouvelles théories.

Mais la persistance de la métaphore légale fait surgir une redoutable question épistémologique : la contingence reconnue des lois de la société pose par contrecoup la question de la nécessité de celles de la nature. La vitalité de cette métaphore aide aussi à comprendre le sentiment répandu d'une véritable violence exercée par les lois naturelles, à l'instar des lois sociales : pourquoi n'aurions-nous pas « le droit » de nous déplacer plus vite que la lumière, ou de produire de l'énergie ex nihilo ? Le mouvement de rébellion que peuvent inspirer les contraintes des énoncés scientifiques mérite d'être mieux pris en compte par les producteurs et les médiateurs de la science dans leurs relations avec les profanes, et devrait les amener à s'interroger sur la signification profonde de la forme juridique, normative et légiférante, que revêt encore trop souvent la connaissance scientifique.

Auteur: Jean-Marc LÉVY-LEBLOND
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