L'empirisme modal

Je publie en avant première le texte de ma présentation au congrès de la société de philosophie des sciences qui se tiendra à Lausanne la semaine prochaine. Il s'agit en fait d'un résumé très succinct (20 minutes) de la partie principale de ma thèse. Les diapositives sont ici. Les titres correspondent aux changements de diapositives.

Bonjour à tous. Dans cette présentation je souhaite défendre une position particulière concernant le rapport entre nos théories scientifiques et la réalité, que j'appelle l'empirisme modal.

Pour situer le cadre de la discussion, on distingue plusieurs positions concernant le statut des théories scientifiques :

• le réalisme scientifique, qui affirme que nos théories sont vraies, et que c'est ce qui explique leur succès empirique
• l'empirisme, qui affirme que toute connaissance provient de l'expérience.

Ces deux positions ne sont pas à strictement parler contradictoire, mais l'empirisme amène généralement une certaine suspicion à l'égard du contenu des théories qui va au-delà de l'expérience, et en particulier,

• les objets ou propriétés inobservables postulés par les théories
• l'idée qu'il y aurait une nécessité dans la nature, associée aux lois de la théorie

Selon des empiristes contemporains comme van Fraassen, nous ne sommes pas en position de savoir si nos théories sont vraies : tout ce que nous pouvons savoir, c'est qu'elles sont empiriquement adéquates, qu'elles « sauvent les phénomènes ». Le but des théories est de synthétiser les régularités dans nos observations, c'est tout ce qu'elles font, et leur succès empirique ne demande pas d'explication particulière.

Comme je vous l'annonçais, je vais défendre aujourd'hui un empirisme modal, c'est à dire une position empiriste qui accepte qu'il existe quelque chose comme de la nécessité dans la nature. En fait pour être plus précis, je vais défendre l'idée que l'adéquation empirique d'une théorie, vers lequel l'empiriste s'engage, devrait être compris en terme de nécessité : une théorie est empiriquement adéquate si elle sauve tous les phénomènes possibles.

Pour défendre cette position, il faut d'abord savoir ce qu'on entend exactement par « adéquation empirique d'une théorie ». Mais avant ça, on peut se demander : qu'est-ce qu'une théorie scientifique ?

Qu'est-ce qu'une théorie ?

Je propose de comprendre les théories scientifiques comme suit, en prenant comme cas paradigmatique les théories de la physique. Une théorie, c'est :

• Un vocabulaire théorique (par exemple électron ou spin), un formalisme mathématique, et des lois exprimées à l'aide de ce formalisme
• Ces éléments permettent de construire des modèles, qui sont des structures mathématiques destinées à représenter des situations concrètes, des domaines de la réalité. Par exemple, un modèle du système solaire dans la physique de Newton.
• Les modèles sont mis en correspondance avec des situations concrètes, par exemple on va associer certaines propriétés du modèle à des instruments de mesure, et on va comparer nos observations expérimentales et les prédictions du modèle.

Alors c'est une façon un peu schématique de concevoir les théories. Il y a beaucoup de complications à chaque étape, comme des idéalisations, un savoir faire expérimental ou des techniques mathématiques etc., mais on va les ignorer ici. L'aspect important qu'il faut retenir, c'est qu'en général, une théorie scientifique ne décrit pas l'univers dans son ensemble. Elle s'applique plutôt à des situations particulières par l'intermédiaire de modèles qui représentent ces situations. Il faut distinguer les faits scientifiques, qui consistent à affirmer que certains modèles représentent certains domaine de la réalité, et la théorie elle-même, qui ne décrit rien, mais qui est plutôt un cadre permettant d'exprimer des faits.

Qu'est-ce que l'adéquation empirique ?

Maintenant qu'on voit mieux ce qu'est une théorie, on peut se demander : qu'est-ce que l'adéquation empirique ? Traditionnellement, on conçoit l'adéquation empirique en terme d'un hypothétique modèle de l'univers dont le contenu empirique correspondrait à tous les phénomènes observables de l'univers, qu'ils soient passés, présents ou futurs, et qu'ils soient effectivement observés ou non. C'est ainsi que van Fraassen conçoit l'adéquation empirique par exemple.

A mon avis cette conception traditionnelle pose plusieurs problèmes. D'abord, elle demande de distinguer ce qui est observable ou inobservable, pour pouvoir spécifier ce qu'est le contenu empirique d'un modèle, mais cette distinction est problématique. Les théories elles-mêmes ne proposent pas ce type de distinction, et on peut se demander si ce qu'on voit à travers une vitre, des lunettes, une loupe ou un microscope est toujours observable, et à partir de quand il s'agit de propriétés inobservables.

Un autre problème est que la notion d'observable semble apparemment modale : ce qui est observable, c'est ce qu'on aurait pu observer. Mais puisque l'empiriste est généralement suspicieux à l'égard des énoncés modaux, de tout ce qui relève du possible et du nécessaire, on peut se demander ce qu'il veut dire par là.

Un troisième problème est qu'on semble cantonner le scientifique à une position de spectateur : ce qui compte, ce sont nos observations. Mais ça semble irréaliste. Généralement quand on applique un modèle théorique à une situation expérimental, les ajustements vont dans les deux sens : on intervient pour créer la situation qui correspond au modèle autant qu'on observe le résultat. Mais cette conception de l'adéquation empirique ne rend pas compte de l'intervention.

Enfin un dernier problème est que cette façon de voir les choses semble abstraite et déconnectée de la pratique. En général, on peut savoir qu'une théorie est empiriquement adéquate sans avoir besoin de construire un modèle de l'univers. On serait d'ailleurs bien en mal de construire un tel modèle. Quand on fait une expérience, on ne note pas forcément la date et le lieu précis de l'expérience pour la situer dans l'univers : ce qui compte, c'est que le résultat correspond aux prédictions, mais peu importe le lieu et le moment de l'expérience.

L'adéquation empirique comme succès prédictif des modèles

Pour toutes ces raisons, il me semble que ce n'est pas la bonne façon de comprendre l'adéquation empirique, et qu'on devrait trouver une autre façon, plus proche de la pratique. Je propose de comprendre l'adéquation empirique en termes de succès prédictif des modèles de la théorie. Une théorie est empiriquement adéquate, si et seulement si :

• quel que soit le modèle de la théorie,
• quelle que soit la situation à laquelle ce modèle serait applicable,
• les prédictions du modèle seraient correctes.

A mon avis cette façon de concevoir l'adéquation empirique a plusieurs avantages sur la conception traditionnelle. Elle ne suppose pas de distinction entre observable et inobservable, on fait seulement référence aux notions d'application et de prédiction, qui relèvent de la pratique expérimentale. On peut donc tenir compte de l'aspect interventionniste de l'expérimentation. Enfin on évite d'avoir recours à un hypothétique modèle de l'univers que personne ne connaît vraiment, et donc on reste proche de la pratique. Mais on peut conserver l'idée que la théorie n'est pas seulement empiriquement adéquate quand on l'applique, mais partout dans l'univers, c'est à dire partout où on pourrait en principe l'appliquer.

Différentes formes d'empirisme

Un autre avantage de cette façon de voir l'adéquation empirique, c'est qu'elle nous permet de concevoir différentes formes d'empirisme, suivant le domaine des situations auxquelles on s'intéresse. Est-ce qu'on s'intéresse :

• aux situations dont on a fait l'expérience jusqu'à présent ?
• Aux situations dont on a fait ou dont on fera l'expérience ?
• A toutes les situations passés, présentes et futurs de l'univers dont on pourrait en principe faire l'expérience, même si elles sont par exemple trop éloignées pour être observées ?
• Ou enfin à toutes les situations qui pourraient se produire dans l'univers, même si elles ne se produisent pas ?

A chaque domaine de situations correspondent différentes versions d'empirisme. Je peux donc maintenant définir l'empirisme modal, qui est la position que je vais défendre : selon l'empirisme modale, nos théories sont empiriquement adéquates pour toutes les situations possibles, c'est à dire que quelle que soit une situation qui aurait pu se produire dans l'univers, où qu'on aurait pu produire par nos interventions, si un modèle de la théorie était applicable à cette situation, il aurait fait de bonnes prédictions.

On peut comprendre l'empirisme modal de manière intuitive de cette manière : imaginons que je lâche un objet. Je peux dire que la théorie gravitationnelle de Newton est empiriquement adéquate si elle décrit correctement la trajectoire de cette objet. Mais est-ce que la théorie de Newton aurait fait de bonnes prédictions si j'avais lâché l'objet un peu plus tôt ? Selon l'empirisme modal, la réponse est oui, la théorie aurait fait de bonnes prédictions.

Notez qu'on parle bien de possibilités physiques. Il est bien sûr concevable que la théorie n'ait pas fait de bonnes prédictions et que l'objet se soit mis à partir vers le haut, mais ce n'est pas une situation physiquement possible. L'empirisme modal est donc engagé envers l'idée qu'il y ait de la nécessité dans la nature. Mais à la différence d'un réalisme, nous n'affirmons pas que nos théories sont vraies, qu'elle décrive correctement la nature de la réalité, on affirme seulement qu'elles sont empiriquement adéquates.

On voit que l'empirisme modal résout le dernier problème qui se posait aux conceptions traditionnelles d'empirisme : celles-ci affirment qu'une théorie est empiriquement adéquate pour tous les phénomènes observables de l'univers, c'est à dire les phénomènes qu'on aurait pu observé, même si on ne l'a pas fait par exemple parce qu'ils sont trop éloignés. Cette façon de voir est difficilement compréhensible si l'on est sceptique à propos des modalités, de ce qui serait possible, mais elle ne pose aucun problème à l'empirisme modal. L'idée, finalement, c'est de ne pas distinguer les situations qu'on aurait pu observé, même si on ne l'a pas fait parce qu'elles sont trop éloignées, des situations qu'on aurait pu produire.

Les arguments réalistes

Alors pourquoi être empiriste modal ? Et bien je pense que c'est une position qui peut répondre à la plupart des arguments du débat entre réalisme et empirisme.

Commençons par les arguments réalistes. Le principal argument réaliste est ce qu'on appelle l'argument du miracle. L'idée est la suivante : si nos théories se contentaient de synthétiser les régularités déjà connues, rien n'expliquerait qu'elles fassent de nouvelles prédictions, y compris quand on les applique au-delà du domaine déjà connu : ce serait un miracle. Le réalisme serait la seule explication à ce succès. Or c'est un fait que nos théories scientifiques continuent de faire des bonnes prédictions quand on les applique à de nouveaux domaines. Par exemple, la théorie de la relativité a correctement prédit la déviation de la lumière par les corps massifs comme le soleil, alors que ça n'avait jamais été observé avant.

Mais si on reprend notre définition de l'adéquation empirique, on voit que ce succès n'a rien d'un miracle : en effet une théorie est empiriquement adéquate si tous ses modèles prédisent avec succès pour toutes les situations. Pour savoir qu'une théorie est empiriquement adéquate, il faut donc de produire un raisonnement inductif, qui s'applique non seulement aux situations d'un certains types (ce qui permet de rendre compte des régularités déjà connues), mais aussi aux modèles, c'est à dire aux différents types de situations. Etant donné que la théorie fait de bonnes prédictions pour des types de situation suffisamment variés, on en infère qu'elle fait de bonnes prédictions pour tous les types de situations. Si la physique classique nous permet de construire des ponts à trois piliers, elle nous permettra aussi de construire des ponts à 4 ou 5 piliers, ou en utilisant de nouveaux matériaux. Les nouvelles prédictions que met en avant la théorie correspondent à des modèles de la théorie, à de nouveaux types de situations, et donc si l'adéquation empirique demande de faire une induction sur les modèles, il n'y a pas besoin d'explication pour le succès de ces nouvelles prédictions.

Un deuxième argument, qui est plutôt un argument contre l'empirisme, est qu'il faut pouvoir rendre compte du discours scientifique, notamment le discours causal, et de la capacité des théories à produire des explications aux phénomènes. Il semble que les théories scientifiques n'ont pas seulement pour but de prédire, mais aussi d'expliquer. Le problème est que les explications ont souvent recours à des énoncés modaux : par exemple, on expliquera un incendie par le fait qu'il y ait eu une étincelle en affirmant « s'il n'y avait pas eu d'étincelle, il n'y aurait pas eu d'incendie ». On parle d'une situation possible qui n'a pas eu lieu. C'est peut-être un problème pour l'empiriste traditionnel de comprendre comment nos théories peuvent servir de support à des énoncés modaux, mais ce n'est pas un problème pour l'empiriste modal, puisqu'il accepte que ces énoncés modaux peuvent avoir une valeur de vérité. En effet, la situation pour laquelle il n'y a pas eu d'étincelle est une situation possible, et si la théorie est empiriquement adéquate, alors il n'y aurait pas eu d'incendie dans cette situation.

On voit que l'empirisme modal nous rapproche du réalisme. Mais on pourrait craindre qu'il devienne du coup victime des arguments contre le réalisme, et notamment de l'argument de la méta-induction pessimiste. C'est un argument qui est basé sur le changement théorique : la plupart de nos théories passées, même quand elles faisaient de nouvelles prédictions, ont finalement été abandonnées. On ne considère plus qu'elles sont vraies. Pourquoi n'en irait-il pas de même de nos théories actuelles ?

Si on transpose cet argument à l'empirisme modal, c'est en fait l'induction sur les modèles qui est menacée : la plupart des anciennes théories ont fini par ne plus être empiriquement adéquates quand on a étendu leur domaine d'application à de nouveaux types de situations. La théorie de Newton est incapable de faire de bonnes prédictions quand on l'applique à des trous noirs par exemple. Pourquoi n'en irait-il pas de même de nos théories actuelles ?

Je pense qu'il s'agit en effet d'un bon argument, mais il n'est pas si problématique appliqué à l'empirisme. Le problème pour le réaliste est qu'une théorie est vraie ou fausse : on ne peut pas dire qu'elle est vraie dans un domaine et fausse dans un autre, qu'il y aurait des forces de gravitation dans le système solaire, mais pas dans un trou noir. La théorie de Newton est purement et simplement fausse. Mais une théorie peut très bien être empiriquement adéquate dans un certain domaine, pas dans un autre, et approximativement adéquate dans des domaines limites. On peut donc affirmer sans problème que nos théories sont empiriquement adéquates pour un domaine d'expérience suffisamment large, qui trouvera sans doute ses limites, et nos anciennes théories sont toujours empiriquement adéquates dans leur domaine d'application.

Le scepticisme à propos des modalités

L'empirisme modal est donc en bonne position par rapport au réalisme. Il reste à voir comment il se comporte par rapport aux autres formes d'empirisme.

La principale différence est que l'empirisme modal accepte l'idée qu'il y ait une nécessité dans la nature, tandis que les empiristes traditionnels rejettent cette idée. Ils invoquent pour ça plusieurs arguments.

Un premier argument qu'on doit à Hume est que les rapports de nécessité ne nous sont pas donnés dans l'expérience. Pourquoi alors croire qu'il existe de telles choses ? Cependant, si l'on conçoit la nécessité comme ce qui est vrai dans toutes les situations possibles, il n'y a pas besoin de croire en une mystérieuse faculté de l'esprit pour comprendre qu'on puisse connaître les rapports de nécessité, pas plus que pour connaître des régularités : il s'agit simplement de rapports connus par induction sur les situations possibles. En testant notre théorie sur un nombre suffisamment varié de situations possibles, on en infère qu'elles prédisent avec succès pour toutes les situations possibles. On pourra rétorquer qu'une fois qu'on fait l'expérience d'une situation, ce n'est pas une situation simplement possible, mais actuelle. Mais ce n'est pas plus un problème que pour l'empiriste traditionnelle, qui effectue une induction sur toutes les situations observables : une fois qu'on en a fait l'expérience, ce n'est plus une situation simplement observable, mais observé. C'est tout simplement le principe de l'induction que d'étendre nos observations particulières à un domaine plus large. Ici nous l'étendons à toutes les situations possibles.

Un autre argument contre l'idée qu'il y ait une nécessité dans la nature, si l'on comprend la nécessité comme ce qui est vrai dans tous les mondes possibles, est qu'on ne peut observer les autres mondes possibles : ils sont causalement déconnectés du nôtre. Nous n'avons pas de « microscope modal » pour observer ces autres mondes possibles. Mais si l'on pense en terme de situations possibles plutôt que de mondes possibles, le problème ne se pose pas vraiment. On dispose évidemment d'un microscope modal pour observer les situations possibles qu'on souhaite : il suffit de les créer par nos interventions. On peut comprendre alors pourquoi les scientifiques, quand ils font des expériences, essaient de créer des situations artificielles, de contrôler les paramètres de l'expérience en les faisant varier : il s'agit de procéder à une induction sur toutes les situations possibles d'un certain type, et c'est ce type d'interventions qui permet de dégager des rapports causaux ou des lois de nécessité. Le but des scientifiques n'est pas simplement de rendre compte de ce qui se produit naturellement, mais de savoir ce qu'il se passe dans tous les cas possibles.

Enfin il est naturel de penser qu'une induction sur les modèles, dont on a besoin suivant notre définition de l'adéquation empirique, est une induction vers la nécessité. En effet, comment pourrions nous procéder à une induction sur les modèles de la théorie qui s'appliquent dans l'univers uniquement, alors que nous ne savons pas quels sont les modèles qui s'appliquent ou non dans l'univers ? Nous ne savons pas quelles situations sont actualisées dans les galaxies lointaines. La seule induction que nous pouvons faire est une induction sur tous les modèles, qu'ils s'appliquent dans le monde actuel ou non, c'est à dire une induction sur tous les types de situations possibles, et c'est donc une inférence vers la nécessité.

Inflation métaphysique et sous-détermination

Si les empiristes sont généralement suspicieux à l'égard de la nécessité, c'est parce qu'elle relève selon eux de « l'inflation métaphysique » : on postule des choses inobservables pour expliquer les phénomènes. On postule de la nécessité pour expliquer les régularités. On pourrait exprimer cette idée d'inflation métaphysique par un argument de sous-détermination : nos postulats, quand ils relèvent de l'inflation métaphysiques, sont invérifiables par l'expérience, et on pourrait aussi bien faire des postulats différents qui rendent compte exactement des mêmes phénomènes.

Est-ce que la nécessité physique relève de l'inflation métaphysique ? Je ne pense pas que ce soit le cas. D'abord, elle n'a pas pour but d'expliquer les régularités, il s'agit seulement d'une régularité étendue à tous les possibles. Ensuite, je pense que les rapports de nécessité ne sont pas sous-déterminés par l'expérience.

Ou pour être précis, on peut distinguer deux types de sous-détermination : une sous-détermination hypothétique, qui consiste à affirmer qu'il pourrait toujours, en principe, exister une autre théorie qui rende compte des mêmes phénomènes, et une sous-détermination stricte, qui consiste à affirmer que nous pourrions nous trouver avec deux théories différentes, et que rien, aucune expérience, ne pourrait permettre de départager ces deux théories.

La sous-détermination hypothétique menace en fait toute forme d'induction ou d'empirisme. On peut toujours imaginer que nos théories ne soit pas empiriquement adéquates dans des domaines lointains, ou qu'elles cessent de l'être à l'avenir, et qu'une autre théorie le soit. Mais si nous pouvions connaître cette autre théorie, il nous suffirait de faire une expérience pour savoir laquelle est empiriquement adéquate : si les deux théories font des prédictions différentes dans une certaine situation, il suffit de mettre en œuvre cette situation pour éliminer l'une des deux.

A mon avis seule la sous-détermination stricte permet de distinguer ce qui relève de l'inflation métaphysique. Si aucune expérience possible ne peut nous permettre de départager deux théories, alors en effet, nous n'avons aucun moyen de savoir laquelle est vraie.

Mais la sous-détermination stricte ne concerne pas les rapports de nécessité postulés par nos théories. En effet, si deux théories postulent des rapports de nécessité différents, alors elles font des prédictions différentes pour certaines situations possibles. Et rien ne nous empêche de créer ces situations par intervention expérimentale pour savoir laquelle fait de bonnes prédictions : il n'y a pas sous-détermination stricte. En fait la seule façon d'avoir une sous-détermination stricte serait de savoir exactement quelles sont les situations qui sont instanciées dans tous l'univers, et de savoir que celles pour lesquelles nos théories font des prédictions différentes n'en font pas partie, si bien qu'aucune situation ne peut les départager. Mais c'est évidemment impossible.

Finalement, le seul argument qui reste pour l'empiriste consiste à nier dès le départ qu'il existe quelque chose comme des situations possibles, des choses qui auraient pu se produire ou non, de la nécessité. Mais puisqu'il n'y a pas de sous-détermination, tout ça semble relever du postulat dogmatique. Et on peut faire valoir que les rapports de nécessité sont indispensables pour comprendre la pratique scientifique : le fait qu'on mette en œuvre des situations qui ne se produiraient pas naturellement pour tester nos théories par exemple. Le discours scientifique regorge de modalités, on l'a vu à propos des explications. Pourquoi alors ne pas prendre ce discours au sérieux ?

Les empiristes contemporains comme van Fraassen affirment qu'il faut interpréter littéralement le langage scientifique : quand les scientifiques parlent d'objets inobservables, ils affirment vraiment qu'il y a de tels objets dans le monde. Van Fraassen affirme seulement que nous ne sommes pas en position de savoir si ce qu'ils disent est vrai. Mais alors pourquoi ne pas avoir la même attitude envers le discours modal, et affirmer que les scientifiques parlent vraiment de choses qui auraient pu se produire, au lieu de considérer qu'ils ne parlent de rien de réel ?

On pourrait invoquer un argument de parcimonie : il est inutile de postuler l'existence de situations possibles, c'est moins parcimonieux. Mais remarquons que l'empirisme traditionnel adhère implicitement à l'éternalisme : il parle de phénomènes passés, présents, futurs, observés ou non. L'empirisme modal n'a pas besoin de postuler l'éternalisme : il peut simplement dire que nos théories font de bonnes prédictions pour toutes les situations possibles de manière générale, et il n'est pas certain que ce soit moins parcimonieux que l'éternalisme.

Conclusion : un réalisme pragmatique ?

Voilà, dans cette présentation j'ai défendu plusieurs choses.

• L'idée que l'adéquation empirique est mieux comprise comme succès prédictif des modèles dans des situations variées plutôt qu'en faisant appel à un modèle de l'univers
• Que cette conception s'accorde mieux avec un empirisme modal, suivant lequel nos théories font de bonnes prédictions pour toutes les situations possibles, puisqu'elle nous demande de procéder à une induction sur tous les modèles de la théorie, et qu'on ne sait pas quels sont les modèles qui s'appliquent ou non dans l'univers
• Que l'empirisme modal peut répondre aux principaux arguments du débat entre réalisme et empirisme : l'argument du miracle, le pouvoir explicatif, la méta-induction pessimiste
• Qu'il rend mieux compte de la pratique expérimental, et du rôle des interventions en sciences
• Et enfin que les rapports de nécessité ne relèvent pas de l'inflation métaphysique, puisqu'on peut en principe départager par l'expérience des rapports de nécessité différents.

Pour terminer, on peut se demander en quelle mesure l'empirisme modal se distingue encore d'un réalisme scientifique. Ce dernier affirme que nos théories sont vraies, mais qu'entend-on par vrai ? Si on comprend la vérité comme une correspondance entre nos représentations et le monde, le réalisme est bien distinct de l'empirisme modal (qui n'affirmera pas que les objets théoriques existent forcément). Mais si on adopte une conception pragmatique de la vérité, en affirmant qu'un énoncé est vrai s'il fonctionne dans toutes les situations possibles, alors il n'y a plus vraiment de différence avec l'empirisme modal, et on pourrait donc affirmer que l'empirisme modal est en fait un réalisme pragmatique. Merci de votre attention.