THÉORIE, sciences

Chacun, ne serait-ce que par ouï-dire, connaît des théories scientifiques : théorie de la gravitation de Newton, théorie de la descendance avec modifications par la sélection naturelle de Darwin, théorie de la relativité restreinte d'Einstein, théorie quantique de Planck, théorie de l'information de Shannon, etc. Ces informations autorisent une première approche des caractéristiques d'une théorie scientifique, notamment d'une théorie physique.

Les caractères principaux d'une théorie scientifique

L'œuvre maîtresse de Newton, les Philosophiae naturalis principia mathematica, publiée à Londres en 1687, présente de manière exemplaire les traits essentiels d'une théorie physique.

En premier lieu, cette théorie a des vertus synthétiques. Elle apporte une vision d'ensemble d'un vaste champ du savoir et rassemble de nombreuses lois naturelles. Elle réunit la nouvelle dynamique, fondée par Galilée, et la nouvelle astronomie, à laquelle Kepler a apporté une contribution décisive. Elle soumet à une même loi les phénomènes célestes (mouvements des planètes et des comètes) et les phénomènes terrestres (chute des corps, mouvements des marées, etc.). Cette vision d'ensemble porte à son point d'achèvement la destruction, initiée par Copernic, de la vision aristotélicienne d'un cosmos finalisé et hiérarchisé.

En deuxième lieu, cette théorie se présente sous une forme déductive. Elle comprend des propositions, qui valent à titre de principes, dont d'autres propositions sont déduites à titre de conséquences. Les principes sont énoncés dans deux rubriques qui précèdent les trois livres qui étudient les phénomènes de la nature. L'une s'intitule « Définitions », l'autre « Axiomes et lois du mouvement ». C'est dans celle-ci que sont énoncés les trois grands principes de la mécanique newtonienne (principe d'inertie, proportionnalité de la force et de l'accélération, égalité de l'action et de la réaction). Sur la base de ces définitions et de ces axiomes, Newton démontre mathématiquement les propositions du livre I, consacré au mouvement des corps sous l'action des forces centrales, mobilisant les méthodes mathématiques disponibles (la géométrie classique d'inspiration euclidienne), et en inventant de nouvelles pour répondre aux exigences des développements théoriques qu'il envisage (étude des coniques et raisonnements de géométrie infinitésimale). Il reconstruit alors les phénomènes de la nature sur la base des connaissances mathématiques ainsi réunies. Cette mathématisation de la nature confère à la théorie physique ses vertus d'intelligibilité. La théorie explique dans l'exacte mesure où elle autorise la déduction des lois de la nature à partir d'un corps de principes et de définitions. De même qu'un théorème mathématique est rendu intelligible par sa démonstration, qui s'appuie sur d'autres théorèmes préalablement établis, la physique de Newton permet de déduire que les orbites des planètes sont elliptiques, comme Kepler l'avait établi expérimentalement.

En troisième lieu, cet édifice théorique présente des vertus heuristiques. Il guide ainsi les investigations scientifiques, autorise la prédiction de nouvelles observations, apporte les secours de méthodes éprouvées pour analyser les phénomènes naturels. Une théorie constitue un programme de recherche, et celle de la gravitation universelle voguera ainsi de succès en succès pendant deux siècles avant d'être, à son tour, contestée. À la fin du xix^e siècle, il devient patent que les principes de l'électromagnétisme sont irréductibles à ceux de la physique newtonienne. En 1905, dans l'article fondateur de la relativité restreinte, Albert Einstein réunifie la mécanique et l'électromagnétisme[...]