Quiconque a appris un morceau sur la partition connaît le stade où toutes les notes sont justes et où rien ne se passe. Les doigts trouvent les touches dans l’ordre. On compte le rythme, on respecte les silences, les nuances sont notées au crayon et on leur obéit. Un professeur qui écouterait depuis la pièce voisine n’entendrait aucune faute. Et celui qui joue sait, avec une gêne difficile à nommer, que le morceau n’est pas encore arrivé. La suite est correcte. Il manque autre chose.

La physique connaît une version de cette gêne, et ce n’est pas le signe d’un échec. Nous savons calculer le couple exercé sur une clé, tracer l’orbite d’une planète des siècles à l’avance, prévoir de combien une poutre fléchira sous une charge. Les équations marchent, et leur succès est réel. Mais savoir comment un système se comporte n’est pas toujours savoir ce qui, au fond, le fait se comporter ainsi. Une loi peut nous dire comment des grandeurs varient ensemble sans rien dire de ce que fait le monde pendant qu’elles varient.

I. Le rouleau qui joue juste

Au début du XXe siècle, les salons bourgeois d’Europe et d’Amérique se sont remplis de pianos mécaniques. En France, Gustave Lyon conçut pour Pleyel la Pleyela. Un rouleau de papier perforé défilait sur une barre percée de trous ; chaque perforation laissait passer l’air dans un conduit, et le conduit frappait une touche. Le rouleau était une partition devenue littérale, une suite d’instructions qui n’avait besoin d’aucun lecteur. Il jouait Chopin sans une fausse note, et personne dans le salon ne croyait que le rouleau comprenait Chopin. Stravinsky, qui écrivit en 1917 une Étude pour pianola, s’intéressa à la machine précisément parce qu’elle jouait sans interpréter.

Le rouleau est le cas limite du savoir qui ne connaît que ce qui suit quoi. Il contient toute la suite et rien d’autre. Son existence rend visible une distinction qu’on brouille facilement chez les humains : entre posséder le motif et posséder ce dont le motif est le motif.

L’analogie a une limite, et il vaut mieux la dire avant de la faire travailler. La musique n’est pas un mécanisme caché derrière la notation, comme un rouage derrière le cadran d’une horloge. Ce que la partition laisse ouvert n’est pas un fait dissimulé mais une rencontre : une interprétation, un auditeur, une heure. L’Art de la fugue de Bach n’indique même pas l’instrument auquel il est destiné ; clavecin, orgue, quatuor à cordes et ensemble de cuivres le jouent à partir des mêmes notes. La physique est différente. Quand nous demandons ce qu’est la gravité, nous soupçonnons qu’il existe une réponse, et que nos équations se taisent à son sujet.

II. Je ne feins pas d’hypothèses

Isaac Newton connaissait ce silence de l’intérieur. Les Principia donnaient une loi de gravitation universelle qui allait de la pomme qui tombe aux marées et à l’orbite de la Lune, et ne disaient rien de la manière dont un corps en attire un autre à travers l’espace vide. Leibniz et les cartésiens l’accusèrent de ressusciter les qualités occultes. Dans le Scholie général ajouté à la deuxième édition, en 1713, Newton répondit par le refus le plus célèbre de la science : il n’avait pu découvrir par les phénomènes la cause des propriétés de la gravité, et hypotheses non fingo, je ne feins pas d’hypothèses. Il suffisait, écrivait-il, que la gravité existe, agisse selon les lois qu’il avait exposées et rende compte des mouvements des corps célestes et de la mer.

En privé, il était moins serein. Une lettre à Richard Bentley de 1693 qualifie l’idée qu’une matière puisse agir sur une autre à distance, à travers le vide, sans rien qui serve d’intermédiaire, d’absurdité si grande qu’aucun esprit compétent en philosophie ne saurait y tomber. La gravité, écrivait-il, doit être causée par quelque agent agissant selon certaines lois, « mais que cet agent soit matériel ou immatériel, je l’ai laissé à la considération de mes lecteurs ».

La relativité générale a plus tard fourni une réponse à ces lecteurs : la masse courbe l’espace-temps, et les corps suivent la courbure. C’est une réponse plus profonde, qui explique ce que la loi de Newton ne peut pas expliquer. Elle livre aussi une nouvelle partition, et la question de ce qu’est l’espace-temps, au-delà des équations qui le décrivent, ne s’est pas close en 1915. Richard Feynman le disait dans ses conférences de Cornell, publiées sous le titre La Nature de la physique : toutes les tentatives pour placer une machinerie derrière la gravité avaient échoué, et ce qui restait, c’était la forme mathématique, qui continue de fonctionner.

III. Trois questions dans « comment ça marche ? »

Il faut ralentir la question. « Comment ça marche ? » peut demander un mécanisme, des pièces et leurs interactions, à la manière d’un horloger. Elle peut demander une théorie plus profonde, une loi dont la première découle. Ou elle peut demander une explication au sens courant, un récit qui nous rende l’événement intelligible. Ces exigences se recoupent sans se confondre, et une théorie peut satisfaire l’une en manquant l’autre.

En France, la question a été posée avec une netteté singulière dès 1906. Dans La Théorie physique, son objet, sa structure, Pierre Duhem refusait à la physique le droit d’expliquer : une théorie physique, disait-il, n’est pas une explication mais un système de propositions mathématiques destiné à représenter aussi simplement, aussi complètement et aussi exactement que possible un ensemble de lois expérimentales. L’explication, dépouiller la réalité des apparences pour voir la réalité nue, relevait selon lui de la métaphysique. Duhem, physicien et catholique fervent, avait ses raisons de tracer la frontière à cet endroit ; la frontière, elle, a survécu à ses raisons.

La philosophie des sciences a ensuite passé la plus grande partie d’un siècle à mesurer jusqu’où prédiction et explication peuvent s’écarter. Le modèle déductif-nomologique de Carl Hempel tenait qu’expliquer un événement, c’est le déduire de lois et de conditions, ce qui faisait de l’explication et de la prédiction deux usages d’un même argument. Le mât de Sylvain Bromberger a brisé la symétrie. De la hauteur d’un mât, de l’angle du soleil et des lois de l’optique, on déduit la longueur de son ombre, et cette déduction explique l’ombre. De la longueur de l’ombre et des mêmes lois, on déduit la hauteur du mât avec la même rigueur, et personne ne pense que l’ombre explique pourquoi le mât est haut. Les deux déductions prédisent aussi bien. Une seule explique. L’article de la Stanford Encyclopedia sur l’explication scientifique retrace les décennies de travaux qui ont suivi, théories causales et théories de l’unification, chacune cherchant à dire ce qui manque à la seconde déduction.

Eugene Wigner a nommé en 1960 l’autre face de l’énigme, dans un essai sur la déraisonnable efficacité des mathématiques. Le formalisme s’ajuste au monde mieux que personne n’avait le droit de l’espérer, et nul ne sait dire pourquoi. Le succès, autrement dit, fait lui-même partie de ce qui reste inexpliqué.

IV. Une partition, plusieurs interprétations

La mécanique quantique rend la tension difficile à ignorer. Ses équations sont au principe des lasers, des transistors et de l’IRM, et son extension relativiste, l’électrodynamique quantique, prédit le moment magnétique de l’électron en accord avec l’expérience à mieux qu’une partie par milliard. Aucune théorie n’a été éprouvée de plus près. Et des physiciens qui partagent chaque ligne de ces mathématiques ne s’accordent pas sur ce qu’elles décrivent.

L’article de la Stanford Encyclopedia sur la mécanique quantique expose les options. La tradition de Copenhague traite la fonction d’onde comme un outil pour prédire des résultats de mesure et s’abstient d’en dire davantage. La lecture des mondes multiples de Hugh Everett tient la fonction d’onde pour la totalité du réel et accepte que tous les résultats se produisent. La théorie de l’onde pilote, que Louis de Broglie esquissa dès 1927 et que David Bohm reprit en 1952, ajoute des particules aux positions définies, guidées par l’onde. Les théories de l’effondrement modifient les équations elles-mêmes. Lors d’une conférence de 2011 sur les fondements du domaine, Maximilian Schlosshauer, Johannes Kofler et Anton Zeilinger ont interrogé 33 participants sur seize questions de base et n’ont trouvé aucun consensus sur les essentielles. Ceux qui connaissent le mieux le formalisme l’interprètent différemment.

Le physicien David Mermin a forgé le « tais-toi et calcule » (shut up and calculate) pour résumer l’une des réponses (la formule est souvent attribuée à tort à Feynman), et l’a ensuite jugée trop sommaire pour ce qu’il voulait dire. C’est la solution du piano mécanique : garder le rouleau, se fier aux trous, cesser de demander ce qu’est la musique. Elle marche, et c’est cela qui gêne.

Rien de tout cela ne signifie que la théorie soit défectueuse, ni que la physique se contente de mémoriser des motifs. Ses lois condensent une immense variété de faits en quelques principes. Feynman ouvrait son Cours de physique en disant que si une seule phrase devait survivre à une catastrophe, ce devrait être que toutes choses sont faites d’atomes, et il montrait quelle part du monde se déplie à partir de cette seule affirmation. La physique nous permet d’intervenir, de construire et de nous corriger. Le point est plus étroit : une théorie peut connaître un succès extraordinaire et laisser ouverte la question de ce que sont, en dernière instance, ses entités.

V. Le juste n’est pas toute la rencontre

Revenons au piano : la gêne du débutant ne se dissipe pas en ajoutant des notes. Aucun détail supplémentaire sur la page ne comble l’écart ; une partition plus précise reste une partition. Ce qui change, c’est quelque chose que fait celui qui joue : le phrasé, le poids, une décision sur la direction de la ligne, à laquelle on arrive souvent sans pouvoir dire ce qu’elle est. Dans un texte précédent, je soutenais que la valeur ne loge pas dans la partition mais dans la rencontre, et le cas de la physique presse la même couture depuis l’autre côté. Il ne manque pas une note aux équations. Ce qui leur manque, si quelque chose leur manque, n’est pas de l’ordre de ce qu’une équation de plus pourrait fournir.

De là vient l’inquiétude, et elle est plus précise qu’une plainte contre l’ignorance. Nous ne savons pas rien. Nous savons, à neuf décimales près, ce qui suit quoi. Ce qui trouble, c’est qu’un savoir fiable peut s’arrêter en deçà de la compréhension qu’il semblait promettre, et que nous ne pouvons pas toujours dire, depuis l’intérieur du calcul, laquelle des deux nous tenons.

Newton laissa la question à la considération de ses lecteurs. Plus de trois siècles plus tard, les lecteurs ont produit l’espace-temps courbe, les champs quantiques et une poignée de récits rivaux sur ce qu’est une fonction d’onde, et chaque réponse nouvelle est arrivée avec sa propre considération en suspens. Pendant ce temps, les satellites restent sur leurs orbites, calculées d’après la partition.

Et maintenant, abracadabra : nous avons des modèles de langage qui produisent le mot suivant avec une fiabilité stupéfiante, et des pseudo-scientifiques, et même quelques scientifiques, pour nous dire que ces modèles sont conscients. Un piano mécanique qui aurait lu toutes les partitions jamais écrites. Comme si nous avions appris quoi que ce soit.

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