L’esprit critique ne prend pas de vacances ! Abonnez-vous à Books !

La physique fondamentale en panne

Pas la moindre découverte majeure en physique fondamentale depuis des décennies. La faute à des théories élégantes mais invérifiables.

« J'invente de nouvelles lois de la nature ; ­voilà comment je gagne ma vie. » C’est par cette phrase que commence un livre ardent et désespéré qui parle d’une crise profonde. Une crise qui est à la fois celle de la science et celle de l’auteure, la physicienne ­Sabine Hossenfelder. « Depuis une trentaine d’années, la physique fondamentale stagne », constate-t-elle. Cette absence de nouvelles découvertes prouve, selon elle, que quelque chose ne tourne pas rond. Beaucoup de physiciens, explique Hossenfelder, ont délaissé la ­démarche scientifique. Ils veulent de belles théories, élégantes et ­symétriques. Or l’Univers est laid, et, si nous voulons le comprendre, il nous faut l’accepter. Pourquoi les physiciens n’y parviennent-ils plus ? Comment la beauté s’est-elle glissée dans la très rationnelle physique ? En fait, elle y a toujours été tapie. La science se fonde sur l’expérimentation et l’observation. Mais les modèles ne doivent pas seulement être expérimentalement vérifiables, ils doivent aussi être beaux. Beaux par leur simplicité, par exemple : si deux théories rivales décrivent aussi bien l’une que l’autre les mêmes observations, les chercheurs privilégient celle qui se fonde sur le moins d’axiomes. Une telle règle semble sensée. D’autres, en revanche, nous parais­sent aujourd’hui ridicules : lorsque le mathématicien et astro­nome allemand Johannes Kepler démontra que les planètes décri­vaient des ellipses autour du ­Soleil, beaucoup de ses collègues trouvèrent cela hideux. Ils persistèrent dans l’idée de cercles pour des raisons esthétiques. Les planètes, disaient-ils, se déplacent sur une orbite circulaire autour du Soleil et, dans le même temps, décrivent de petits cercles autour de leur propre orbite. Ce double mouvement circulaire appelé épicycle est resté dans l’histoire des sciences comme une tentative maladroite pour faire concorder un modèle erroné,
mais élégant, avec les observations. Lorsqu’elle a commencé ses études il y a vingt ans, Hossenfelder pensait que des idées aussi bizarres n’étaient plus de mise en physique. Elle se trompait. Car cette vieille science est confrontée à un problème nouveau : le manque d’expériences et d’observations. Si Newton pouvait se contenter de la pomme qui lui était tombée sur la tête, les physiciens actuels ont besoin de gigantesques instruments pour espérer découvrir quelque chose de nouveau. Voilà pourquoi la beauté d’une théorie est redevenue un critère. Les expé­riences dans les accélérateurs de particules étant coûteuses, les physiciens ne peuvent pas tester tous leurs modèles : ils choisissent les plus beaux. Sabine Hossenfelder s’est soudain sentie très seule. « Il fallait que quelqu’un m’ôte le soupçon que les physiciens s’accrochent collectivement à des idées folles et sont incapables d’admettre que leur démarche n’est pas scientifique. » Elle est donc allée échanger avec des physiciens du monde entier à propos de science et de beauté. Certains de ses confrères s’enthou­siasment pour des questions que Hossenfelder trouve sans intérêt. Par exemple, pourquoi le boson de Higgs est-il 250 000 fois plus lourd qu’un électron ? De nombreux physiciens jugent ce rapport de grandeur laid, leur critère esthé­tique préféré étant la « naturalité » : tous les paramètres d’une théorie doivent être à peu près du même ordre de grandeur, aucun ne doit être 100 000 fois plus ­petit ou 1 000 milliards de fois plus grand qu’un autre. Les interactions élémentaires de la physique sont aussi scandaleuses à leurs yeux : une interaction, la gravitation, est beaucoup plus faible que les autres. Et ils ne trouvent pas ça beau. Qui cela intéresse-t-il que nous trouvions ça beau ou pas ? s’interroge Sabine Hossenfelder. Pour elle, la naturalité est ce que la circularité était sans doute pour Kepler : une « idée délirante » de ses collègues. À quel point la nature est-elle laide ? À quel point le monde est-il le fruit du hasard ? La physicienne aborde ces questions philosophiques dans son livre. Mais elle ne s’en remet pas aux philosophes : elle insiste sur l’expérimentation et l’observation. Aucune expérience, explique-t-elle, ne confirme à ce jour les nouvelles et belles théories naturelles. Les instituts de recherche peuplés d’éminents spécialistes de la physique fondamentale se tromperaient donc tous ? Et elle serait la seule à s’en être aperçue ? En fait, Sabine Hossenfelder n’est plus tout à fait seule. Elle a rencontré d’autres physiciens qui doutent eux aussi. Nima Arkani-Hamed, de l’Institut de recherches avancées (IAS), à Princeton, lui a raconté avoir « abandonné la beauté naturelle au profit d’une nouvelle théorie ». Résultat : il s’est fait « carrément huer lors de conférences ». « En constatant que ma discipline était en crise, écrit l’auteure, j’ai moi-même sombré dans une crise. Je ne saurais plus dire si ce que nous faisons en physique fondamentale est de la science. Et si ça ne l’est pas, pourquoi perdre mon temps ? » Chez ­Sabine Hossenfelder, le doute s’est mué en déses­poir. Son activité, la physique théorique, est particulière. Mais son désarroi est partagé. C’est celui qu’éprouvent aujourd’hui beaucoup de producteurs de savoir : à quoi tout cela mène-t-il ? De même qu’il arrive au cours d’une expérience scientifique qu’on découvre quelque chose qu’on ne cherchait pas, le livre de Hossenfelder ne traite pas seulement des problèmes de la physique. Il traite aussi des problèmes d’un monde où l’on aspire à la beauté parce qu’on ne sait pas trop où l’on va.   — Cet article est paru dans Die Zeit le 21 novembre 2018. Il a été traduit par Baptiste Touverey.
LE LIVRE
LE LIVRE

Lost in maths. Comment la beauté mène la physique au désastre de Sabine Hossenfelder, Les Belles Lettres, 2019

SUR LE MÊME THÈME

Sciences Le cerveau et la loi sur la burqa
Sciences Les métamorphoses de l’homme électrique
Sciences Sur la rentabilité de la science

Aussi dans
ce numéro de Books

Booksletter,
c'est gratuit !

Retrouvez gratuitement la Booksletter
chaque samedi matin dans votre boîte email.