1.2 : La nature de la science

Le juge ultime en science est toujours ce que la nature elle-même révèle sur la base d'observations, d'expériences, de modèles et de tests. La science n'est pas simplement un ensemble de connaissances, mais une méthode qui nous permet de comprendre la nature et son comportement. Cette méthode commence par de nombreuses observations sur une période donnée. À partir des tendances découvertes grâce aux observations, les scientifiques peuvent modéliser les phénomènes particuliers que nous voulons comprendre. Ces modèles sont toujours des approximations de la nature, sous réserve de tests supplémentaires.

À titre d'exemple astronomique concret, les anciens astronomes ont construit un modèle (en partie à partir d'observations et en partie de croyances philosophiques) selon lequel la Terre était le centre de l'univers et que tout se déplaçait autour d'elle sur des orbites circulaires. Au début, les observations disponibles du Soleil, de la Lune et des planètes correspondaient à ce modèle ; toutefois, après d'autres observations, le modèle a dû être mis à jour en ajoutant cercle après cercle pour représenter les mouvements des planètes autour de la Terre au centre. Au fur et à mesure que les siècles passaient et que des instruments améliorés étaient développés pour suivre les objets dans le ciel, l'ancien modèle (même avec un grand nombre de cercles) ne pouvait plus expliquer tous les faits observés. Comme nous le verrons dans le chapitre sur L'observation du ciel : la naissance de l'astronomie, un nouveau modèle, avec le soleil au centre, correspond mieux aux preuves expérimentales. Après une période de lutte philosophique, elle a été acceptée comme notre vision de l'univers.

Lorsqu'ils sont proposés pour la première fois, les nouveaux modèles ou idées sont parfois appelés hypothèses. Vous pensez peut-être qu'il ne peut y avoir de nouvelle hypothèse dans une science telle que l'astronomie, selon laquelle tout ce qui est important a déjà été appris. Rien n'est plus éloigné de la vérité. Tout au long de ce manuel, vous trouverez des discussions sur des hypothèses récentes et parfois encore controversées en astronomie. Par exemple, l'importance des énormes morceaux de roche et de glace qui frappent la Terre pour la vie sur Terre elle-même fait toujours l'objet de débats. Et s'il est prouvé que de grandes quantités d' « énergie noire » invisible constituent la majeure partie de l'univers, les scientifiques n'ont aucune explication convaincante de ce qu'est réellement l'énergie noire. Pour résoudre ces problèmes, il faudra effectuer des observations difficiles à la pointe de notre technologie, et toutes ces hypothèses doivent être testées plus avant de les intégrer pleinement à nos modèles astronomiques standard.

Ce dernier point est crucial : une hypothèse doit être une explication proposée qui peut être testée. L'approche la plus simple de ces tests en science consiste à effectuer une expérience. Si l'expérience est menée correctement, ses résultats concorderont avec les prédictions de l'hypothèse ou la contrediront. Si le résultat expérimental est réellement incompatible avec l'hypothèse, le scientifique doit rejeter l'hypothèse et essayer de développer une alternative. Si le résultat expérimental concorde avec les prédictions, cela ne prouve pas nécessairement que l'hypothèse est absolument correcte ; peut-être que des expériences ultérieures contrediront des parties cruciales de l'hypothèse. Mais plus le nombre d'expériences concordent avec l'hypothèse, plus nous avons de chances de l'accepter comme une description utile de la nature.

Une façon de penser à cela est de considérer un scientifique qui est né et vit sur une île où vivent uniquement des moutons noirs. Jour après jour, le scientifique ne rencontre que des moutons noirs. Il émet donc l'hypothèse que tous les moutons sont noirs. Bien que chaque mouton observé renforce l'hypothèse, le scientifique n'a qu'à se rendre sur le continent et à observer un mouton blanc pour prouver que l'hypothèse est fausse.

Lorsque vous lisez des informations sur les expériences, vous avez probablement l'image mentale d'un scientifique dans un laboratoire qui effectue des tests ou prend des mesures minutieuses. C'est certainement le cas pour un biologiste ou un chimiste, mais que peuvent faire les astronomes lorsque notre laboratoire est l'univers ? Il est impossible de placer un groupe d'étoiles dans un tube à essai ou de commander une autre comète auprès d'une société de fournitures scientifiques.

Par conséquent, l'astronomie est parfois qualifiée de science observationnelle ; nous effectuons souvent nos tests en observant de nombreux échantillons du type d'objet que nous voulons étudier et en notant attentivement les variations des différents échantillons. De nouveaux instruments et de nouvelles technologies peuvent nous permettre d'observer les objets astronomiques sous de nouvelles perspectives et de manière plus détaillée. Nos hypothèses sont ensuite évaluées à la lumière de ces nouvelles informations, et elles sont positives ou non, de la même manière que nous évaluerions le résultat d'une expérience en laboratoire.

Une grande partie de l'astronomie est également une science historique, ce qui signifie que ce que nous observons s'est déjà produit dans l'univers et que nous ne pouvons rien faire pour le changer. De la même manière, un géologue ne peut pas modifier ce qui est arrivé à notre planète, et un paléontologue ne peut pas redonner vie à un ancien animal. Bien que cela puisse rendre l'astronomie difficile, cela nous offre également des opportunités fascinantes de découvrir les secrets de notre passé cosmique.

Vous pourriez comparer un astronome à un détective qui tente de résoudre un crime survenu avant que le détective n'arrive sur les lieux. Il existe de nombreuses preuves, mais le détective et le scientifique doivent passer au crible et organiser les preuves pour tester diverses hypothèses sur ce qui s'est réellement passé. Et il y a une autre façon dont le scientifique ressemble à un détective : ils doivent tous deux prouver leur cause. Le détective doit convaincre le procureur, le juge et peut-être en fin de compte le jury que son hypothèse est correcte. De même, la scientifique doit convaincre ses collègues, les rédacteurs de revues et, en fin de compte, un large éventail d'autres scientifiques que son hypothèse est provisoirement correcte. Dans les deux cas, on ne peut demander des preuves que « au-delà de tout doute raisonnable ». Et parfois, de nouvelles preuves obligent le détective et le scientifique à revoir leur dernière hypothèse.

Cet aspect autocorrecteur de la science la distingue de la plupart des activités humaines. Les scientifiques passent beaucoup de temps à s'interroger et à se remettre en question les uns les autres. C'est pourquoi les demandes de financement de projets, ainsi que les rapports destinés à être publiés dans des revues universitaires, sont soumis à un processus approfondi d'évaluation par les pairs, qui est un examen minutieux par d'autres scientifiques du même domaine. En sciences (après des études et une formation formelles), tout le monde est encouragé à améliorer les expériences et à remettre en question toutes les hypothèses. Les nouveaux scientifiques savent que l'un des meilleurs moyens de faire progresser leur carrière est de découvrir une faiblesse dans notre compréhension actuelle d'une chose et de la corriger par une hypothèse nouvelle ou modifiée.

C'est l'une des raisons pour lesquelles la science a réalisé des progrès aussi spectaculaires. Aujourd'hui, un étudiant de premier cycle en sciences en sait plus sur les sciences et a fait des mathématiques que Sir Isaac Newton, l'un des scientifiques les plus renommés de tous les temps. Même dans ce cours d'introduction à l'astronomie, vous découvrirez des objets et des processus dont personne ne rêvait il y a quelques générations.