1.3 : Les lois de la nature

Au fil des siècles, les scientifiques ont extrait diverses lois scientifiques à partir d'innombrables observations, hypothèses et expériences. Ces lois scientifiques sont, en quelque sorte, les « règles » du jeu que joue la nature. Une découverte remarquable sur la nature, qui sous-tend tout ce que vous allez lire dans ce texte, est que les mêmes lois s'appliquent partout dans l'univers. Les règles qui déterminent le mouvement des étoiles si loin que votre œil ne peut pas les voir sont les mêmes que celles qui déterminent l'arc d'une balle de baseball après qu'un frappeur l'ait frappée hors du parc.

Notez que sans l'existence de telles lois universelles, nous ne pourrions pas faire beaucoup de progrès en astronomie. Si chaque poche de l'univers avait des règles différentes, nous aurions peu de chance d'interpréter ce qui se passe dans d'autres « quartiers ». Mais la cohérence des lois de la nature nous donne un énorme pouvoir pour comprendre des objets éloignés sans nous déplacer vers eux et sans apprendre les lois locales. De même, si chaque région d'un pays avait des lois complètement différentes, il serait très difficile de faire du commerce ou même de comprendre le comportement des habitants de ces différentes régions. Un ensemble cohérent de lois nous permet cependant d'appliquer ce que nous apprenons ou pratiquons dans un État à n'importe quel autre État.

Cela ne veut pas dire que nos modèles scientifiques et nos lois actuels ne peuvent pas changer. De nouvelles expériences et observations peuvent mener à de nouveaux modèles plus sophistiqués, des modèles qui peuvent inclure de nouveaux phénomènes et de nouvelles lois concernant leur comportement. La théorie générale de la relativité proposée par Albert Einstein est un parfait exemple d'une telle transformation survenue il y a environ un siècle ; elle nous a amenés à prédire, et finalement à observer, une nouvelle classe d'objets étranges que les astronomes appellent trous noirs. Seul le processus patient consistant à observer la nature avec toujours plus de soin et de précision peut démontrer la validité de ces nouveaux modèles scientifiques.

L'un des problèmes importants que pose la description des modèles scientifiques est lié aux limites du langage. Lorsque nous essayons de décrire des phénomènes complexes en termes courants, les mots eux-mêmes peuvent ne pas être adéquats pour faire le travail. Par exemple, vous avez peut-être entendu la structure de l'atome assimilée à un système solaire miniature. Si certains aspects de notre modèle moderne de l'atome nous rappellent les orbites planétaires, de nombreux autres aspects sont fondamentalement différents.

Ce problème est la raison pour laquelle les scientifiques préfèrent souvent décrire leurs modèles à l'aide d'équations plutôt que de mots. Dans ce livre, qui vise à introduire le domaine de l'astronomie, nous utilisons principalement des mots pour discuter de ce que les scientifiques ont appris. Nous évitons les mathématiques complexes, mais si ce cours suscite votre intérêt et que vous poursuivez des études scientifiques, de plus en plus de vos études porteront sur le langage précis des mathématiques.