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Ex cursus

La philosophie de l’expérience : illustrations de l’ultrafroid

Ian Hacking
p. 195-227

Notes de la rédaction

Il s’agit du texte de la conférence prononcée par Ian Hacking à l’ENS LSH, le 22 novembre 2005. Ian Hacking avait été invité par Tracés, à l’occasion de la parution du n° 9, « Expérimenter ».

Texte intégral

1Je présente ici un exemple contemporain de science « en action » – selon l’expression  de Bruno Latour – pour illustrer certains thèmes importants de la philosophie des sciences. Quelques-unes des questions philosophiques sont familières, quelques-unes peut-être sont nouvelles. Mon propos sera un peu déséquilibré, dans la mesure où je dois consacrer une proportion assez importante de ma présentation à donner certaines explications simples sur une science assez nouvelle et très complexe. La deuxième partie, l’analyse philosophique, ne fait donc qu’esquisser quelques idées et suggestions.

Du contexte physique…

Des expériences sur le plateau d’une table

  • 1  Concevoir et expérimenter, Paris, Christian Bourgeois, 1989. Traduction française de Representing (...)
  • 2  Karl Popper, La Logique de la découverte scientifique, Paris, Payot, 1973, p. 107.
  • 3  Bas van Fraassen, The Scientific Image, Oxford, Clarendon, 1980. Laws and Symmetry, Oxford, Claren (...)
  • 4  Bruno Latour et Steve Woolgar, Laboratory Life : The Social Construction of Scientific Facts, Los (...)

2Dans la deuxième partie de mon livre Concevoir et expérimenter, j’appelais les philosophes des sciences à étudier les expériences scientifiques1. La version originale de ce livre, Representing and Intervening, est parue en 1983, il y a plus de vingt ans. À cette époque tous les grands auteurs répétaient que la science, c’est la théorie. Popper affirmait que « la théorie commande le travail expérimental de sa conception aux derniers maniements en laboratoire ». Il a écrit cela dans la première édition de la Logik der Forschung (1934), et il l’a redit cinquante ans plus tard2. Thomas Kuhn, Bas van Fraassen et d’autres, ont eu la même attitude. Van Fraassen écrivait dans son livre de 1980, L’image scientifique – et il le répète avec constance dans les ouvrages plus récents3 : « L’expérience, c’est la continuation de la théorie par d’autres moyens. » Il n’y avait alors qu’un livre, un seul livre, où l’on trouvait une étude sur le laboratoire : c’est le livre de Bruno Latour et Steve Woolgar, Laboratory Life : The Social Construction of Scientific Facts, publié en anglais en 1979, mais qui n’a été traduit en français qu’en 19884.

  • 5  « Philosophers of Experiment », PSA 1988, Vol. 2 (Evanston, Illinois, 1989), p. 147-155, trad. fr. (...)
  • 6  Steven Shapin et Simon Schaffer, Leviathan and the Air Pump: Hobbes, Boyle and the Experimental Li (...)
  • 7  Peter Galison, Ainsi s’achèvent les expériences. La place des expériences dans la physique du xxe(...)

3Les temps changent. Je suis très heureux que la revue Tracés ait traduit dans un précédent numéro  (Tracés, n° 9, « Expérimenter » ; Hacking I., « Les philosophes de l’expérience », traduit par Marc Lenormand et Anthony Manicki) mon intervention de 1988 à la réunion biennale de la Philosophy of Science Association5. À cette date, on avait déjà des œuvres magistrales d’auteurs tels que Steven Shapin et Simon Shaffer6 Peter Galison7, et cætera. J’ai peu écrit sur la physique et l’expérimentation depuis vingt ans. Je considérais que j’avais dit ce qu’il fallait dire en 1983, et je me suis tourné vers d’autres sujets. Cette année mon intérêt s’est ranimé, après un cours donné au Collège de France par Sandro Stringari, un physicien italien de l’université de Trente. Stringari est un théoricien, mais très proche de l’expérience. Il traitait de la condensation de Bose-Einstein, un sujet qui me fascine. Je dois signaler certaines différences entre mes exemples d’aujourd’hui et ceux de la science qui avait cours à l’époque de la rédaction de Concevoir et expérimenter. La plupart des exemples datant d’avant 1983 relèvent de la big science, la « grande science ». J’habitais près du SLAC, le Stanford Linear Accelerator, et plusieurs de mes proches étaient des physiciens des hautes énergies. Quelques années plus tard, j’ai organisé à Toronto une conférence sur le thème : des expériences sur une table. La « petite » science, si vous voulez. Les expériences que je décrirai aujourd’hui sont vraiment petites.

4Les équipes du SLAC ou du CERN sont énormes. Pour prendre un exemple, à Stanford, je me suis intéressé au projet « Gravity Probe B », commencé depuis bientôt trente ans. Les responsables de ce projet sont en train de mener une expérience réalisée dans un laboratoire spatial, qui vise à mettre à l’épreuve la théorie générale de la relativité. Le physicien qui est à la tête du projet, Francis Everitt, a collaboré à plusieurs sections de Concevoir et expérimenter (qui sont signalées par un « E »). Dans la publicité de GP-B on lit : « Plus de 400 physiciens, plus de 2 100 ingénieurs, des milliers d’étudiants… »

  • 8  Mais plus grandes que les tables décrites par Eric Cornell, quand il a rencontré Carl Wiemann (les (...)

5Voilà le milieu dans lequel je travaillais il y a 25 ans. En comparaison, celui qui m’intéresse aujourd’hui est tout petit. Une équipe travaillant sur les condensats de Bose-Einstein ne comporte généralement pas plus de six personnes : le directeur, deux post-docs, deux doctorants, et un ou deux étudiants de deuxième cycle. Une partie essentielle de l’expérience est conduite littéralement sur une table, une table à laser, mesurant 2 mètres sur trois8. Le piège à atomes et quelques autres appareils sont disposés sur une autre table. Il y a aussi une petite table pour les ordinateurs, quelques papiers, et des tasses de café.

  • 9  Gérard Mourou,  « Ultrahigh-intensity lasers : Physics of the Extreme on the Tabletop », Physics T (...)

6Nous sommes peut-être revenus à l’ère de la table. Le professeur Gérard Mourou est un physicien des lasers qui a travaillé de nombreuses années aux États-Unis et est revenu en France, au Laboratoire d’optique appliquée de Palaiseau. Voici un article qu’il a publié il y a sept ans : « Les lasers à ultra-haute intensité : la physique de l’extrême sur un plateau de table. »9 Le 25 novembre 2005, Gérard Mourou a donné une conférence à l’école normale supérieure de Paris : « Lumière extrême : optique relativiste et ses applications. » Il a parlé d’une « montée spectaculaire de la puissance et de l’intensité des lasers ». Sur une table, on peut produire des champs et des énergies comparables aux énergies obtenues au CERN, pendant un très court laps de temps.

  • 10  Philip Anderson, « More is different. Broken Symmetry and the nature of the hierarchical structure (...)

7Il y a une différence plus profonde entre mon sujet d’aujourd’hui et mes exemples des années passées. Je vais parler de la condensation de Bose-Einstein, qui est liée à la supraconductivité, et qui est liée aussi à la superfluidité, le phénomène qui l’accompagne dans les plus basses températures. Autrement dit, je parlerai essentiellement de ce qu’on appelle aujourd’hui la physique de la matière condensée, et qu’on appelait autrefois la physique des solides. Les physiciens de la matière condensée ont traditionnellement une perspective très différente de celle des physiciens des hautes énergies. En particulier, ces derniers sont généralement « réductionnistes ». Les physiciens dont je parle aujourd’hui ont tendance à avoir une position très différente. Je regrette de ne pas avoir le temps de discuter ici de cet anti-réductionnisme. Sa formulation classique est celle de Philip Anderson : more is different, « Plus est différent »10.

Le vide et le zéro : des indices de la réalité ?

  • 11  Peter W. Milonni, The Quantum Vacuum: An Introduction to Quantum Electrodynamics, Boston, Academic (...)
  • 12  P. C. W. Davies, Superforce,  New York : Simon and Schuster, 1985. Trad. fr. Superforce : recherch (...)

8Une remarque très brève et tout à fait spéculative. Je parle de températures très proches du zéro absolu. Selon l’idée vulgaire, au zéro absolu, les particules n’ont plus d’énergie, elles sont immobiles et rien ne se passe – et le vide est vraiment vide, sans matière, sans énergie, sans rien. En effet, au xviie siècle, dans les débats sur les atomes et le vide, les partisans de la théorie corpusculaire pensaient que le vide était vraiment sans contenu. Descartes, de son côté, en doute. Ce n’est plus le cas depuis le début du xxe siècle. Je cite les deux premières phrases d’un manuel bien connu de Peter Milonni, Le Vide Quantique : « Dans les conceptions contemporaines, il n’y a pas de vide au sens ordinaire d’un paisible néant. À la place, il y a un vide quantique fluctuant. »11 Dans la même page, Milonni cite une remarque de P.  C. Davies adressée au grand public. Davies est un physicien qui a un penchant pour les déclarations extrêmes : « Le vide renferme la clé d’une compréhension complète des forces de la nature. »12

  • 13  « The modern view of the vacuum is closely related to zero-point energy, the energy associated wit (...)

9Milonni ajoute que : « La conception moderne du vide est étroitement liée à l’idée d’énergie du point zéro, l’énergie associée au mouvement persistant même à une température atteignant le zéro absolu, où tout mouvement cesse, dans la vision classique. »13

  • 14  Pierre Hadot, Le Voile d’Isis. Essai sur l’histoire de l’idée de Nature, Gallimard, 2004.

10Je voudrais sauter, pour une minute, de la physique d’aujourd’hui au monde ancien. Pierre Hadot dans un merveilleux livre intitulé Le Voile d’Isis14, retrace l’histoire d’une phrase d’Héraclite que l’on traduit souvent ainsi : « La Nature aime à se voiler. » Le livre est illustré de représentations classiques de la nature – il s’agit toujours d’une femme, souvent Isis, qui se dévoile et révèle ses secrets devant la science. Avec un message sous-jacent : elle se déshabille devant les hommes de science. Pierre Hadot a reproduit les frontispices de plusieurs livres, dont un ouvrage de 1687 publié par Leeuwenhoek, l’inventeur du microscope. Le livre montre aussi une statue célèbre de Louis-Ernest Barrias, La Nature se dévoilant devant la science(1899), conservée au Musée d’Orsay (je l’ai mentionnée dans mon article traduit dans Tracés, n° 9, novembre 2005). C’est une image sexiste ! Pierre Hadot n’a pas reproduit dans son livre la gravure qui orne le revers de la médaille du prix Nobel de physique et de chimie. Elle « représente la nature sous la forme d’une déesse prenant les traits d’Isis émergeant des nuées et tenant dans ses bras une corne d’abondance. Le génie de la science lève le voile qui recouvre son visage ». Modeste allégorie ? Non : sa poitrine est déjà nue.

11On pourrait dire, pour parodier la formule d’Héraclite et celle du physicien Davies : La Nature se cache dans le vide, où son énergie est « zéro ». Quelle cachette !

12J’ai parlé de Gérard Mourou. Le 19 octobre dernier, Le Monde lui consacrait un article intitulé « L’intensité du laser fera jaillir la matière du vide ». L’article cite Mourou :

  • 15  Le Monde, 20 octobre 2005.

« Le vide est mère de toute matière », lance-t-il avec une certaine jubilation. à l’état parfait, « il contient une quantité gigantesque de particules par cm3… et tout autant d’antiparticules ». D’où une somme nulle qui conduit à cette apparente absence de matière que nous nommons…le vide.15

  • 16  Ian Hacking,  « “Style” for historians and philosophers », Studies in History and Philosophy of Sc (...)

13J’ai un programme de recherche philosophique sur ce que j’appelle les « styles de raisonnements ». De ce point de vue, le style du laboratoire est capital. J’ai un faible pour les mythes de l’origine, et j’ai choisi la pompe à air de Robert Boyle comme l’invention qui marque le début de ce style16. J’aime beaucoup l’idée que cette histoire du laboratoire, comme style de pensée, commence par des essais pour produire le vide – où la nature se cache.

14Je n’en dirai pas davantage sur le vide, mais nous sommes très proches du zéro dans les expériences que je vais vous présenter maintenant. À un nanokelvin du zéro absolu. Je dois placer ici, pour mémoire, le tableau suivant :

Le zéro absolu

- 273,15 ° Celsius

0 Kelvin

Un millikelvin

1/1000 d’un degré Celsius au dessus de 0 K

Un microkelvin

1/1 000 000 d’un degré Celsius au dessus 0 K

1µK

Un nanokelvin

1/1 000 000 000 K (109 K)

1nK

15Voici un petit résumé de l’histoire :

161. Les basses températures : en dessous de 4 K.
Il y a un siècle, le physicien néerlandais Kamerlingh Onnes (1853-1926) a produit ces températures au cours de ses recherches sur la liquéfaction de l’hélium. En 1911, il a démontré qu’à ces températures le mercure n’a pas de résistance électrique : il devient supraconducteur.
(En 1986 Bednorz et Müller ont créé des céramiques présentant une supraconductivité dès 150 K, soit -123°C)

172. Température très basse : en dessous de 2,174 K.
Le russe Pyotr Kapitsa (1894-1984) a découvert en 1937 que l’hélium-4 est superfluide à cette température.
Attention : l’atome He-4 est un boson.

183. Froid extrême : en dessous de 0,005 K.
À cette température l’hélium-3, un fermion, devient superfluide. Cette superfluidité est un phénomène presque totalement différent de la superfluidité de He-4.

194. Ultrafroid : vers 1 nanokelvin.
La condensation de Bose-Einstein apparaît dans l’ultrafroid – en 1995.

20BEC = Bose-Einstein Condensation = condensation de Bose-Einstein
ou Bose-Einstein Condensate = condensat de Bose-Einstein.
On dit souvent simplement « condensat de Bose ».

La lumière et la matière agissent l’un sur l’autre

212005 était l’année Einstein, le centenaire de la publication de la théorie de la relativité restreinte – mais aussi de sa thèse sur l’existence des photons, ces « grains de lumière », objets quantiques qu’il invoque pour expliquer l’effet photoélectrique. Cette idée est à l’origine de toute l’histoire moderne de la lumière. Elle transforme notre conception du monde de façon plus bouleversante, à mon avis, que la théorie de la relativité. Nous ne trouvons pas exceptionnel que la lumière soit réfléchie par les objets matériels. Nous nous sommes accoutumés à la photographie traditionnelle, qui repose sur les effets chimiques produits par la lumière sur des surfaces sensibles. Le sens commun ne s’est guère avisé de ce qu’il y a d’étonnant dans le fait que lorsque la lumière touche un atome, un tout petit morceau de matière, il se produit entre les deux des processus d’une complexité extraordinaire, une dynamique que personne n’avait prévue avant le vingtième siècle.

22En 1839, A. C. Becquerel (1788-1878) et son fils ont fait des expériences sur l’électricité, la lumière et des solutions salines comme le chlorure d’argent – c’est quelques années après que L.-J.-M. Daguerre a utilisé l’iodure d’argent pour le daguerréotype. Quand on illumine une électrode dans un dispositif composé de deux électrodes identiques baignées dans cet électrolyte, il apparaît une différence de potentiel entre les électrodes. À l’origine, ce sont des recherches liées à la fascination suscitée par la photographie qui ont révélé par hasard des indices d’effets plus profonds : on dit que c’est ce Becquerel (le père de A. E. Becquerel et le grand-père de Henri) qui a découvert l’effet photoélectrique.

23En 1885, Heinrich Hertz (1857-1894) réalise ses profondes expériences sur les ondes électromagnétiques. Quand il applique un rayonnement électromagnétique à des électrodes sous tension dans un gaz raréfié, il produit une décharge. L’étincelle étant un peu faible, pour mieux l’observer, il place des électrodes dans une boîte noire avec une plaque de verre devant. L’étincelle est moins forte quand on ajoute le verre, mais une plaque de quartz n’entraîne pas la même baisse d’intensité.

24On pense aujourd’hui que les deux phénomènes décrits l’un par Hertz et l’autre par Becquerel, apparemment très différents, illustrent en réalité le même phénomène : l’effet photoélectrique. Si la fréquence de la lumière dépasse un seuil caractéristique du métal employé, le métal absorbe le photon et son énergie, et il émet instantanément un électron. Dans l’expérience de Hertz, le verre arrête les rayons ultraviolets, qui ont une fréquence plus élevée que la lumière visible. Le quartz n’a aucun effet sur les rayons UV.

25C’est Philipp von Lenard (1862-1947) qui a découvert les phénomènes fondamentaux de l’effet photoélectrique. Ancien assistant de Heinrich Hertz, ses recherches sur les rayons cathodiques lui ont valu un prix Nobel en 1905. Il a étudié le rayonnement ultraviolet et l’irradiation des métaux dans un vide élevé. Pour l’émission des particules – il s’agit de ceux que nous connaissons comme électrons – après l’absorption de la lumière, il a démontré que c’est la fréquence – la « couleur » – de la lumière qui est capitale. L’énergie des électrons émis ne correspond pas à l’intensité de la radiation, mais à sa fréquence. Remarquons qu’il rencontre des difficultés parce que ses échantillons de métal n’ont qu’une durée de vie d’environ dix minutes dans la mesure où ils s’oxydent, ce qui crée un écran qui protège les atomes du métal de la radiation.

  • 17  hf = hf0 + ½ mv2, ou f0 est le seuil pour le métal, et ½ mv2 est l’énergie de l’électron émis.

26C’est Einstein qui a expliqué cet effet avec l’idée que les grains de lumière sont quantisés selon la constante de Planck17. Mais ce n’est qu’en 1915 que Robert Millikan a confirmé cette théorie, et ce n’est qu’en 1921 qu’Einstein a reçu le prix Nobel pour ses photons. Voici ce qu’écrit Millikan :

  • 18  R. A. Millikan,  « Albert Einstein on his seventieth birthday » (Pour le soixante-dixième annivers (...)

J’ai passé dix ans de ma vie à tester l’équation de 1905 d’Einstein, et contrairement à toutes mes attentes, j’ai été obligé en 1915 d’annoncer qu’elle avait été vérifiée expérimentalement sans équivoque bien qu’elle soit si peu raisonnable, puisqu’elle semble en contradiction avec tout ce que nous savons au sujet des interférences de la lumière.18

27Millikan a raison : c’est contraire au « sens commun » de notre perception du monde.

28Les rapports de Millikan expérimentateur avec la théorie d’Einstein sont parmi les plus « nobles » dans l’histoire des interactions entre la théorie et l’expérience. Tout à fait à l’inverse du dogme de Karl Popper selon lequel c’est toujours la réfutation qui compte. Ici, dix ans de non-réfutation – la soi-disant « corroboration » de Popper – ont établi l’analyse théorique d’Einstein. (Bien sûr, on n’a pas exclu toute possibilité de révision ; on suggère actuellement qu’il serait possible de rendre compte de l’effet photoélectrique par une analyse classique.) Grâce aux recherches de Millikan, on a finalement admis que l’hypothèse apparemment absurde d’Einstein est vraie. Malheureusement les rapports de von Lenard avec Einstein sont les plus « ignobles » de l’histoire de l’expérience et de la théorie. Von Lenard était jaloux de la célébrité d’Einstein. Il détestait le physicien et toute son œuvre, y compris la théorie de la relativité. Il a pris la tête de l’Organisation des Physiciens Aryens et est devenu le porte-parole d’Hitler sur les questions scientifiques.

La condensation de Bose-Einstein. Ses débuts dans l’esprit des théoriciens : Bose et Einstein, 1924-1925

29Quand on parle d’Einstein, on pense à 1905 – les photons et la théorie de la relativité restreinte – ou à 1916 – la théorie générale de la relativité. J’ai parlé de l’énergie du point zéro. Les études fondamentales concernant ce concept sont d’Einstein (1909), d’Einstein et Hopf (1910), et d’Einstein et Stern (1913). Passons à une autre facette d’Einstein, l’une des plus tardives de sa carrière. L’histoire commence très loin de Berlin. Satyendra Nath Bose (1894-1974) était physicien et enseignait à l’université de Dacca, une institution nouvelle et sans ressources. En 1924, il essayait d’expliquer le concept de photon à ses étudiants. À cette date, on avait le concept de photon, mais on ne pouvait pas expliquer son comportement dans un « corps noir ». Ses raisonnements comportent plusieurs éléments importants, mais je rappelle simplement un point qui m’intéresse à cause de ma fascination pour les probabilités.

30Rappelons que cinquante ans plus tôt, Boltzmann avait établi la probabilité avec laquelle une molécule de gaz se trouve dans un état d’énergie donné. Son modèle est le suivant : il suppose que les molécules d’un gaz idéal sont toujours « discernables », c’est-à-dire que, lors d’un choc entre deux particules, nous pouvons identifier une à une les particules avant et après la collision. C’est la statistique dite Maxwell-Boltzmann. Bose, quant à lui, postule que les photons ne suivent pas cette description classique. Les photons sont numériquement distincts, mais indiscernables, violant la célèbre loi de « l’identité des indiscernables » énoncée par Leibniz. C’est une description analogue à la distribution dans des boîtes d’un nombre de balles identique, mais sans distinction entre les balles. Grâce à cette modification, le gaz de photons est en parfait accord avec le spectre du corps noir. Les photons obéissent à une nouvelle statistique, celle que nous appelons aujourd’hui de Bose-Einstein.

  • 19  S. N. Bose, « Plancks Gesetz und Lichtenquantenhypothese », Zeitschrift für Physik, 26 (1924), p.  (...)
  • 20  A. Einstein,  « Quantentheorie des einatomigen idealen Gases », Sitzungsberichte, Preussischen Aka (...)

31Bose a écrit un article en anglais qui présentait son analyse, mais les revues scientifiques ont rejeté, probablement sans le lire, ce texte d’un Indien inconnu. Bose a envoyé son papier à Einstein, qui à cette époque recevait des centaines de lettres par jour. Einstein a néanmoins remarqué cette lettre, l’a traduite, et publiée19. Einstein ajoute une hypothèse supplémentaire : supposons que les atomes dans un gaz idéal obéissent à la même statistique. Résultat : « La théorie quantique du gaz monatomique », en deux parties20. L’article anglais écrit par Bose est perdu, mais en août 2005, à l’université de Leyde aux Pays-Bas, on a retrouvé le brouillon du manuscrit d’Einstein. On peut le lire sur Internet à l’adresse suivante : http://www.lorentz.leidenuniv.nl/​history/​Einstein_archive/​Einstein_1925_manuscript/​

32Selon les déductions d’Einstein, il doit se passer quelque chose de très étrange quand on réduit un tel gaz à une température très basse. Normalement un gaz passe à l’état liquide, puis solide – la vapeur, l’eau, la glace. On parle de transitions de phase. Mais dans le cas d’un gaz qui obéirait au modèle de Bose, on devrait obtenir un phénomène bizarre, une transition à un nouvel état sans les transitions de phase ordinaire. Un sous-ensemble des atomes se placeraient dans un état d’énergie minimale, l’« état fondamental », constituant ainsi ce qu’on appelle aujourd’hui un « condensat de Bose-Einstein » (le reste des atomes conserve une distribution d’énergies gaussienne : ils perdurent comme s’ils formaient un gaz idéal dilué).

33Beaucoup de concepts de la physique moderne n’existent pas encore en 1925. Deux ans plus tard, à Leyde, George Uhlenbeck (1900-1988) introduit le concept du spin de l’électron, un mot anglais qui désigne la rotation de l’électron. Uhlenbeck pensait que l’électron tournait, littéralement, sur lui-même et que cela créait un degré de liberté additionnel. C’est en effet un degré additionnel, mais le concept est beaucoup plus abstrait et plus riche que cette image de la rotation. On parle du nombre quantique du spin, qui détermine le moment cinétique d’une particule. Ce nombre, le spin, ne peut pas avoir d’autre valeur qu’un nombre entier (comme 0, 1, 3, ou même -2) ou demi-entier, (comme ½, ou -1½).

34Les entités qui satisfont la statistique de Bose-Einstein ont un spin entier. On les appelle des bosons. Les entités qui ont un spin fractionnaire sont des fermions. Ils obéissent à la statistique de Fermi-Dirac. C’est la statistique des balles et d’un nombre donné de boîtes où chaque boîte ne peut contenir qu’une balle au maximum. Selon une métaphore courante, les bosons sont grégaires, et les fermions solitaires.

35Le fait le plus remarquable de la physique, à mes yeux, est que rien ne satisfait la statistique intuitive, celle de Maxwell-Boltzmann. Tout est boson ou fermion. C’est un fait ultime, presque de l’ordre de la métaphysique, de l’ontologie.

36En général, les particules de masse faible, comme les électrons, sont des fermions, et les particules lourdes, comme les neutrons et les protons, sont des bosons. Mais le photon, le grain de lumière, est aussi un boson. De plus les atomes d’éléments, dans un gaz, ont eux aussi un spin, mais qui peut varier selon les isotopes, ayant pour valeur un nombre entier ou bien demi-entier. Chaque élément a un isotope avec un spin entier, c’est-à-dire bosonique, sauf le béryllium. En principe il est donc possible qu’il existe des condensats de Bose-Einstein pour tous les éléments sauf un.

37Une propriété remarquable de ces condensats est que tous les atomes sont censés se placer dans l’état d’énergie minimale. Ils perdraient donc toute individualité. Ils réagiraient collectivement comme une seule chose, comme un grand « atome ». Ils auraient tous la même fonction d’onde. On parle d’un fonction d’onde macroscopique, et donc de phénomènes quantiques macroscopiques. Mais nous sommes dans la théorie. Au laboratoire, tout cela a dû attendre soixante dix ans, jusqu’en 1995, l’année où deux équipes ont réussi à atteindre des températures ultrafroides et à produire un condensat de Bose-Einstein.

Le refroidissement par la lumière : les années 1980

38Du point de vue des rapports entre la théorie et l’expérience, l’histoire de la superfluidité et de la supraconductivité présente un grand contraste avec l’histoire de la condensation de Bose-Einstein. Dans le cas de la BEC, on a le cœur de la théorie en 1925, et le résultat en laboratoire en 1995. La théorie a 70 ans d’avance sur le laboratoire. En revanche, Kammerlingh Onnes a produit la supraconductivité en 1911, sans les conseils des théoriciens. Il est tombé dessus par hasard, pour ainsi dire. En revanche, ce n’est pas par hasard que Pyotr Kapitsa a découvert la superfluidité de l’hélium-4 en 1937. Pourtant, la théorie ne donnait aucune indication concernant cette possibilité.

39Je ne veux pas dire que la théorie était absente, mais il manquait une microthéorie pour expliquer les phénomènes connus. La théorie se situait au niveau d’une phénoménologie assez profonde. La grande figure de cette histoire, Fritz London (1900-1954), est un personnage rare en physique : il a fait ses débuts en tant que philosophe avant d’entamer une carrière de physicien. Il n’a entrepris ses recherches en physique qu’après avoir soutenu son doctorat en phénoménologie Husserlienne. Autre rareté, parmi les physiciens, il était également doué pour la théorie et pour l’expérimentation. Acteur majeur de la théorie quantique des années 1930, il est toujours resté anti-réductionniste, mais il avait une compréhension remarquable du phénomène de la superfluidité comme effet quantique macroscopique. Il a réalisé des expériences importantes sur ce phénomène : il ne distinguait guère la théorie phénoménologique et les expériences.

40Voici une anecdote qui illustre ce qu’étaient les rapports entre théorie et expérience il y a trente ans, dans le milieu des historiens et des philosophes des sciences. Comme je l’ai dit, quand j’ai écrit Concevoir et expérimenter,je travaillais avec Francis Everitt, le physicien expérimentaliste qui dirigeait le projet « Gravity Probe B ». Féru d’histoire de la physique, Francis Everitt a également écrit un petit livre sur James Clerk Maxwell. On lui demanda d’écrire les biographies des frères Fritz et de Heinz London, deux figures majeures de la physique des basses températures, pour le Dictionary of Scientific Biography en 24 tomes. Le rédacteur pour la physique était Thomas Kuhn. Il rejeta les articles d’Everitt sur les frères London, disant qu’il parlait trop de leurs expériences : à ses yeux, ils n’avaient d’intérêt que par leur œuvre théorique. Francis Everitt a donc modifié ces deux articles, mais il n’a pas tout concédé à Thomas Kuhn.

41Fritz London est devenu aujourd’hui l’une des grandes figures de référence dans le domaine de la condensation de Bose-Einstein, parce qu’il a compris que l’hélium 4 était un boson (dont le spin est 0), et qu’il a vu que la condensation de Bose-Einstein est impliquée dans sa superfluidité. On peut dire, cependant, que, jusqu’à 1957, il manquait une microthéorie de la supraconductivité et de la superfluidité. Depuis cette date, nous avons la théorie qu’on appelle BCS, d’après les initiales de ses inventeurs : John Bardeen, Leon Cooper et John Schrieffer. (Bardeen est le premier physicien qui ait obtenu deux fois le prix Nobel de physique, une première fois pour sa contribution au transistor, et une seconde fois pour la superfluidité.)

42Voilà donc cinquante ans de physique des basses températures pendant lesquels l’expérience a toujours été en avance sur la théorie. Et cela continue : aucune théorie n’explique la supraconductivité à haute température, connue depuis 1986. Pour la condensation de Bose-Einstein, c’est tout le contraire. Soixante-dix ans de théorie sans aucune expérience qui marche. Une histoire riche, surtout en Russie, avec Lev Landau (1908-1968) et Nikolai Bogoliubov (1909-1992). Mais on n’a réussi à produire un condensat de Bose-Einstein qu’en 1995.

43En Europe comme aux États-Unis, beaucoup de laboratoires essayaient de produire la BEC vers la fin des années 1980. On tentait le plus souvent de produire un condensat d’hydrogène, mais les expériences sont devenues de plus en plus complexes. On a finalement réussi avec des isotopes bosoniques d’éléments alcalins comme le potassium, le lithium, et, pour la première expérimentation réussie, le rubidium-87. Ce métal est toujours l’élément favori des équipes qui commencent à travailler dans ce domaine. Le choix des alcalis paraît assez « naturel » parce qu’ils n’ont qu’un seul électron dans l’orbite externe, mais le choix du rubidium est aussi un peu « social ». Il est dû en partie au fait que les raies spectrales du rubidium sont rouges (le nom rubidium vient du Latin rubidus, qui signifie « rouge foncé ») : or les moins chers des lasers de précision, ceux qu’on utilise dans les lecteurs de CD par exemple, utilisent la lumière rouge. J’ai visité à Hambourg un laboratoire où Andreas Hemmerich travaille à partir du calcium, dont les raies spectrales sont bleues. Les lasers de précision pour cette partie du spectre sont fabriqués à la main, à l’unité : il faut plus d’un an pour en construire un. Mais je dois expliquer l’importance des lasers dans l’histoire de l’ultrafroid. C’est une étape fondamentale dans notre compréhension des effets de la lumière sur la matière – une compréhension qui commence avec les observations de Becquerel, faites par hasard, puis celles de Hertz.

44Comment produire un « régime ultrafroid », selon l’expression en usage ? Les techniques sont si belles que j’aimerais les décrire en détail, mais cela demanderait trop de place. Je vous inflige donc quelques instants de vulgarisation pénible. Pour plus d’information, il faut consulter, par exemple, le document intitulé « De la lumière laser aux atomes ultrafroids ». Il s’agit d’une présentation en termes simples de la physique des atomes froids, réalisée par l’équipe « Atomes Ultrafroids » du Laboratoire Kastler Brossel, dirigé par Claude Cohen-Tannoudji.

45Dans les années 1980, on a fait une percée importante avec le refroidissement des atomes par laser. Vers 1985 on commence à savoir ralentir des atomes par la pression de la lumière fournie par des lasers. Grâce à ces techniques, on réduit l’agitation thermique des atomes et on diminue ainsi la vitesse moyenne et les fluctuations autour de cette vitesse. Autrement dit, on réduit la « température ». Cette découverte a valu le prix Nobel à Claude Cohen-Tannoudji du Collège de France et de l’école Normale Supérieure, et à deux chercheurs américains, Steven Chu et William Phillips, en 1997. Mais il y a aussi une petite histoire, assez curieuse et absolument inédite, qu’on ne trouve ni sur le site du laboratoire Kastler Brossel, ni ailleurs. J’en ai eu connaissance tout récemment, grâce à Paul Lett, un membre du groupe de Phillips.

46La théorie qui avait cours à l’époque, au début des années 1980, prédisait le refroidissement. Le groupe de Chu, puis celui de l’école normale supérieure de la rue Ulm ont publié leurs résultats, avec en particulier, une estimation de la température qu’ils avaient atteinte. Ces résultats marquaient un accord parfait avec la théorie. Ce n’était pas le cas de William Phillips et de son équipe. Phillips est chercheur à l’Institut américain des normes et de la technologie, le NIST – National Institute of Standards and Technology, l’ancien Bureau des Standards, qui a un rôle comparable à l’AFNOR en France, mais beaucoup plus étendu.

47Phillips était un peu sceptique. Il obtenait des mesures très fluctuantes, peu en accord avec celles de ses collègues. La méthode utilisée impliquait l’expansion d’un nuage d’atomes froids après refroidissement, qui indique le niveau d’énergie et donc la température. Après des mois d’incertitude, l’équipe du NIST s’est aperçue que les différences pouvaient être liées à la position de certains détecteurs. Quand les détecteurs se trouvaient au-dessus du dispositif expérimental, on observait moins d’atomes.

48Tout le monde sait que les objets immobiles, s’ils ne sont soumis à aucune autre force, tombent simplement vers le centre de la Terre. C’est la découverte qu’on attribue à Galilée : un boulet de canon et une plume doivent tomber dans le vide de la même manière, avec la même accélération. Pour ma part, j’avoue que j’ai été surpris quand j’ai vu des clichés d’atomes tombant dans le vide… comme de vulgaires sacs de pommes de terre. Un ami m’a parlé d’un physicien célèbre qui connaissait dès l’âge de huit ans les lois de la chute libre de Galilée et de Newton, mais qui ne les n’avait jamais appliquées à la réalité jusqu’à notre ère des atomes froids.

49Une partie de l’explication des divergences entre les résultats de l’équipe de Phillips et ceux des équipes concurrentes est la suivante : quand les atomes sont très froids, ils sont dans un état de très basse énergie, presque immobiles. Beaucoup de ces atomes n’ont pas assez d’énergie pour s’opposer à la force gravitationnelle. Ainsi, un détecteur placé au dessus de l’appareil détecte moins d’atomes qu’un détecteur placé en dessous. Après une réorganisation des instruments, on s’est aperçu que le refroidissement par laser est beaucoup plus efficace qu’on ne l’espérait. Grande surprise : en règle générale, les appareils sont moins efficaces que la théorie ne le prédit, mais ici, ils se révèlent incroyablement plus efficace. Cohen-Tannoudji a résolu ce paradoxe avec une nouvelle théorie du refroidissement, dite « Sisyphe » (voir numéro 7.2 sur le site Kastler Brossel).

50Le refroidissement par laser représente une étape essentielle dans l’histoire du condensat de Bose. Mais ce n’est pas suffisant. Il faut revenir à une technique bien connue : le refroidissement par évaporation. L’analogie habituelle est celle du bol de soupe. La soupe se refroidit parce que des molécules de liquide s’évaporent, entraînant une perte d’énergie. On dit, de la même manière, que les atomes froids les plus énergétiques échappent au piège. L’analogie est trompeuse, parce que dans le détail, les techniques utilisées sont très subtiles. On utilise aussi les lasers, et on contrôle la radiofréquence afin d’évaporer les atomes presque un par un.

51Remarquons que le refroidissement par laser est vraiment la continuation de l’aventure de Becquerel : c’est l’histoire de l’action de la lumière sur la matière. Même le refroidissement par évaporation est réglé par l’action de la radiation électromagnétique sur la « matière » – ou en tout cas sur les atomes. J’ai commencé par souligner que toutes ces expériences ont lieu « sur la table » – il s’agit principalement d’une table à laser, où on prépare et contrôle la lumière pour son interaction avec la matière.

Les débuts de la condensation de Bose-Einstein au laboratoire : Boulder & MIT, 1995

  • 21  Wolfgang Ketterle,  « Quand les atomes se comportent comme des ondes : la condensation de Bose-Ein (...)
  • 22  « I’m betting on nature to hide Bose condensation from us. The last 15 years she has been doing a (...)

52Tous les éléments étaient disponibles, la concurrence était amicale mais acharnée. « La plupart des pièces qui permettent d’arriver à la CBE étaient connues en 1990, mais on n’était pas sûr qu’elles s’adaptaient les unes aux autres. »21 En 1994, dans un article de Science, on cite Steven Chu : « Je parierais que la nature fait tout ce qu’elle peut pour nous cacher la condensation de Bose. Ces 15 dernières années, elle s’en est très bien tirée. »22 Toujours la métaphore d’Héraclite : la nature aime à se cacher !

  • 23  M. H. Anderson, J. R. Enscher, M. R. Mathews, C. E. Wiemann, E. A. Cornell, « Observation of Bose- (...)
  • 24  On trouve des photographies dans la conférence Nobel de Wolfgang Ketterle le 8 décembre 2001, figu (...)
  • 25  Ibid., figure 10.

53La voici dévoilée en quelques mois. On aurait pu penser qu’après ces immenses investissements en temps, en talent et en argent, le succès devait revenir aux laboratoires qui utilisaient l’hydrogène. Pas du tout : la victoire est allée à l’appareil le plus simple (toutes proportions gardée). C’est celui de Carl Wiemann et Eric Cornell, en juin 1995, dans un laboratoire du NIST situé à l’ouest, dans le Colorado, à partir du rubidium-8723. Le 29 septembre, l’équipe de Wolfgang Ketterle, au MIT, a produit une BEC de sodium. Sur la photographie de ce groupe en 1996, on voit Ketterle et six collègues, conformément à ce que j’ai dit de la taille de ces équipes. Exceptionnellement, sur le cliché de 2001 on dénombre 19 personnes. Le premier photographe a fait un montage ajoutant quatre hommes, dont David W. Pritchard, un pionnier de beaucoup des techniques employées dans la production du condensat de Bose, et vraiment le grand-père de la BEC dans le laboratoire24. Ketterle était son postdoc et Eric Cornell son étudiant doctoral. Mais le réseau de ces chercheurs est plus intime que cela. Ketterle donne un « arbre généalogique » des Doktorvatersqui remonte à I. I. Rabi (1898-1988), prix Nobel en 1944 pour ses travaux sur les interactions entre les atomes et les champs électriques25.

  • 26  W. Ketterle, D. S. Durfee, D. M. Stamper-Kurn, « Making, probing and understanding Bose-Einstein c (...)

54Un lecteur qui voudrait examiner en détail les protocoles expérimentaux mis en œuvre pour obtenir des condensats de Bose peut lire un article qui fait le point sur la question et qui présente clairement les techniques assez innombrables qu’il faut maîtriser pour produire un condensat de Bose.26 Je me contenterai ici de signaler une question qui s’est posée dès les premier jours de la BEC : sa « signature ». Le phénomène est métastable, c’est-à-dire stable pendant quelques secondes, au plus une minute ou deux. Comment sait-on qu’on a obtenu la BEC pendant un tel laps de temps ? Quelle est la preuve du succès ? Quand on veut démontrer à ses pairs qu’on a effectivement produit le phénomène, que dit-on pour les convaincre ?

55La preuve est assez simple, en principe. On a un nuage d’atomes piégés dans un vide. On débranche les champs électrique et magnétique autour du piège, et on fait des photos tous les 8 millisecondes. Les photos sont prises au moyen d’un dispositif numérique, encore un laser, utilisant un faisceau de lumière cohérente de même fréquence que les atomes. L’appareil enregistre l’absorption des atomes par le nuage. Au moment où on débranche les champs, les atomes sont très froids, ils ont un niveau d’énergie très faible : ils tombent, et il se produit une dilatation adiabatique très lente. On peut déduire de ces données la densité des atomes en fonction de la vitesse. Si on a vraiment produit une BEC, on devrait trouver une distribution bimodale. Une partie du nuage est « thermique », avec une distribution gaussienne. L’autre partie doit avoir des atomes à l’état d’énergie minimale, avec la vitesse la plus basse possible.

56Grâce à l’ordinateur, on peut transposer les données numériques et les représenter sous différentes formes. On veut obtenir une présentation claire et nette. Il y a beaucoup de choix possibles. L’équipe de Cornell et Wiemann a produit une séquence de trois images en fausses couleurs, (a) avant l’apparition de la BEC, (b) quand la BEC commence à apparaître, et (c) après évaporation, quand il reste un condensat presque pur. Ce sont les « trois pics » de la BEC.

57La première grande réunion de la communauté BEC après le succès obtenu à Boulder s’est tenue près de Strasbourg, au Mont St Odile. (C’était la première d’une série de conférences européennes biennales qui ont lieu désormais à St Feliu en Espagne.) Il y a eu un débat de trois jours, qui s’est focalisé sur ces trois pics. Conclusion : oui, c’est bien une BEC qu’on a obtenu. Il y a le problème des images spécifiques de Boulder. Bien sûr, ce sont les résultats des premiers essais, qu’on trouve pense très rudimentaires, mais qualitativement, ces images perdurent. Désormais presque toutes les équipes qui annoncent qu’elles ont obtenu une BEC produisent ces représentations graphiques avec des pics. Il y a des variantes, mais il s’agit toujours essentiellement de la même image. Souvent, c’est même exactement la même image à trois pics – à tel point qu’on fait des blagues géographiques : on parle des « trois pics de Swaledale » (une région du Yorkshire connue pour ses collines) et cætera. S’il n’y en a pas trois, il y a au moins le dernier pic, comme par exemple sur le site Kastler Brossel déjà cité.

58Il y a un contre exemple : celui de l’équipe de Klaus Sengstock à Hambourg, qui a publié ses résultats le 23 septembre 2002. J’ai demandé au professeur Sengstock, pourquoi il a utilisé des images différentes :

Parce qu’à ce moment-là nous n’avions pas le programme informatique pour transformer nos données et les présenter sous la forme canonique. Mais nous voulions faire l’annonce immédiatement : nous n’avons pas le temps d’écrire le programme.

59Une question se pose. Le choix de ces images canoniques est-il déterminé par la nature, ou par un hasard de l’histoire, qui a voulu que la première image, celle de Boulder, s’impose ? Une part de Nature, une part de Société ? On a ici sous une forme très nette une question concernant la construction sociale dans une science. Une petite question, et nette parce que petite.

L’actualité

60Au début, en 1995, il y avait 2 équipes. Puis 4, 10, 16. En février 2005, on m’a dit que 40 équipes avaient produit un condensat de Bose. En juin, 70. En septembre, 100. Il y a des dizaines de programmes de recherche. Il y a aussi des sceptiques qui trouvent qu’il y a trop de laboratoires, et trop peu d’idées : la BEC est devenu une mode. Je ne suis pas de cet avis. Il y a assez de questions pour tout le monde. Ces atomes froids sont une porte ouverte à la manipulation et donc à la compréhension des atomes à une échelle presque inconnue auparavant. Je signalerai quelques exemples qui relèvent de différents ordres de difficulté, d’importance, et de bizarrerie.

61La comparaison avec l’exploration de la terre est trop évidente. On a découvert un nouveau continent : il faut l’explorer, établir des colonies, découvrir des minéraux à exploiter, etc. Il y a premièrement des variations sur le thème principal : la préparation d’un condensat de Bose. Des variations dans plusieurs directions. Même en jouant sur un même élément, le rubidium-87, devenu aujourd’hui la bête de somme par excellence, pour les chercheurs, on peut introduire des variations. On peut essayer de prolonger la vie d’un condensat ; d’augmenter la taille et le nombre des atomes dans l’échantillon froid, ou de les diminuer. Les premiers condensats à Boulder ne comptent que 2 000 atomes ; plus tard les échantillons sont dix mille fois plus grands. Mais on essaie aussi de faire des nuages de plus en plus dilués, et on parle ici de « number-squeezing ».

62J’ai dit que tous les atomes sauf le béryllium ont des isotopes bosoniques : on peut donc s’entraîner à faire un condensat de Bose pour chaque espèce d’atome bosonique. Les condensats ne peuvent-ils être obtenus que dans l’état fondamental d’un atome, comme je l’ai laissé entendre jusqu’ici ? En réalité, non : le 20 février 2001 le laboratoire Kastler Brossel a obtenu un condensat d’atomes d’hélium à un niveau d’énergie interne supérieur à l’état fondamental, à une température relativement élevée (vers 5 microkelvins) et avec une durée de vie métastable longue – de l’ordre d’une heure.

  • 27  M. Greiner, C. A. Regal and D. S. Jin, « Emergence of a molecular Bose-Einstein condensate from a (...)

63Il y a un champ de recherche très actif sur les fermions. À cause du principe d’exclusion de Pauli, il est impossible d’obtenir un condensat de fermions. Les fermions ont un spin demi-entier. Les spins sont additifs. Une paire de fermions a donc un spin entier, la paire est un boson. En 2003, à Boulder, Deborah Jin, une ancienne étudiante d’Eric Cornell, a obtenu le premier condensat à partir de paires de fermions27.

  • 28  M. W. Zweierlin, J. R. Abo-Schaer, A. Shirotzek, C. H. Schunk and W. Ketterle, « Vortices and supe (...)
  • 29  Rudolf Grimm,  « A quantum revolution », ibid., p. 1035.

64C’est une réussite d’un très grand intérêt, à cause de l’analogie avec les « paires de Cooper » qui sont au cœur de la théorie Bardeen-Cooper-Schieffer de la superfluidité. Il s’agit de paires d’électrons : chaque électron est un fermion, mais les paires sont des bosons, et leur comportement en paire à basse température explique les phénomènes de supraconductivité et de superfluidité. Le condensat de paires de fermions atomiques est-il un superfluide ? Tout le monde le pensait, mais c’est le laboratoire du MIT qui en a fourni la preuve en juin 2005, en utilisant le lithium6. On doit observer des tourbillons sur la surface d’un superfluide, et on les trouve effectivement28. Rudolf Grimm, du laboratoire d’Innsbruck, parle à ce sujet d’une « révolution » comparable à la condensation des bosons en 199529. Il poursuit :

  • 30  « The spectacular observation of vortices in a Fermi gas heralds the advent of a new era of resear (...)

L’observation spectaculaire de tourbillons dans un gaz de Fermi annonce l’avènement d’une nouvelle ère de recherche qui va bien au-delà de la condensation de Bose-Einstein. […] Et l’incroyable niveau de maîtrise dont on a fait preuve dans ces travaux [au MIT] est susceptible d’être étendu à des systèmes plus sophistiqués – des mélanges de systèmes de Fermi pourraient être utilisés pour simuler un noyau de protons et de neutrons, ou des semi-conducteurs exotiques. Cette preuve définitive de la superfluidité dans un système de Fermi ouvre des perspectives fantastiques pour de nombreux domaines de la physique quantique à N corps.30

65On parle des deux « régimes », celui de la BEC, et celui de BCS, et du croisement des régimes BEC/BCS. On pense qu’au fond, c’est la même physique dans les deux cas. Les analogies entre les paires de Cooper, les électrons, et les paires d’atomes fermioniques suggèrent que nous approchons de la compréhension des fondements de BEC/BCS.

66Il s’agit là de la recherche concernant le cœur du sujet. Il ne manque pas de recherches plus périphériques, plus spéculatives. Je me contente d’en mentionner trois exemples que j’ai rencontrés récemment.

67(a) Qu’est-ce qui se passe quand la lumière traverse le verre, c’est-à-dire quand un photon passe dans un diélectrique ? La question se pose directement après Einstein, vers 1908. Hermann Minkowski (1864-1909) a proposé un modèle, et Max Abraham (1875-1922) un autre, un peu plus complexe. À ce jour on ne sait pas qui avait raison. Paul Lett du NIST suggère que dans des circonstances très raffinées, un matériau qu’on illumine du côté droit doit bouger à droite si c’est Minkowski qui a raison, et à gauche si c’est Abraham. Cet effet très subtil a le mérite d’être qualitatif, et pas quantitatif. M. Lett espère en faire la démonstration à l’aide d’un condensat de Bose.

68(b) Les atomes froids ont très peu d’énergie : donc, ils tombent comme des boulets de canon. Si on peut les libérer de l’attraction terrestre, on peut les étudier dans un état moins sujet aux forces extérieures, et leur fonction d’onde elle-même doit être plus large, plus « macroscopique » que jamais. Pourquoi ne pas le faire dans un laboratoire spatial ? Il y a une collaboration panallemande pour produire une BEC dans l’espace. On commence par rendre les lasers plus stables en chute libre, en les laissant tomber d’une tour de 146 mètres de haut à Brême. C’est le ZARM-Fallturm – tour de largage, ou de chute – qui permet d’obtenir 4,7 secondes d’apesanteur contrôlée. (Cela évoque, pour moi, Galilée et la tour de Pise.)

69(c) Un des effets quantiques les plus frappants est l’effet tunnel, dans lequel un électron peut traverser une barrière énergétique de façon non-contrôlée. À un moment, l’électron est à droite de la barrière, au moment suivant, il est de l’autre côté. C’est un phénomène à la fois bien établi et mystérieux. Qu’est-ce qui se passe pendant le passage ? La question n’a probablement pas de sens. Mais tout se passe si lentement, dans l’ultrafroid, que Aephraim Steinberg, physicien à l’université de Toronto, a eu l’idée d’essayer d’observer le mouvement des électrons dans l’effet tunnel à travers un condensat de Bose.

… aux applications en philosophie

La création des phénomènes

70Le chapitre 13 de Concevoir et expérimenter était intitulé « La création des phénomènes ». Je commençais par le paragraphe suivant :

De tous les rôles joués par l’expérience, il en est un que l’on n’a même pas songé à dénommer tant il est négligé. Il s’agit de la création des phénomènes. Traditionnellement, les scientifiques ont la réputation d’expliquer les phénomènes qu’ils découvrent dans la nature. Je pense, quant à moi, qu’ils créent souvent les phénomènes qui deviennent alors les clés de voûte de la théorie.

71Quand je parle des phénomènes, je parle la langue des physiciens, pas des philosophes, pas des Husserliens. Dans le Petit Roberton trouve une liste d’emplois du mot : « Phénomènes électriques, magnétiques physiologiques, psychiques. » On mentionne le sens dérivé de l’astronomie : les « phénomènes célestes ». Je ne vais pas répéter ce que j’ai dit dans mon livre. Dans le discours des physiciens, les phénomènes sont surtout publics. Le terme est employé dans un sens très proche du mot « effet », comme dans la phrase : « L’effet tunnel est un phénomène quantique. » Le dictionnaire indique aussi que depuis le xviiie siècle, le mot a la connotation de quelque chose surprenant ou anormal. L’effet tunnel était surprenant, il est surprenant, dans un premier temps, pour ceux qui le découvrent. Il est « anormal » – contraire à l’expérience quotidienne – mais on réalise ensuite que c’est une chose normale et même nécessaire dans le monde quantique. C’est parce qu’il est si singulier et si frappant qu’on continue de parler d’« effet » et de le décrire comme un « phénomène ».

  • 31  Les analyses de T. S. Kuhn sur l’attribution de la découverte de l’oxygène – revient-elle à Scheel (...)

72Il y a un élément psychologique ou sociologique dans la terminologie physique des effets et des phénomènes. L’effet tunnel est frappant pour nous, pas pour les électrons. De plus, la langue des phénomènes est très influencée par des théories, elle est theory-laden, chargé de théorie. J’ai parlé de l’effet photoélectrique au paragraphe 3 ci-dessus ; j’ai rappelé que Becquerel l’avait découvert en 1839, et que Hertz l’a (re-)découvert en 1885, que von Lenard l’a produit et l’a étudié en 1902, et que Einstein l’a expliqué en 190531. Qu’est-ce que cet effet photoélectrique ? Le phénomène observé par Becquerel n’est-il pas tout à fait différent du phénomène de Hertz ? Non, ils sont identiques, parce que dans chaque cas des électrons sont libérés par des photons qui entrent en collision avec les atomes d’un métal. Les critères d’identité pour un phénomène peuvent donc être hautement théorique. (Dans C&E, je n’avais pas éclairci ce point, et c’est une faute.)

  • 32  Je dois ces renseignements à Aephraim Steinberg, directeur du centre pour l’information quantique (...)

73Depuis Millikan en 1915, depuis le prix Nobel de 1921, ou depuis la deuxième vague de la mécanique quantique en 1926-1927, tout le monde a dit que l’effet photo-électrique est un phénomène quantique des photons. Tout le monde – à l’exception des « physiciens Aryens » – a reconnu à Einstein le mérite d’avoir le premier compris l’effet photoélectrique. Complication. Aujourd’hui, on sait qu’on peut expliquer le phénomène sans la quantisation de la lumière. Si on combine un traitement quantique de la matière avec un traitement classique de la lumière, on peut déduire la probabilité par unité de temps de l’émission des électrons, qui commence instantanément. Il existe une théorie néoclassique de l’optique, dont Edwin Jaynes (1922-1998) a été le pionnier. Cette théorie explique presque tous les phénomènes connus jusqu’en 1980. Doit-on conclure que l’effet photoélectrique n’est pas un phénomène quantique ? Pas du tout : simplement que l’identité des effets et des phénomènes n’est pas donnée par la nature elle-même, mais par la nature comme nous la comprenons32.

  • 33  Dans une interview publiée par la revue Sciences et avenir, j’ai dit que Becquerel avait créé l’ef (...)

74Dans un laboratoire de physique, on fait beaucoup de choses et on a une vaste gamme de buts. Mesurer, par exemple. Mais aussi produire, purifier, et même créer les phénomènes. J’ai rencontré beaucoup de physiciens qui sont satisfaits de l’idée qu’ils « produisent » et « purifient », mais qui résistent à l’idée qu’ils feraient un travail de « création ». Dans le cas de l’effet photoélectrique, ils ont raison. Becquerel et Hertz ont produit le phénomène sans le comprendre. Von Lenard l’a purifié, et Einstein l’a expliqué. Nous ne créons pas ce phénomène parce qu’il existe partout – il y a en permanence des photons qui frappent des atomes à certaines fréquences, et instantanément (pas après un processus), des électrons sont émis. Cet effet existe partout, et ce n’est pas nous qui l’avons « créé » au sens littéral33. Pour moi, nous ne créons quelque chose que si cette chose n’a jamais existé dans l’histoire de l’univers avant que nous la produisions de nos mains.

75Passons au laser. Le mot est un sigle anglais, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Un laser transforme la lumière incidente, composée d’un mélange de fréquences, en un faisceau de lumière hautement amplifiée et cohérente, c’est-à-dire avec une seule fréquence, et dont tout la lumière a la même phase. J’ai dit que ce phénomène de « lasing » n’existait pas dans l’univers avant 1950. Aujourd’hui, il y a des lasers partout dans le monde industriel, dans tous les lecteurs de CD ou de DVD. J’affirme que ce sont les physiciens qui ont créé ce phénomène – pour la première fois dans l’univers – vers 1950.

76Certains physiciens contestent cette affirmation. L’objection est formulée de deux manières. Première version (1) : comment puis le savoir ? Peut-être existe-t-il, dans un coin ou un autre de l’univers, un dispositif naturel qui produit de la lumière cohérente à la manière d’un laser. Oui, c’est possible en principe, mais j’en doute. De plus, il est presque certain que c’est notre espèce qui a créé ce phénomène. Deuxième version (2), platonicienne : ce phénomène existe dans les lois de la nature qui perdurent au moins depuis le Big Bang. En réalité, je me méfie profondément de cette image du monde. C’est l’image qui sert de fondement au principe anthropique. Premièrement, il y eut la forme des lois de la nature, mais sans que soit fixée la valeur des paramètres figurant dans les équations – sans que soient données la vitesse de la lumière, ou la valeur de la constante de Planck, par exemple. Deuxièmement, il y eut ces valeurs, insérées dans les équations. C’est le mythe de la création de l’univers en deux étapes. Ou bien, si cela évoque trop un créateur qui aurait choisi les paramètres de notre univers, on embrasse la théorie de l’univers pluriel, le multiverse : tous les univers, avec toutes les valeurs possibles pour les paramètres, existent. Le nôtre n’est qu’un univers particulier parmi cette multitude des univers. Mais la forme des lois existe de toute éternité. Une forme qui se justifie, peut-être, par des principes de symétrie. À mon avis, ce n’est pas une vision théologique, mais un rêve anthropomorphique. Si nous étions les architectes de l’univers, nous l’aurions fait comme cela. Vision noble de Leibniz ! Dans cette vision, c’est comme si dieu avait créé toutes les choses possibles, y compris le phénomène du laser, depuis le commencement des temps, simplement, on ne postule pas ce dieu, on laisse tout à un dieu logique qui préfère les idéalités de la symétrie. Le rêve de Kepler. Le rêve de Platon. Les rêves les plus nobles, parmi les mythes qui sont notre héritage. Mais des rêves tout de même.

77Je ne veux pas contester ces images, ces mythes, ces rêves. Je voudrais simplement affirmer que cette deuxième version de l’objection contre ma doctrine de la création des phénomènes, porte avec elle tout cet héritage métaphysique. Retournons à la première version. Bien sûr, il n’est pas absolument absurde de postuler qu’il a pu exister un laser avant son invention humaine au milieu du vingtième siècle. Mon argument est plus fort dans le cas du condensat de Bose-Einstein. Je dis que c’est nous qui l’avons créé, pour la première fois dans l’histoire de l’univers, en 1995. Comment puis-je le savoir ? Parce que le température de fond de l’univers est de 3 degrés Kelvin, et que la BEC n’existe que tout près du zéro absolu. Qu’il s’agisse d’un nanokelvin ou d’un millikelvin, cela importe peu : il s’agit de températures qui existent uniquement dans les laboratoires.

78Voilà un but du laboratoire : la création de phénomènes, et le condensat de Bose en est une illustration capitale.

Les rapports entre théorie et expérience, ou plutôt entre des modèles, à différents niveaux, et des expériences

79Après ce sermon assez long et assez pieux sur la création des phénomènes, je voudrais passer plus rapidement sur des sujets philosophiques plus familiers. J’ai essayé de les rendre déjà implicites dans l’exposition de la partie A. Il ressort clairement de l’histoire de la physique des basses températures qu’il existe des rapports assez divers entre la théorie et l’expérience. L’expérience a toujours été en tête sur la supra-conductivité, de Kammerlingh Onnes en 1911 à aujourd’hui, tant qu’il n’y avait pas de compréhension théorique de la supraconductivité aux températures élevées, c’est-à-dire à 150 K. Au contraire, la théorie a toujours été en tête dans le cas de la BEC, jusqu’en 1995.

80La philosophie des sciences a toujours tendance à considérer le rapport entre théorie et expérience comme ne faisant pas partie de l’histoire. En effet, les rapports diffèrent au cours de l’évolution des sciences spécifiques. J’adore ce passage du chimiste Humphry Davy (1778-1829) en 1805 :

  • 34  Humphry Davy, Elements of Chemical Philosophy, Londres 1812, p. 2. Pour une citation plus complète (...)

Les fondements de la philosophie chimique sont l’observation, l’expérimentation et l’analogie. Par l’observation les faits sont distinctement et précisément imprimés dans l’esprit. Par l’analogie, les faits similaires sont reliés. Par l’expérimentation des faits nouveaux sont découverts et, dans la progression du savoir, l’observation guidée par l’analogie conduit à l’expérimentation puis l’analogie confirmée par l’expérimentation devient vérité scientifique.34

  • 35  Concevoir et Expérimenter, p. 127.

81Lucidité incomparable et justesse – pour la chimie de son époque. Karl Popper exagère la situation en ce qui concerne la physique de son époque à lui, mais pour éviter de vaines controverses, disons que dans l’ensemble de la physique de 1935, la théorie domine. Mais il était nécessaire d’affirmer que dans beaucoup de cas, « l’expérience a une vie de soi-même ».35 En physique comme dans beaucoup d’autres sciences, ces débats appartiennent au passé. Il n’y a pas de priorité de l’un ou d’autre.

82Ma thèse est que la BEC illustre une situation de plus en plus commune dans la physique de notre temps : la théorie et l’expérience sont inextricables, inséparables l’une de l’autre. En visitant les grands laboratoires, j’ai eu des conversations qui ressemblaient à peu près à ceci. Au sous-sol, où l’on trouve les laboratoires (parce que c’est là qu’il y a le moins de vibrations, la température la plus stable, parce que les appareils sont lourds), on me dit : nous avons de la chance ! Nous avons au quatrième étage une équipe théorique qui nous comprend, qui peut répondre à nos questions. Déterminer les régions où nous devons chercher les observations les plus informatives… Au quatrième étage, on me dit : nous avons de la chance ! Nous avons au sous-sol une équipe expérimentale qui nous comprend, qui peut répondre à nos questions, fournir les données afin d’ajuster nos modèles…

  • 36  Nancy Cartwright, How the Laws of Physics Lie, Oxford University Press, 1983.

83Nous avons parlé des théories, un mot qui désigne les hypothèses les plus générales sur la nature. Nous devons à Nancy Cartwright d’avoir attiré l’attention des philosophes sur les modèles au lieu des théories. Elle et son école avaient raison36. En feuilletant à peu près n’importe quel ouvrage sur le condensat de Bose, on ne trouve pas de présentation des théories. Même chose pour les interventions dans les colloques. On a des gaz dilués, on fait des modèles d’interactions entre deux corps, et après cela, entre trois corps. (Les historiens de la mécanique céleste se souviennent de la théorie des perturbations : la stratégie est la même.) Il n’y a pas simplement des modèles des choses sur lesquelles porte la recherche, les modèles du fonctionnement des appareils sont tout aussi importants. Par exemple, que se passe-t-il lors du refroidissement laser ? Il y a des modèles à chaque niveau de la recherche, commençant par des modèles très locaux, particuliers à une expérience et à ses appareils spécifiques. On passe ensuite à des modèles de plus en plus généraux. Mais dans la vie expérimentale ces modèles n’existent pas isolés et au-dessus de l’expérience. À chaque niveau on trouve des rapports inextricables.

Des révolutions dans les science : une affaire du passé ? De la stabilité et de la surprise

84Les méthodologies officielles d’une époque, ou du moins celles qui sont révérées, sont des miroirs des sciences du moment. Celles de Humphry Davy reflétaient ses propres procédures dans ses recherches en chimie. Le dogme de la réfutation chez Popper traduisait le bouleversement de l’espace de Newton par celui d’Einstein, l’abandon du déterminisme universel par la théorie quantique – les événements de la jeunesse de Karl Popper qui ont enflammé son imagination. La génération suivante, celle de Thomas Kuhn, a dit que c’était plus qu’une réfutation : ce sont des révolutions dans nos systèmes de pensée. Les connaissances a priori d’Emmanuel Kant, l’espace absolu et la causalité déterministe ont été remplacés par le relativisme et le probabilisme. C’est dans ce contexte que tout le monde a pensé en termes de révolution, et que Thomas Kuhn a formulé sa structure des révolutions scientifiques : la science normale – un paradigme – des anomalies – une crise – sa résolution par un nouveau paradigme – une nouvelle science normale. C’était en 1962, il y a presque un demi-siècle. Son livre a préparé le programme des philosophes, historiens et sociologues des sciences pendant des années.

  • 37  T. S. Kuhn, Black-Body Theory and the Quantum Discontinuity, 1894-1912, Oxford, Clarendon, 1978.

85Kuhn suggérait que des révolutions sont nécessaires pour une science : sans révolutions, pas de nouveautés, et la science se flétrit. Et il définit un type de révolution qu’on peut nommer kuhnienne, avec une structure bien déterminée. Kuhn a-t-il raison ? Parlons simplement de la physique, qui nous a donné des cas exemplaires de révolutions kuhniennes, et à laquelle il a consacré un livre37 (sur la révolution planckienne des corps noirs). Ce qui est remarquable dans la physique, après 1962, ce ne sont pas les réfutations ni les révolutions, mais au contraire la stabilité et la croissance. C’est une histoire de la science cumulative. Mon idée est que nous ne devons pas nous attendre en physique à de nouvelles révolutions de type kuhnien. Quand j’ai exprimé cette position, en France, en Allemagne ou au Canada, mes auditeurs ont été un peu choqués. La chose mérite d’être soulignée. Kuhn lui-même a établi le paradigme pour la science, une science coupée de temps en temps par une mutation révolutionnaire. Ne soyons pas trop consternés : en réalité, ma conjecture n’est pas si audacieuse – j’ai simplement dit qu’il n’y aurait sans doute plus d’événements futurs présentant une structure kuhnienne. En physique, le phénomène le plus remarquable depuis cinquante ans est le remarquable succès des prédictions. On a fait de grands investissements au CERN pour trouver le W-boson – et on l’a trouvé en 1983. Aujourd’hui, toujours au CERN, on fait des efforts comparables pour trouver le boson de Higgs, et tout le monde est confiant : on va le trouver.

86On m’a objecté que nous avons besoin des révolutions pour résoudre le problème de la masse manquante dans l’univers. Ou pour parvenir à une théorie complète qui unifie la gravitation dans un monde quantique. On espère que la théorie des cordes deviendra de plus en plus empirique et qu’elle pourra fournir des solutions. Le succès d’une telle théorie sera révolutionnaire ! D’accord, mais parle-t-on d’une révolution de type kuhnien ? Je crois que non. Ma proposition, cette idée que l’ère des révolutions en physique est terminée, n’est pas exactement sérieuse. Je voudrais surtout sonner le réveil : nous, philosophes, nous devons penser la stabilité, pas les réfutations et les révolutions. Nous restons faillibilistes, dans le style poppérien. Mais le concept approprié est la surprise.

87Prenons par exemple la petite histoire du succès inattendu du refroidissement par laser, dont j’ai parlé au § 5. La théorie du refroidissement Doppler prédisait les résultats obtenus par Chu et par Cohen-Tannoudji. Mais William Phillips a démontré que c’était une prévision illusoire. Grande surprise à deux niveaux. Premièrement, parce qu’il existe un phénomène imprévu, l’effet Sisyphe, expliqué par Cohen-Tannoudji. Deuxièmement, parce qu’habituellement les appareils marchent toujours moins bien qu’on ne l’attend ; or dans ce cas, la nature est trop gentille et ils marchent mieux. Grande surprise. Ce n’est pas exactement une réfutation. C’est de la découverte.

Une thèse de Pierre Duhem, très généralisée

  • 38  Pierre Duhem, La Théorie physique, son objet et sa structure, Paris : Chevalier et Rivière, 1906.
  • 39  Ian Hacking,  « The Self-Vindication of the Laboratory Sciences » in A. Pickering, Science as Prac (...)

88Il y a un siècle, dans son chef d’œuvre sur la philosophie des sciences, La Théorie physique, Pierre Duhem (1861-1916) a soutenu qu’une observation ne peut jamais réfuter une théorie38. Une théorie astronomique prédit qu’un phénomène céleste doit être observé en un lieu et un temps prescrits d’avance. On braque le télescope, mais on ne voit rien. Est-ce une réfutation ? est-il nécessaire de réviser la théorie ? Non. On peut toujours modifier la théorie du télescope. Plus récemment, on a parlé de la thèse Quine-Duhem, mais c’est une confusion. Quine parle de la possibilité logique de la modification d’une partie des croyances pour en sauver une autre. Duhem parle de la possibilité physique, ce qui est autre chose. Andrew Pickering et moi-même avons généralisé la thèse de Duhem. On peut modifier la théorie du fonctionnement du télescope, mais on peut aussi modifier le télescope lui-même. J’ai répertorié quinze éléments du laboratoire que l’on peut modifier pour obtenir un rapport stable entre des niveaux de théorie et des modèles, des appareils, des mesures et des observations, et les données et leur analyse. La thèse est que tous ces éléments sont des « ressources plastiques » qu’on modifie afin de donner du monde et de nos productions une vision cohérente et stable39.

89L’histoire du refroidissement par laser illustre parfaitement cette thèse des ressources plastiques. On commence par un dispositif destiné à piéger les atomes, un laser, etc. Ensuite, après les mesures de Phillips, on modifie la théorie de l’appareil, et on finit par modifier l’appareil.

Les « boîtes noires » de Bruno Latour créées sous nos yeux

90Nous ferons les expériences sur le plateau d’une table (§ 1). Une table à lasers n’est pas une simple table ! La table elle-même repose sur des pieds antichocs permettant de l’isoler des mouvements et des vibrations produits par exemple par les camions circulant à l’extérieur. Comment obtient-on un pied antichoc ? On achète la table et ses pieds à une société spécialisée. Tout le monde a une vague idée sur le fonctionnement de ces pieds, un piston, un coussin d’air, peut-être. Mais dans le détail, c’est une boîte noire – coûteuse. Même si on les trouve d’occasion et à bon marché, une série de quatre pieds coûtera au moins 2 000 euros.

91Déjà du temps de Boyle et de la pompe à air, il y avait des fabricants d’instruments scientifiques à Paris, à Londres, et dans d’autres grandes villes. Aujourd’hui, la concurrence fait rage et dans un laboratoire travaillant sur la BEC on trouve aussi bien des appareils fabriqués en France qu’aux États-Unis ou en Chine. Sur la table à lasers, il y a principalement des lasers, des lentilles et des miroirs, le plus souvent des miroirs qui divisent un faisceau en deux, parce qu’il est nécessaire, en même temps qu’on utilise un faisceau pour la manipulation, de vérifier constamment, avec l’autre faisceau, que la lumière a les bonnes propriétés. Nous avons vu que les lasers sont souvent achetés, en particulier dans le rouge, mais que d’autres, dans le bleu, sont encore faits à la main au laboratoire. À une époque, c’était le cas pour tous les lasers. Il y a un processus continuel de passage de l’état artisanal à l’état industriel. Les appareils sont devenus des boîtes noires. Mais, aux expérimentateurs les plus intenses, pas des boîtes absolument fermées. Eric Cornell raconte une leçon importante qu’il a retenue de ses années d’apprentissage à Boulder.

  • 40  « I learned from Carl [Wiemann]’s student, Chris Monroe, as well. I had always been reluctant to m (...)

J’ai beaucoup appris aussi de Chris Monroe, un étudiant de Carl [Wiemann]. J’avais toujours détesté me plonger dans les entrailles des appareils qu’on achetait tout faits, par peur de casser quelque chose. Chris n’avait jamais peur. Il partait du principe suivant : si ce truc ne fait pas ce qu’on a besoin qu’il fasse, est-ce que ce serait vraiment grave si jamais on le cassait ?40

92Dans toutes les expériences que j’ai évoquées, les pièges à atomes sont faits à la main. Ils sont assez grands, de la taille d’un ballon de football, même si les atomes sont piégés dans le vide produit dans une petite boîte, pas noire, mais transparente, en verre. Il faut régler les problèmes d’emplacement de tous les appareils auxiliaires, les caméras pour observer l’expansion du nuage atomique, par exemple. On s’efforce donc de miniaturiser les pièges. L’équipe d’Alain Aspect à Paris a réalisé une « puce » qui sert de piège atomique. Joseph Thywissen, qui a fait un postdoc à Paris, a emporté une de ces puces parisiennes et l’utilise dans son laboratoire à Toronto. Voilà une boîte « noire » – même si elle est littéralement transparente – qui est en cours de transformation, qui passe du stade d’objet artisanal à celui d’objet industriel. Ce n’est que le début – Thywissen essaie actuellement de construire une puce plus appropriée aux contraintes spécifiques de son expérience sur les mélanges bosons-fermions.

Des phénomènes quantiques macroscopiques

93On trouve dans les remarques de Fritz London, après 1945, une fascination pour la possibilité d’« observer » des phénomènes quantiques. Cela sonne comme une contradiction criante, mais en fait cela a du sens. Dans la BEC tous les bosons sont dans le même état fondamental. Habituellement, la superposition des fonctions d’ondes est très complexe, mais quand toutes les ondes sont identiques, la superposition donne une grande onde : on peut « voir » la fonction d’onde de Schrödinger, simplement comme la moyenne des myriades d’ondes des atomes.

  • 41  D. Leibfried et al., « Creation of a six-atom “Schrödinger cat” state », Nature, 438 (1er décembre (...)

94Selon certaines spéculations, pour l’instant plus exotiques que bien fondées, on pourrait produire un chat de Schrödinger macroscopique, c’est-à-dire un état macroscopique qui serait dans une superposition analogue à « mort » et « vivant ». Mais au niveau microscopique, c’est une réalité. C’est même un champ très actif dans la physique des ions, à cause de l’intérêt suscité par la computation quantique. Pour prendre un exemple récent, une équipe du NIST au Colorado vient d’annoncer un « chat » de six ions froids de béryllium, qui sont à la fois dans l’état de « spin-up » (vivant) et de « spin-down » (mort)41.

95La BEC suggère donc une interprétation qui rend la théorie quantique moins abstraite et plus proche de nous. Nous n’entrons pas dans le monde quantique, mais le monde quantique se rapproche de plus en plus de l’échelle des êtres humains. Ici, la physique se rapproche de la métaphysique.

96Mais elle se rapproche aussi de la théorie de la connaissance. J’ai demandé à un expérimentateur très connu : que voulez-vous dire quand vous parlez des ondes quantiques macroscopiques ? Après une longue réflexion, il m’a répondu : c’est macroscopique quand je peux le voir ! Dans Concevoir et expérimenter, je posais la question « voit-on avec un microscope ? » (Je répondais oui). Voit-on des phénomènes quantiques, ou est-ce simplement une façon de parler ?

Questions sur le changement conceptuel : qu’est-ce qu’une molécule ?

  • 42  Henri Poincaré, Électricité et optique, 2e éd., Paris : Gauthier-Villars, 1901, p. 422.

97Le mot « atome » est ancien, mais le mot « molécule » a son origine dans la nouvelle science du xviie siècle. On trouve une définition en 1674, comme « partie très petite d’un corps ». En 1803 : « Petite partie organique, prétendue animée, d’un corps. » Encore en 1901, Henri Poincaré qualifiait de « molécule » ce que nous appelons « électron » : « Les phénomènes électriques sont dus à certains petits corps matériels, extrêmement ténus et chargés d’électricité [...]. Ces molécules matérielles sont des corps solides qui se déplacent sans se déformer. »42 Ce n’est qu’au début du xxe siècle que notre usage est devenu définitif : « Ensemble électriquement neutre d’atomes unis les uns aux autres par liaison chimique » (Le Petit Robert, qui affirme que cet usage a vu le jour au début du xixe siècle – mais pendant un siècle l’usage plus général était courant).

98J’avais pensé que l’usage moderne serait permanent, mais non. Les chercheurs qui travaillent actuellement avec les fermions froids (§ 7(a)) appellent les paires de fermions des molécules. Leur liaison est extrêmement faible en comparaison avec la liaison chimique : aux yeux des chimistes, ce ne seront jamais des molécules. Mais de plus en plus, cette école de physiciens considère même les paires d’électrons – les paires dites de Cooper qui sont à la base de la supraconductivité – comme des molécules. C’est presque un retour à Poincaré ! Mais on retient l’idée que les molécules sont des entités composées, soit d’atomes, soit d’électrons. La nouveauté, c’est que les liaisons entre les entités qui composent la molécule peuvent être de n’importe quel sorte ou force. On suggère qu’il faut repenser même la nature de la liaison chimique. Deborah Jin (note 27) dit aujourd’hui qu’il est évident que les paires de fermions sont des molécules « dans le sens ordinaire du mot » mais dans ses articles publiés autour de 2002, elle se montrait réticente envers cette idée. Le travail avec ces paires de fermions a changé la manière de les conceptualiser.

Les « signatures » de la condensation Bose-Einstein : fait de nature ou fait de société ?

99Pendant les années 1990, la question de la construction sociale de la connaissance scientifique a été portée sur le devant de la scène. L’affaire Sokal, qui en est l’emblème, a fait grand bruit. Dans le chapitre 3 de mon livre sur la construction j’ai distingué trois grands « points de blocage » qui opposent les constructionnistes à la position réaliste et traditionnelle de la plupart des physiciens. Tous les trois sont des variations sur des thèmes philosophiques qui n’ont jamais trouvé de résolution définitive – le nominalisme, par exemple. L’incompréhension perdure entre les deux parties, parce qu’au fond les différences reposent sur des questions non tranchées en philosophie. Il serait utile de recourir à des exemples moins grandiloquents, où tout le monde peut comprendre à la fois la tentation d’un constructionnisme modeste et celle d’un naturalisme modeste. J’ai déjà mentionné un tel exemple.

100À la fin du § 6, j’ai parlé des signatures de la BEC. Je demandais si le choix des images canoniques était déterminé par la nature ou par un hasard de l’histoire. Qui a voulu que la première image, celle de Boulder, s’impose ? La Nature, ou la Société, sous la forme d’une équipe travaillant au Colorado, dont les résultats ont été acceptés par la communauté des chercheurs Bose-Einstein (qui était une petite communauté, en 1995) ? On a ici sous une forme très nette une question concernant la construction sociale dans une science. Une question petite, et nette parce que petite. Elle ouvre un champ nouveau pour la réflexion sur les phénomènes que nous créons en laboratoire. Leurs critères d’identité portent une très grande charge théorique, comme nous l’avons dit plus haut (au § 8). Mais aussi ils portent ce qu’on peut appeler une charge lourde « de signal ».

  • 43  Pour un exemple antérieur dans le même champ de recherche, voir  « Fermionic first for conden-sate (...)

101On recherche un signal caractéristique prouvant qu’on a vraiment produit le phénomène. Souvent le signal se présente de lui-même. Pour Becquerel, dans le cas de l’effet photoélectrique, le signal indiquant qu’il avait produit quelque chose de nouveau et d’inattendu était la différence de potentiel entre les deux électrodes : l’une des deux seulement était illuminée. Surprise ! Un siècle plus tard, on peut expliquer ce signal par une émission d’électrons sous l’effet d’un faisceau de photons de fréquence appropriée. Aujourd’hui, l’effet de surprise a disparu, l’effet photo-électrique est un phénomène banal et les signaux très variés qui l’accompagnent ne sont pas problématiques, en général. Mais comme pour beaucoup de phénomènes nouveaux, il faut déterminer quels signaux sont fiables. On s’attendait à ce que les paires de fermions ultrafroids soient superfluides. Le signal qui en fournit la preuve est le treillis régulier des tourbillons. Dans l’argot des américains que j’ai écouté, en anglais, en Allemagne, en Autriche et en France, c’est cela qui est the smoking gun (l’arme à feu qui émet une volute de fumée qui prouve qu’on vient de s’en servir)43. L’indice décisif, le signal.

102J’ai parlé de six atomes dans l’état du « chat de Schrödinger ». La détection d’un tel état est très subtile : un signal direct est en principe impossible, parce qu’il détruirait la cohérence du système. Donc, les signaux qui confirment la création (le mot des auteurs) de ce phénomène sont très subtils et leur interprétation comme ayant valeur de preuve demande toujours l’acceptation de la communauté.

103À mon avis, le concept du signal décisif est mi-social, mi-naturel. Pour la définition de ce signal, nos modèles concernant la nature du phénomène sont déterminants, mais il y a aussi une part de choix : on préfère un signal très évident pour un observateur humain. Entre le social et la nature il y a aussi les instruments. Les signaux possibles sont déterminés par les types d’appareils employés et par leur histoire, qui est bien sûr contrainte par la nature, mais aussi par l’histoire particulière d’un laboratoire et par ses traditions, par son financement, par les connaissances implicites des chercheurs, etc.

  • 44  « Golden Event », Peter Galison, Image and Logic: A Material Culture of Microphysics, Chicago, 199 (...)

104Dans ses études magistrales sur la physique des hautes énergies, Peter Galison a parlé de l’« événement en or » – parmi des milliards des évènements qui sont registré dans la mémoire de l’ordinateur concernant une expérience, on trouve un événement qui démontre sans la possibilité d’un doute la chose, la particule, ou le phénomène que l’on cherche44. Les événements en or sont analogues aux signaux décisifs, et il y a un mélange caractéristique de détermination par la nature et par le choix social. On note ici un vague relent d’anti-réalisme, mais ce n’est pas grave.

105Cependant, nous ne sommes pas très éloignés d’un anti-réalisme fort. Bas van Fraassen a donné trois conférences à Paris en avril 2005. Il a adopté (en le reconnaissant explicitement) l’expression de « création des phénomènes » que j’avais utilisée en 1983 dans Concevoir et expérimenter. Mais son empirisme (version sophistiquée du positivisme d’Auguste Comte) est anti-réaliste. Pour lui, je crois, le « phénomène » dans mon exemple des fermions ultrafroids, c’est la séquence des photographies de tourbillons. On la trouve, par exemple, dans les deux articles de Nature du 23 juin 2005 (cf. notes 28, 29 ci-dessus). Ce ne sont pas des phénomènes de la phénoménologie, ils sont matériels, reproductibles. Les termes que nous employons pour désigner ces configurations qu’on voit sur les photographies – même le mot « tourbillon » –, sont porteurs d’éléments théoriques. Pour moi, et pour les physiciens, le phénomène, c’est la superfluidité. Les tourbillons réguliers sont des phénomènes qui sont produit dans un condensat superfluide. Van Fraassen proteste qu’on ne peut pas affirmer que ces phénomènes (dans le sens que j’ai indiqué) aient une existence : ni les tourbillons ni la superfluidité. (On les accepte parce qu’ils sont adéquats pour l’organisation de la théorie, mais on n’affirme pas leur existence.) Les choses qui existent sont plus que des configurations sur des photographies. Et elles ne sont pas, dans sa doctrine positiviste, un signal des vrais tourbillons dans une substance ultrafroide et superfluide.

Les enquêtes par analogie. De l’ultrafroid à l’ultrachaud (les étoiles à neutrons). Des cristaux aux treillis optiques

  • 45  A. A. Cournot, Essai sur les fondements de nos connaissances et sur les caractères de la critique (...)
  • 46  Mary Hesse, Models and Analogies in Science, London, Sheed and Ward, 1963 (édition courante, Unive (...)

106Au xixe siècle, l’analogie était au cœur de tous les traités sur la méthodologie de la science. Nous avons cité Humphry Davy, « Les fondations de la philosophie chimique sont l’observation, l’expérience et l’analogie » (note 4). Là où les philosophes du xxe siècle parlent de l’induction, ceux du xixe parlent de l’analogie. Ainsi pour A. A. Cournot (1801-1877), l’induction n’est qu’une simple extrapolation, une affaire d’habitude et de coutume chez Hume. Dans les science, au contraire, le raisonnement par analogie s’élève par l’observation des rapports à la raison des choses45. À ma connaissance, le seul philosophe un peu distingué qui ait donné un traitement sérieux et soutenu à l’analogie, dans la deuxième moitié du xxe siècle, est Mary Hesse46.

107L’analogie elle-même désigne beaucoup de choses. Je m’intéresse à ce qu’elle appelle l’analogie matérielle, mais dans un sens très spécifique : il s’agit d’analogies structurelles entre une espèce de choses et une autre. On ne met pas l’accent sur le raisonnement logique, mais sur la recherche matérielle. Un premier exemple est fourni par la postérité des idées de Rudolf Grimm (note 30 ci-dessus). Le combustible des étoiles à neutrons, ce sont les paires de fermions, les paires d’électrons. L’expérimentation sur les étoiles est évidemment impossible, et la physique de cette combustion est presque inconnue. Mais l’analogie entre les paires froides et les paires chaudes fournira, on l’espère, une clé pour comprendre les étoiles à neutrons.

108Cela, c’est pour le futur. Passons à quelque chose de plus récent, et qui reste d’actualité : le treillis optique, optical lattice. Un cristal est un corps solide qui présente une forme géométrique bien définie, caractérisée par une répartition régulière et périodique des atomes. La forme typique est celle d’un treillis en trois dimensions. Un treillis optique est un « cristal » artificiel, constitué non pas d’atomes, mais de lumière. Quand on oriente deux faisceaux de lumière laser de même fréquence dans des directions opposées, la zone d’interférence produite à la rencontre entre les deux faisceaux présente une alternance de raies claires et sombres, dont la période est la moitié de la longueur d’onde. Avec six lasers, on produit un tel treillis en trois dimensions. On l’utilise pour piéger les atomes des gaz quantiques froids. Mais les mathématiques de ces treillis sont empruntées aux mathématiques des cristaux. Il est possible qu’on puisse utiliser ces treillis optiques pour comprendre les problèmes posés par les cristaux physiques, par exemple dans la supraconductivité à haute température. En bref, on cherche à découvrir les propriétés d’une substance complexe, difficile à manipuler et à modifier, en travaillant sur une substance analogue qui est très facile à contrôler. Ce n’est pas l’argument par l’analogie mais l’enquête par l’analogie, presque une sonde analogique.

En conclusion

109Pour conclure, je voudrais souligner que j’ai choisi un champ très animé de la recherche physique contemporaine. Il est certain que d’autres champs peuvent fournir des illustrations également précieuse. En mettant l’accent sur l’expérience, on oriente les philosophes vers des directions nouvelles, qui ne sont pas inconnues dans une philosophie plus abstraite, mais avec des aspects plus proches de ce qu’est vraiment la science. On n’a pas une image des théories et des modèles organisés selon une simple hiérarchie de complexité, mais des modèles de différents aspects de la recherche. On s’occupe non pas des grands thèmes du constructionnisme et du réalisme scientifique, mais de questions plus concrètes et donc plus susceptibles de recevoir des réponses, par exemple sur les signaux des phénomènes. On gagne une conception plus immédiate du monde quantique quand on pose la question : voit-on ce monde quantique quand on regarde les ondes dites macroscopiques ? Quels sont les principes des enquêtes par analogies, des sondes analogiques ? Est-il vrai que la physique est entrée dans une nouvelle phase, où l’expérience et la modélisation sont absolument inextricables ? Face à toutes ces questions et à d’autres que j’ai abordées, je n’ai donné que des prolégomènes à des recherches philosophiques à venir. Ils suffisent, je l’espère, à faire entrevoir la richesse de ce champ, la philosophie de l’expérience dans la physique.

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Notes

1  Concevoir et expérimenter, Paris, Christian Bourgeois, 1989. Traduction française de Representing and Intervening, Cambridge University Press, 1983.

2  Karl Popper, La Logique de la découverte scientifique, Paris, Payot, 1973, p. 107.

3  Bas van Fraassen, The Scientific Image, Oxford, Clarendon, 1980. Laws and Symmetry, Oxford, Clarendon, 1989, trad. fr. Lois et symétrie, Paris, Vrin, 1994. The Empirical Stance, New Haven, Yale Univesity Press, 2002.

4  Bruno Latour et Steve Woolgar, Laboratory Life : The Social Construction of Scientific Facts, Los Angeles et Londres, Sage, 1979, trad. fr. La vie de laboratoire, Paris, La Découverte, 1988. La deuxième édition anglaise a supprimé l’adjectif « social » du titre, au motif que tout est social ; l’adjectif est ainsi superflu.

5  « Philosophers of Experiment », PSA 1988, Vol. 2 (Evanston, Illinois, 1989), p. 147-155, trad. fr.  « Philosophes de l’expérience », Tracés, n° 9, novembre 2005.

6  Steven Shapin et Simon Schaffer, Leviathan and the Air Pump: Hobbes, Boyle and the Experimental Life. Including a translation of Thomas Hobbes, Dialogus Physicus de natura aeris by Simon Schaffer, Princeton, Princeton University Press, 1985. Trad. fr. Leviathan et la pompe à air. Hobbes et Boyle entre science et politique, Paris, La Découverte, 1998. Noter la différence entre le sous-titre français et le sous-titre anglais ; de plus, la version française n’inclut pas le texte de Hobbes.

7  Peter Galison, Ainsi s’achèvent les expériences. La place des expériences dans la physique du xxe siècle, La Découverte, 2002. Article original : How Experiments End, Chicago, University of Chicago Press, 1987.

8  Mais plus grandes que les tables décrites par Eric Cornell, quand il a rencontré Carl Wiemann (les deux physiciens qui ont produit les premiers condensats de Bose-Einstein en 1995).  « In contrast to the other laser cooling experiments I had seen, which took up the better part of a room, Carl’s experiment could have fit on a card table. » (Eric A. Cornell, Nobel Lecture, 2001)

9  Gérard Mourou,  « Ultrahigh-intensity lasers : Physics of the Extreme on the Tabletop », Physics Today, January 1998, p. 22-28.

10  Philip Anderson, « More is different. Broken Symmetry and the nature of the hierarchical structure of science », Science, 177 (1972), p. 393-396. C’est à Anderson que nous devons le changement de nomenclature de la physique des solides, qui devient « physique de la matière condensée ». Ce changement traduit une modification de la conception du sujet.

11  Peter W. Milonni, The Quantum Vacuum: An Introduction to Quantum Electrodynamics, Boston, Academic Press Inc, 1997. « According to present ideas there is no vacuum in the ordinary sense of tranquil nothingness. There is instead a fluctuating quantum vacuum », p. xiii.

12  P. C. W. Davies, Superforce,  New York : Simon and Schuster, 1985. Trad. fr. Superforce : recherches pour une théorie unifiée de l’univers, Paris, Payot, 1987.  « The vacuum holds the key to a full understanding of the forces of nature », p. 104.

13  « The modern view of the vacuum is closely related to zero-point energy, the energy associated with motion persisting even at the absolute zero of temperature, where classically all motion ceases », p. xiii.

14  Pierre Hadot, Le Voile d’Isis. Essai sur l’histoire de l’idée de Nature, Gallimard, 2004.

15  Le Monde, 20 octobre 2005.

16  Ian Hacking,  « “Style” for historians and philosophers », Studies in History and Philosophy of Science, 23 (1992), p. 1-20. J’utilise le livre de Shapin et Schaffer, op. cit., note 6, pour mon mythe de l’origine. On trouvera quelques remarques sur ce livre dans mon compte-rendu,  « Artificial phenomena », British Journal for the History of Science, 24 (1991), p. 235-241. Je mets l’accent sur la pompe, comme instrument, sur le laboratoire, la création des phénomènes et les objections de Hobbes contre la création de phénomènes nouveaux. Bruno Latour, initiateur de la traduction française et préfacier, met l’accent sur la divergence, au temps de Boyle et Hobbes, entre la science et la société, d’où le sous-titre français, et l’omission de la traduction de la diatribe contre la création des phénomènes.

17  hf = hf0 + ½ mv2, ou f0 est le seuil pour le métal, et ½ mv2 est l’énergie de l’électron émis.

18  R. A. Millikan,  « Albert Einstein on his seventieth birthday » (Pour le soixante-dixième anniversaire d’Albert Einstein) Reviews of Modern Physics, 21 (1949), p. 343. Le rapport de Millikan était intitulé  « A direct photoelectric determination of Planck’s h », ibid., 7 (1916), p. 355 (une détermination photoélectrique directe du h de Planck).  « I spent ten years of my life testing the 1905 equation of Einstein, and contrary to all my expectations, I was compelled in 1915 to assert its unambiguous experimental verification in spite of its unreasonableness, since it seems to violate everything we know about the interference of light. »

19  S. N. Bose, « Plancks Gesetz und Lichtenquantenhypothese », Zeitschrift für Physik, 26 (1924), p. 178-181.

20  A. Einstein,  « Quantentheorie des einatomigen idealen Gases », Sitzungsberichte, Preussischen Akademie des Wissenschaften, Physicalische-Mathematische Klasse, 22 (1924), p. 261-7 ; 23 (1925), p. 3-14.

21  Wolfgang Ketterle,  « Quand les atomes se comportent comme des ondes : la condensation de Bose-Einstein et le laser atomique », conférence Nobel, 8 déc. 2001, p. 126.

22  « I’m betting on nature to hide Bose condensation from us. The last 15 years she has been doing a great job. » G. Taubes, « Hot on the trail of a cold mystery », Science, 265 (1994), p. 184-86. Avec du recul, c’est un bon résumé de l’état de la recherche et de la concurrence quelques mois avant le succès.

23  M. H. Anderson, J. R. Enscher, M. R. Mathews, C. E. Wiemann, E. A. Cornell, « Observation of Bose-Einstein condensation in a dilute atomic vapor », Science, 289 (14 July 1995), p. 198-201. ( « 26 June 1995, accepted 29 June 1995 ».) Sur la simplicité :  « Previous laser traps involved expensive massive laser systems and large vacuum chambers for atomic beam precooling. […] However in the first JILA [Boulder] magnetic trap experiment our lasers were simple diode lasers, the vacuum system was a small glass vapor cell, and the magnetic trap was just a few turns of wire wrapped around it. » « If we wanted to modify our magnetic trap it only required a few hours winding and installing a new coil of wires. This was a dramatic contrast with the hydrogen experiments that, like all state of the art cryogenic experiments, required an apparatus that was the better part of two stories, and the time to modify it was measured in (large) fractions of a year. » Eric A. Cornell et Carl E. Wiemann,  « Bose-Einstein condensation in a dilute gas : the first 70 years and some recent experiments », Nobel lecture 2001, p. 83 et 87.

24  On trouve des photographies dans la conférence Nobel de Wolfgang Ketterle le 8 décembre 2001, figures 16 et 22.

25  Ibid., figure 10.

26  W. Ketterle, D. S. Durfee, D. M. Stamper-Kurn, « Making, probing and understanding Bose-Einstein condensates », Numéro 9904034 v2 dans l’on-line archive de tous les articles depuis avril 1992, http://arxiv.org/archive/cond-mat

27  M. Greiner, C. A. Regal and D. S. Jin, « Emergence of a molecular Bose-Einstein condensate from a Fermi gas », Nature, 426 (2003), p. 537-540.

28  M. W. Zweierlin, J. R. Abo-Schaer, A. Shirotzek, C. H. Schunk and W. Ketterle, « Vortices and superfluidity in a strongly interacting Fermi gas », Nature, 425 (23 June 2005), p. 1047-1051.

29  Rudolf Grimm,  « A quantum revolution », ibid., p. 1035.

30  « The spectacular observation of vortices in a Fermi gas heralds the advent of a new era of research reaching far beyond Bose-Einstein condensation. As an immediate experimental step, interfering light fields can be used to simulate a crystal lattice, providing a unique tool for solving problems in condensed matter physics, And the amazing level of control demonstrated in the work [at MIT] can be extended to more sophisticated systems – mixed Fermi systems could be used to simulate a nucleus of protons and neutrons, or exotic semiconductors. This final proof of superfluidity in a Fermi system opens fantastic new prospects for many different fields of many-body quantum physics. » (Ibid., p. 1036)

31  Les analyses de T. S. Kuhn sur l’attribution de la découverte de l’oxygène – revient-elle à Scheele, à Priestley, ou à Lavoisier ? – sont pertinentes ici. Pour Kuhn, le découvreur est Lavoisier, parce qu’il est le premier à avoir compris ce qu’est l’oxygène.Mais le cas que nous évoquons est plus complexe, même si nous sommes d’accord avec le principe de Kuhn. Von Lenard soutient que c’est lui qui a identifié l’effet photoélectrique – il ne l’a pas simplement produit, il l’a aussi compris : il a démontré par exemple, les rapports entre la fréquence de la lumière et le seuil spécifique du métal nécessaire pour la libération des électrons. Cette question de la priorité et de la découverte originale n’a plus guère d’importance un siècle plus tard, mais on est sans doute fidèle à l’esprit de l’analyse de Kuhn si l’on dit (dans un sens précis) que c’est von Lenard qui a vraiment découvert l’effet photoélectrique (pas Becquerel, ni Hertz) et que Einstein l’a expliqué.

32  Je dois ces renseignements à Aephraim Steinberg, directeur du centre pour l’information quantique et le contrôle quantique à l’université de Toronto. La cohérence d’une telle optique classique ne porte pas, à mon avis, sur les débats philosophiques des années 1980 sur le  « réalisme scientifique ». Mais elle porte sur l’un des trois « points de blocage » qui (selon moi) distinguent les constructionnistes sociaux des anti-constructionnistes : la thèse de la contingence (I. Hacking, Entre Science et réalité : la construction sociale de quoi ?, Paris, La Découverte, 2001). Pour paraphraser ce que j’ai écrit p. 112, l’optique aurait pu se développer de manière non-quantique à partir de 1904 – sans Einstein – et elle aurait pu réussir tout aussi bien que l’optique quantique pendant au moins 70 ans, jusqu’en 1975. À mon avis, c’est peut-être le meilleur exemple pour illustrer un contingentisme véritable, et non pas simplement imaginaire, dans un aspect fondamental de la physique.

33  Dans une interview publiée par la revue Sciences et avenir, j’ai dit que Becquerel avait créé l’effet photoélectrique. C’est imprécis : il l’a produit, il l’a observé sans savoir exactement ce qu’il observait, mais il ne l’a pas créé (au sens où il en aurait produit la première occurrence dans l’histoire de l’univers).

34  Humphry Davy, Elements of Chemical Philosophy, Londres 1812, p. 2. Pour une citation plus complète, voir Concevoir et expérimenter, p. 250 (Representing and Intervening, p. 152).

35  Concevoir et Expérimenter, p. 127.

36  Nancy Cartwright, How the Laws of Physics Lie, Oxford University Press, 1983.

37  T. S. Kuhn, Black-Body Theory and the Quantum Discontinuity, 1894-1912, Oxford, Clarendon, 1978.

38  Pierre Duhem, La Théorie physique, son objet et sa structure, Paris : Chevalier et Rivière, 1906.

39  Ian Hacking,  « The Self-Vindication of the Laboratory Sciences » in A. Pickering, Science as Practice and Culture (Chicago : University of Chicago Press, 1991), p. 29-64. Andrew Pickering, The Mangle of Practice, Chicago, 1995.

40  « I learned from Carl [Wiemann]’s student, Chris Monroe, as well. I had always been reluctant to mess with the innards of a store-bought piece of equipment, lest I break something. Chris’ ever-fearless attitude was, if that gizmo isn’t doing what we need it to do now, how much worse off will we be even if we do break it ? » (Eric A. Cornell, Nobel Lecture, 2001)

41  D. Leibfried et al., « Creation of a six-atom “Schrödinger cat” state », Nature, 438 (1er décembre 2005), p. 639-642. Ici la science est devenue de plus en plus  « grande » – Cette lettre à Nature a 13 auteurs.

42  Henri Poincaré, Électricité et optique, 2e éd., Paris : Gauthier-Villars, 1901, p. 422.

43  Pour un exemple antérieur dans le même champ de recherche, voir  « Fermionic first for conden-sates », sur la recherche présentée ci-dessus (cf. note 29). Physics World, March 2004 :  « The JILA result is the “smoking gun” of a fermionic condensate. »

44  « Golden Event », Peter Galison, Image and Logic: A Material Culture of Microphysics, Chicago, 1992.

45  A. A. Cournot, Essai sur les fondements de nos connaissances et sur les caractères de la critique philosophique, Hachette, 2 volumes, 1851, § 46 - § 49.

46  Mary Hesse, Models and Analogies in Science, London, Sheed and Ward, 1963 (édition courante, University of Notre Dame Press, 1966). Elle commence par un dialogue imaginaire entre Duhem et N. R. Campbell, un philosophe anglais qui, comme Duhem, était également un physicien. N. R. Cambell, Physics, the Elements, 1920, réédition Foundations of Science, New York, Dover, 1954.

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Pour citer cet article

Référence électronique

Ian Hacking, « La philosophie de l’expérience : illustrations de l’ultrafroid », Tracés. Revue de Sciences humaines [En ligne], 11 | 2006, mis en ligne le 11 février 2008, consulté le 12 décembre 2017. URL : http://journals.openedition.org/traces/264 ; DOI : 10.4000/traces.264

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Auteur

Ian Hacking

Collège de France

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