L'Hypothèse

L’HYPOTHÈSE

La fonction explicative de l’hypothèse

Dans un Traité de la pesanteur de la masse de l’air qui ne sera publié qu’après sa mort en 1663, Pascal dresse l’inventaire des principaux effets attribués traditionnellement à « l’horreur du vide ». Bien que l’expérience courante les ait rendus familiers, ces effets sont proprement des « phénomènes », susceptibles par eux-mêmes d’intriguer, d’étonner, de provoquer en nous le besoin d’une explication. Lorsqu’une seringue trempe dans une bassine d’eau et qu’on en tire le piston, pourquoi l’eau monte-t-elle comme si elle adhérait à ce piston ? Et quand une bouteille pleine est renversée dans une bassine d’eau, pourquoi l’eau de la bouteille demeure-t-elle suspendue au lieu de s’écouler ? Ces deux faits n’ont plus rien d’étrange, prétendent certains, si nous supposons dans la nature une tendance générale à empêcher la formation d’un espace qui serait dépourvu de toute matière, un espace dans lequel l’air lui-même ne pourrait pénétrer, bref un espace physiquement « vide ». C’est bien un espace vide qui se formerait, argumentent-ils, si l’eau restait immobile quand on tire le piston de la seringue sans que l’air puisse s’y introduire. Et un autre espace vide apparaîtrait dans la bouteille renversée si l’eau qu’elle contient s’écoulait sans que l’air puisse la remplacer. Supposer que la nature a horreur du vide, concluent-ils, permet d’expliquer pourquoi l’eau monte dans la seringue et reste suspendue dans la bouteille.

Lorsqu’une supposition est ainsi dotée d’une fonction ou prétention explicative, nous l’appelons une « hypothèse ». On n’utilise pas ce mot lorsque l’acte de supposer permet seulement de s’évader de la réalité. On ne parle d’hypothèse que si cette évasion est censée faire découvrir, au-delà ou en-deçà du niveau de la réalité constatable (le niveau où nous voyons l’eau monter dans la seringue et rester en suspension dans la bouteille), un autre niveau de réalité, une réalité cachée (par exemple celle de la prétendue horreur du vide) susceptible de rendre compte de ce que nous voyons. La fonction de l’hypothèse est ainsi, comme le dit Karl Popper, « d’expliquer le connu par l’inconnu ». De là vient la possibilité d’imaginer plusieurs hypothèses concurrentes pour expliquer un phénomène donné : par définition, il n’y a pas d’alternative au fait déjà connu qu’on cherche à comprendre, mais il y en a toujours, du moins en droit, au principe inconnu qu’on invoque pour le comprendre. Nous pouvons par exemple, affirme justement Pascal, expliquer tous les effets que la tradition attribue à l’horreur du vide par une hypothèse complètement différente, celle de « la pesanteur de la masse de l’air ». Supposons que l’air pèse, et que sa pesanteur exerce, sur l’eau de la bassine, une pression comparable à celle d’un poids sur le plateau d’une balance. Lorsqu’on plonge dans la bassine une seringue ou une bouteille d’eau renversée, l’air pèse sur toute la surface de l’eau sauf sur le lieu occupé par la seringue ou la bouteille : situation comparable à celle d’une balance dont seul l’un des plateaux porte un poids, l’autre subissant alors une poussée vers le haut. C’est une poussée semblable qui explique la montée de l’eau dans la seringue et sa suspension dans la bouteille renversée. Ce qui anime la nature dans des phénomènes de ce genre, soutient donc Pascal, c’est le principe mécanique de « l’équilibre des liqueurs », et non « l’horreur » qu’elle éprouverait à l’égard d’un vide qu’elle tolère au contraire avec indifférence, n’éprouvant à son égard, comme à l’égard du reste, aucune espèce de sentiment.

Une pure et simple supposition n’a pas à être confirmée par l’expérience. Il n’en va pas de même quand la supposition est une hypothèse, quand elle prétend dévoiler un aspect encore inconnu de la réalité et doit en conséquence justifier cette prétention : entre l’hypothèse de l’horreur du vide et celle de la pesanteur de la masse de l’air, il faut choisir, l’expérience doit pouvoir trancher. Mais si la fonction explicative de l’hypothèse nous oblige ainsi à poser la question de sa vérité ou de sa fausseté, de sa confirmation ou de sa réfutation, ce n’est pas elle qui nous permettra d’y répondre. N’importe quelle hypothèse serait automatiquement confirmée s’il était permis d’invoquer comme preuve le fait même qu’elle est chargée d’expliquer. Celui qui rend compte du mouvement de l’eau dans une seringue par l’horreur du vide ne pourra pas, si on lui demande « Mais qu’est-ce qui vous prouve que la nature a bien horreur du vide ? », se contenter de répondre « Voyez donc comme l’eau monte dans la seringue ! » Pour éviter de tomber dans un raisonnement circulaire de ce genre, il devra chercher la confirmation de son hypothèse, non dans le domaine des phénomènes bien connus qu’elle explique déjà, mais dans celui des phénomènes encore inconnus qu’elle permet de prédire. À la fonction explicative de l’hypothèse doit donc s’ajouter une autre fonction : la fonction prédictive.

La fonction prédictive de l’hypothèse

Considérée dans sa fonction explicative, une hypothèse repose sur le raisonnement suivant : « Si je suppose x, le phénomène bien connu y, qui m’intriguait tant, n’a plus rien d’étonnant ». Considérée dans sa fonction prédictive, elle repose sur le raisonnement suivant, tout différent : « Si j’ai raison de supposer x pour expliquer le phénomène y, un autre phénomène non encore connu, le phénomène z, doit se produire, alors qu’il ne se produira pas si j’ai tort ».

Deux conditions doivent être remplies pour que ce raisonnement « hypothético-déductif » soit pertinent. La première est qu’on puisse effectivement déduire de l’hypothèse x autre chose que le phénomène y pour lequel on l’a conçue, bref que l’hypothèse x ne soit pas une hypothèse strictement sur mesure, une « hypothèse ad hoc » selon l’expression consacrée. Doit être éliminée toute hypothèse dans laquelle l’explication proposée ne contient au fond rien de plus que la chose même qu’il faudrait expliquer : pseudo-explication dont le modèle reste la fameuse « vertu dormitive de l’opium », censée fournir la raison pour laquelle l’opium fait dormir. Exactement calibrée sur le phénomène qu’elle vise, ne le dépassant en rien, une hypothèse de ce genre ne prédit que lui, ne peut être confirmée que par lui et ne manquera donc jamais de l’être, ce qui ôte toute valeur à cette prétendue confirmation.

L’horreur du vide n’est pas une hypothèse ad hoc. Celui qui l’invoque pour expliquer le mouvement de l’eau dans la seringue, ou sa suspension dans la bouteille renversée, peut en déduire d’autres conséquences. Si c’est bien pour empêcher la formation d’un espace vide d’air que l’eau monte dans une seringue, dira-t-il par exemple, je peux prédire qu’elle ne montera plus lorsque la seringue sera fendue et que l’air pourra y pénétrer. Pour la même raison, ajoutera-t-il, l’eau doit s’écouler de la bouteille renversée si celle-ci est percée. Or si l’expérience la plus courante montre qu’effectivement l’eau ne monte pas dans une seringue fendue et s’écoule d’une bouteille percée, cela ne constitue évidemment pas une confirmation de l’horreur du vide. Il faudrait pour cela que ces deux conséquences ne puissent être tirées que de cette hypothèse, qu’elles soient incompatibles avec n’importe quelle autre, particulièrement avec l’hypothèse de la pesanteur de la masse de l’air. Telle est la seconde condition à remplir pour que la fonction prédictive fournisse à l’expérience la possibilité d’une confirmation ou d’une infirmation : la prédiction doit être spécifique, discriminante. Cette condition n’est pas remplie dans notre exemple précédent : ce que nous avons déduit de l’horreur du vide, nous pouvons aussi bien le déduire de la pesanteur de l’air. Si c’est la pression qu’exerce l’air sur la surface de l’eau et non dans la seringue qui fait monter l’eau, celle-ci ne doit plus monter lorsque la seringue est fendue et que la pression de l’air s’exerce partout de façon égale. Et pour la même raison, l’eau s’écoulera de la bouteille renversée si celle-ci est percée et par conséquent ouverte à la pression de l’air. Les deux hypothèses concurrentes étaient équivalentes quant aux faits qu’elles permettaient d’expliquer, elles continuent de l’être pour beaucoup de ceux qu’elles permettent de prédire. On imagine mal toutefois, tant elles sont différentes, que toutes les prédictions faites à partir de l’une puissent l’être également à partir de l’autre. Il doit bien y avoir entre elles une implication discriminante, une conséquence déductible de la première mais incompatible avec la seconde.

Chercher l’implication discriminante entre l’hypothèse de l’horreur du vide et celle de la pesanteur de l’air, soumettre cette implication à une expérience qui soit enfin décisive, tel est précisément l’objectif de Pascal dans les différents traités qu’il écrit sur le sujet. Décisive, l’expérience réalisée en 1644 par Torricelli ne l’est pas encore à ses yeux. Ayant rempli de mercure un tube de verre d’un mètre et l’ayant retourné dans une cuve elle-même pleine de mercure, Torricelli avait constaté que tout le mercure ne s’écoule pas, qu’il en reste toujours dans le tube jusqu’à une hauteur de 76 cm. Les conclusions qu’il en tirait étaient, en premier lieu, que les 24 cm. d’où le mercure s’est retiré, et où l’air n’a pu pénétrer, forment bel et bien un espace vide, toléré sans difficulté par la nature, en second lieu que la hauteur de 76 cm. à laquelle le mercure s’arrête toujours constitue une mesure, la mesure de la pression de l’air sur la mercure de la cuve, bref que ce dispositif expérimental est ce que nous appelons un baromètre. Conclusions correctes, estime Pascal, mais qui n’interdisent pas au partisan de l’horreur du vide la possibilité de lire tout autrement le résultat de l’expérience. La hauteur de 76 cm., dira-t-il, est bien une mesure, mais ce qu’elle mesure n’est rien d’autre que la force de répulsion de la nature à l’égard du vide. Certes, conviendra-t-il, cette force est limitée, elle ne peut interdire complètement la formation d’un espace vide, mais son opposition contraint cet espace à ne jamais dépasser un certain minimum, à savoir les 24 cm. Pour que l’expérience de Torricelli devienne décisive, suggère Pascal, il faudrait l’effectuer en deux lieux différents par leur hauteur, par exemple au pied d’une montagne et à son sommet. Il est en effet « bien certain », écrit-il, « qu’il y a beaucoup plus d’air qui pèse sur le pied de la montagne que non pas sur son sommet, au lieu qu’on ne saurait pas dire que la nature abhorre le vide au pied de la montagne plus que sur son sommet ». Voici enfin, estime-t-il, l’implication discriminante entre les deux hypothèses, le moment où la double lecture des phénomènes doit laisser la place à une alternative sans appel. S’il s’avérait que la hauteur de mercure dans le tube est exactement la même au sommet, là où la masse d’air pesant sur la cuve est moindre, qu’au creux de la vallée où elle est plus grande, la preuve serait faite que cette hauteur ne dépend en rien de la pesanteur – variable - de l’air, et mesure une force constante telle que l’horreur du vide. Mais l’expérience montre au contraire que la hauteur du mercure est différente, toujours plus élevée au pied de la montagne qu’à son sommet, différence dont seule une grandeur variable telle que la pesanteur de l’air peut rendre compte.

Le problème de l’expérience cruciale

Le philosophe anglais Francis Bacon (1561-1626) aurait sans doute rangé l’expérience imaginée par Pascal parmi celle qu’il nomme des « instances (ou « exemples ») de la croix », empruntant cette formule, écrit-il, « aux croix qui, dressées aux bifurcations, indiquent et signalent la séparation des chemins » (Novum Organum, 1620). La postérité consacrera l’image de la croix dans l’expression « expérience cruciale ». Cette image suggère une parfaite symétrie entre le verdict négatif et le verdict positif de l’expérience : deux explications concurrentes étant proposées, l’expérience sera « cruciale » si elle permet à la fois, d’un même mouvement, de réfuter l’une à jamais et de confirmer l’autre pour toujours. Avant l’expérience, les deux explications étaient encore des hypothèses, des suppositions prétendant rendre compte, d’une façon plausible, de la réalité visible. Pour deux raisons inverses, elles ne sont plus censées l’être après l’expérience. Celle qui a été réfutée, dira-t-on, est du même coup détruite en tant qu’hypothèse : plus personne ne peut continuer à la supposer. Quant à l’autre, elle est également, bien qu’en un tout autre sens, détruite en tant qu’hypothèse : nous n’avons plus à la supposer, nous pouvons désormais l’affirmer comme une certitude.

En réfutant l’hypothèse de l’horreur du vide, l’expérience de Pascal a-t-elle du même coup transformé en vérité certaine l’hypothèse concurrente de la pesanteur de la masse de l’air ? Rien ne prouve que ces deux hypothèses soient les seules façons d’expliquer les phénomènes dont nous avons parlé. Est-il impossible que soit conçue un jour une troisième hypothèse qui permettrait d’expliquer d’une manière inédite tout ce qu’explique déjà celle de Pascal, y compris la différence entre la hauteur du mercure au pied de la montagne et à son sommet, mais s’opposerait à elle sur certaines prédictions, rendant ainsi nécessaires de nouvelles expériences décisives ? Prendre au sérieux ce genre d’éventualité nous incite à penser qu’une hypothèse scientifique ne cesse pas et ne cessera jamais, quoi qu’il arrive, d’être une hypothèse, qu’aucune confirmation ne l’arrachera à son statut conjectural pour la faire basculer dans l’univers des certitudes acquises. Ne donnons pas à cette idée une signification restrictive, comme s’il fallait regretter que les énoncés scientifiques « ne soient que » des hypothèses, comme si cela les privait d’un accomplissement désirable. Tenir une hypothèse pour certaine, exclure la simple possibilité qu’elle soit un jour démentie, ce n’est pas l’accomplir, c’est l’amputer de la fonction prédictive qui lui donnait toute sa fécondité, c’est la ramener à sa seule fonction explicative.

Certes, dira-t-on peut-être, quand l’expérience confirme la prédiction fondée sur l’une des deux hypothèses en conflit, cette confirmation ne peut être que provisoire, d’autres expériences pouvant toujours infirmer la même hypothèse sur d’autres prédictions. En revanche, la réfutation de l’hypothèse concurrente est bel et bien définitive : puisque l’hypothèse de l’horreur du vide conduit à prédire que la hauteur du mercure sera toujours la même quel que soit le lieu, et puisque l’expérience montre que cette hauteur varie avec l’élévation, l’horreur du vide n’est plus une supposition admissible, c’est désormais une erreur reconnue. Pour que cette conclusion soit incontestable, il faudrait toutefois que la prédiction soumise à l’expérience se déduise exclusivement de l’hypothèse incriminée. Ce n’est pas le cas. Si je prends pour unique prémisse « la nature a horreur du vide », sans lui ajouter aucune autre hypothèse, je ne peux rien en déduire concernant la hauteur d’une colonne de mercure au pied d’une montagne ou à son sommet. Cette déduction ne sera possible que si je joins implicitement à ma prémisse une autre hypothèse totalement indépendante, si je suppose par exemple que la propriété essentielle d’une tendance relevant de la « nature » est d’être identique dans le temps et dans l’espace. C’est l’addition des deux hypothèses me fera prédire, à tort, que la hauteur du mercure doit être identique dans les deux cas. Il en va toujours ainsi : ce qu’une expérience réfute, ce n’est jamais une hypothèse parfaitement isolée, c’est le système qu’elle forme avec une ou plusieurs autres suppositions tenues pour évidentes. Nous savons alors qu’une certaine partie de ce système doit être condamnée, mais nous ignorons laquelle. Les adversaires de Pascal auraient donc pu, sans absurdité, lui opposer que ce qui est réfuté par son expérience, c’est l’idée qu’on se fait d’une tendance naturelle, non l’idée que repousser le vide est une tendance naturelle.

Les deux arguments qui viennent d’être formulés – le premier montrant qu’en toute rigueur aucune confirmation expérimentale ne transforme une hypothèse en certitude, le second établissant qu’en toute rigueur aucune infirmation expérimentale n’interdit de continuer à défendre une hypothèse – nous les trouvons développés dans l’ouvrage de Pierre Duhem La théorie physique, son objet, sa structure (1906). Duhem en tire la conséquence qui lui semble s’imposer, à savoir, selon ses propres termes, que « l’experimentum crucis est impossible en physique ». Voilà bien ce qui fait problème dans la notion d’expérience cruciale : logiquement impossible comme le veut Duhem, elle est pourtant historiquement réelle. Car c’est un fait historique que l’expérience de Pascal a été cruciale, sinon au sens premier, baconien, où l’image de la croix implique une symétrie parfaite entre le verdict positif et le verdict négatif, du moins dans l’usage plus ordinaire où l’adjectif « crucial » désigne ce qui met fin à l’indécision, ce qui fait qu’il ne reste plus qu’une voie à emprunter là où deux s’ouvraient auparavant. Nous l’avons vu, l’hypothèse de l’horreur du vide aurait pu être défendue malgré cette expérience, mais c’est un fait qu’elle ne l’a pas été. Ses partisans pouvaient, certes, la rendre capable de prédire ce qu’il fallait prédire, à savoir que les mesures sont différentes en bas et en haut d’une montagne, mais ils ne pouvaient le faire sans la transformer du même coup en une hypothèse ad hoc, exactement adaptée au phénomène à expliquer. Il leur était impossible de la présenter comme équivalente, dans ses conséquences, à l’hypothèse concurrente, qui prédit cette différence comme un cas particulier du principe général de l’équilibre des liqueurs. Ce que la pure logique leur permettait, une exigence méthodologique supérieure le leur interdisait.

En lien avec cette notion, on pourra lire, dans le chapitre « Penser avec les maîtres » :

- Pascal : Faute de mieux

- Popper : L’erreur est humaine

Dans le chapitre « Explications de textes » :

- Bachelard : L’expérience, sa réussite, son échec

- Goodman : L’énigme de l’induction

- Pascal : La règle de méthode

- Popper : En quel sens les sciences parlent-elles de nos expériences ?

Et dans le chapitre « Notions » :

- L’Expérience

- La Méthode

- Le Phénomène