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Qu'est-ce qu'un modèle théorique?
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Les théories physiques permettent de construire des modèles qui rendent raison des phénomènes physiques tels qu'ils nous apparaissent. La notion de modèle n'est pas toujours aisée à assimiler et la tentation peut être grande, dans l'esprit des élèves, de confondre un modèle d'intelligibilité avec la description véridique d'une réalité ontologique.
Pour introduire à cette notion, nous proposons une série de questions, simples, mais propres à mettre un terme à quelques idées reçues :
« Est-ce la Terre qui tourne autour du Soleil ou l'inverse ? »
Nul doute que la classe tout entière répondra unanimement que c'est la Terre qui tourne autour du Soleil et non l'inverse. Le modèle copernicien est bien entré dans les esprits, certainement grâce au fait que l'on parle couramment de « système solaire ».
Cependant, si l'on demande ensuite pour quelle raison on accorde une valeur de vérité plus grande à la proposition « la Terre tourne autour du Soleil » (i) qu'à la proposition « le Soleil tourne autour de la Terre » (ii), les réponses sont moins rapides, moins nombreuses et surtout plus confuses. À cela, et pour compliquer encore un peu l'affaire, on peut ajouter que la proposition « la Terre tourne autour du Soleil » contredit, ou du moins entre en conflit avec l'expérience immédiate, puisque, en tant qu'observateurs terrestres, c'est bien le Soleil que nous voyons se mouvoir autour de la Terre et non l'inverse.
On peut remarquer à l'occasion que si l'on ne peut donner la raison de la foi que l'on accorde à la proposition « la Terre tourne autour du Soleil », c'est qu'il ne s'agit là que d'une opinion. Peut-être la lecture du texte de Bachelard (la Formation de l'esprit scientifique, 1938, Vrin, 1970, p. 13) affirmant que « l'opinion a, en droit, toujours tort », s'impose-t-elle ici.
On parviendra certainement, surtout dans une section scientifique, à l'affirmation suivante : « La valeur de vérité des deux propositions énoncées ci-dessus dépend du référentiel que l'on choisit. » En tout état de cause, les deux propositions ne peuvent être vraies toutes les deux en même temps et sous le même rapport.
Dès lors une question se pose : pourquoi considère-t-on que (i) est « plus vraie » que (ii) ? Pourquoi opter pour un modèle héliocentrique plutôt que pour un modèle géocentrique ?
« Que nous déclarions avec Ptolémée : la Terre est le centre immobile de l'univers et le Soleil tourne autour d'elle avec toutes les étoiles, ou que nous disions avec Copernic, la Terre est un grain de poussière dans le cosmos qui tourne en un jour sur lui-même et en un an autour du Soleil, ces deux assertions ne sont [...] que deux manières différentes de formuler des observations. » (Max Planck, L'Image du monde dans la physique moderne, Ed. Gonthier, p. 98)
Les deux théories seraient donc équivalentes puisque le choix d'un référentiel, dans l'espace, est toujours libre.
C'est le moment d'aborder un des critères d'évaluation des modèles théoriques, à savoir la simplicité. On peut envisager ici de construire un schéma des positions relatives de la Terre et de Mars, par exemple, dans le cadre d'un modèle géocentré...
 Sur le schéma, on peut voir, au centre, la Terre, point fixe et immobile, et, en pointillés, la trajectoire décrite par Mars. |
On comprendra que le choix d'un référentiel pour rendre compte de mouvements relatifs est un choix de simplicité. En d'autres termes la Terre tourne autour du Soleil parce qu'en prenant le Soleil comme origine on peut construire un système dans lequel toutes les planètes du système solaire se déplacent selon des trajectoires elliptiques, ce qui fait dire à Max Planck que « nous devons saluer l'œuvre de Copernic non pas comme une découverte révolutionnaire mais comme une invention géniale » (op. cit., p. 99).
Physique en ligne
Sur le thème « physique et réalité », on lira quelques propositions du physicien Jacques Léon.
http://perso.club-internet.fr/jac_leon/
Sur le principe de simplicité en physique et ses implications métaphysiques, voir l'article de Véronique Le Ru.
http://www.sciencesetavenir.com/
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