La notion de beauté en science

«Dans l’histoire des sciences, des modèles qui furent proposés en raison même de leur beauté se sont révélés parfois illusoires», écrit l'auteur.
Photomontage: «Argument», numéro printemps-été 2020 «Dans l’histoire des sciences, des modèles qui furent proposés en raison même de leur beauté se sont révélés parfois illusoires», écrit l'auteur.

En raison d’un biais anthropocentrique, nous trouvons souvent belles des formes produites par la nature. La construction du nid de l’abeille domestique, par exemple, avec sa structure hexagonale, émerveille. Cet émerveillement contribue parfois à susciter des vocations scientifiques. Ainsi, c’est la sensation de sublime ressentie lorsque j’étais adolescent en étudiant les belles images de galaxies reproduites dans un atlas qui m’a motivé à entreprendre une carrière en astronomie. Comme m’en ont convaincu des échanges avec des scientifiques de diverses disciplines, une telle émotion esthétique expérimentée durant l’adolescence est à l’origine de maintes carrières.

Cette attirance pour ce qui est beau a-t-elle toutefois un rôle à jouer dans la démarche scientifique ?

Dans son autobiographie, le biologiste britannique Francis Crick, codécouvreur de la structure moléculaire de la molécule ADN, estime que l’impact de cette découverte fut dû en grande partie à la beauté intrinsèque de la double hélice de l’ADN : « It is a molecule that has style… », déclara-t-il. Et en effet, on apprécie cette dimension esthétique lorsqu’on voit les différentes représentations de la molécule ADN, comme un double enroulement élégant de toute une gamme de molécules de phosphates, de sucres et de bases azotées.

Clarifions cependant un point par rapport à ce sentiment esthétique en sciences. Si l’expérience esthétique de l’artiste-peintre ou du musicien implique le plus souvent une émotion dans l’acte de création, le scientifique quant à lui procède différemment : dans sa démarche, il ne doit pas être influencé par des préjugés ou des émotions, qui pourraient le distraire et l’amener à faire des choix subjectifs. Or, il n’est pas pour autant une machine désincarnée et la plupart des scientifiques ont connu, à un moment magique de leur carrière, un tel frisson face à un résultat ou à une découverte. Comme devant des peintures de Johannes Vermeer ou des sculptures de Michel-Ange, j’ai eu la chair de poule durant la nuit en observant le ciel. J’ai raconté un tel évènement dans Les carnets d’un astrophysicien (MultiMondes, 2013) : « Du sommet de Mauna Kea, j’ai vu de spectaculaires tempêtes de météores et d’étoiles filantes, comme les Léonides de novembre 2004. […] Je me souviens d’un bolide en particulier qui traversa la moitié du ciel pour éclater contre la constellation d’Orion, comme si la voûte du ciel se déchaînait pour abattre le personnage mythologique. »

À ce propos, l’astrophysicien indo-américain Subrahmanyan Chandrasekhar, lauréat du prix Nobel de physique en 1983, a écrit un livre intéressant sur cette expérience de la beauté en sciences (Truth and Beauty. Aesthetics and Motivations in Science, University of Chicago Press, 1987). Il a tenté d’expliquer pourquoi on considère qu’une chose est belle en sciences. Il a ainsi posé deux critères. Le premier a pour auteur le philosophe anglais Francis Bacon : « Il n’y a pas de réelle beauté qui n’ait d’étrangeté de proportion. » Le second fut formulé par le physicien allemand Werner Heisenberg : « La beauté est la conformité des parties l’une par rapport à l’autre et au tout. »

La théorie de la relativité générale, qui relie et juxtapose les concepts d’espace et de temps, satisfait pleinement à ces deux critères mis en avant par Chandrasekhar. Que temps et espace deviennent siamois est étrange, et leur fusion produit un tout unifié qui nous fait comprendre que le temps paraît ralentir dans l’espace courbé par les masses. De son côté, la structure en double hélice de l’ADN dont il était question plus haut parait a posteriori d’une surprenante simplicité : elle permet de comprendre comment une combinaison de molécules actionne les multiples processus des organismes vivants, et elle explique brillamment le mécanisme de l’hérédité par la partition de la double chaîne moléculaire et le collage subséquent de ses parties aux segments miroirs provenant d’organismes de la même espèce, mais de sexes différents.

Un tel sentiment esthétique peut cependant se révéler trompeur. Dans l’histoire des sciences, des modèles qui furent proposés en raison même de leur beauté se sont révélés parfois illusoires. Le cas le plus célèbre à cet égard est celui de l’astronome Johannes Kepler. Pour celui-ci, la disposition des planètes ne pouvait pas être irrégulière, « comme si elle résultait du hasard de semailles », puisque « Dieu est toujours géomètre ». Le jeune Kepler proposa par conséquent un étonnant modèle géométrique du système solaire afin d’expliquer la position des planètes autour du Soleil.

Puisant dans le livre XIII de géométrie d’Euclide, il emboîta le tétraèdre, le dodécaèdre, l’icosaèdre et l’octaèdre les uns dans les autres, puis traça des cercles autour d’eux et en obtint six, correspondant aux orbites des six planètes alors connues (Mercure, Vénus, Terre, Mars, Jupiter et Saturne). Malgré son élégance, le modèle de Kepler était faux. Le jeune astronome allemand eut néanmoins le mérite d’appliquer une rigueur géométrique et mathématique nouvelle à la description du positionnement des astres. Ce qui l’amena dans Astronomia Nova (1609) à dériver sa théorie du mouvement orbital des planètes comme étant des ellipses. Or, cette fois-ci, sa description était d’autant plus révolutionnaire qu’elle était exacte et mathématiquement simple.

Ainsi que le prouve cet exemple de Kepler, il faut donc se méfier de la notion de beauté en sciences ; elle peut être un piège. Mais cela ne m’empêche nullement de m’émerveiller devant mes iris fleuris, le colibri furtif ou le tourbillon des cent milliards d’étoiles de la galaxie Messier 51 située à vingt-trois millions d’années-lumière.

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Des Idées en revues

Chaque mardi, Le Devoir offre un espace aux artisans d’un périodique. Cette semaine, nous vous proposons une version abrégée d’un texte paru dans la revue Argument, printemps-été 2020, volume 22, no 2.



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