Josiah W. Gibbs (1839-1903) : les sciences plus tout à fait exactes

On entend souvent parler de sciences dures (en opposition aux sciences molles 😮 ) ou de sciences exactes (en opposition aux sciences inexactes ?) mais peut-on vraiment dire que les sciences nous apportent des certitudes absolues et précises ? Autrement dit : les sciences nous apportent-elles une description exacte de la réalité ?

Ces questions se sont souvent posées dans l’histoire de la pensée scientifique. Dans la deuxième partie du 19e siècle, un gros pavé a été jeté dans la mare, avec l’émergence des méthodes statistiques et leur application aux sciences : les « prédictions » scientifiques devenaient une affaire de probabilité. Parmi les précurseurs qui ont promu ces outils, on trouve le mathématicien-chimiste-physicien américain J.W. Gibbs.

Josiah_Willard_GibbsGibbs est un homme de son époque : issu d’une longue lignée d’universitaires, c’est un esprit curieux à la connaissance
encyclopédique et imprégné de culture classique. Il commence son parcours scolaire au Yale College dont il est diplômé en 1858. Par la suite, il continue ses études toujours à Yale où il décroche un doctorat (PhD). Bizarrement, les différentes sources que l’on trouve sur internet sont contradictoires en ce qui concerne ce doctorat : on parle tantôt de philosophie, tantôt d’ingénierie (ce n’est quand même pas tout à fait la même chose). Selon toute probabilité, cette confusion vient du fait que l’appellation américaine du doctorat, « PhD », signifie tout simplement « philosophiae doctor », expression qui est donc traduite par « docteur en philosophie » par les auteurs francophones ;-). Cela n’a en tout cas pas empêché notre homme d’enchaîner en enseignant le latin pendant deux ans, puis la physique (qui ne s’appelait généralement pas « physique » mais bien « philosophie naturelle », à l’époque)… Enfin bref : tout ça pour dire que l’on est face à un personnage complexe, tout en t’expliquant, lecteur, que l’hyperspécialisation à laquelle on assiste aujourd’hui est bien un phénomène récent !

Ce touche-à-tout au tempérament tranquille et travailleur qu’est Gibbs va avoir un impact majeur dans au moins deux disciplines : en mathématique, il sera l’un des pères de l’analyse vectorielle, et en physique, par ses travaux qui aboutiront à la publication du manuel « Principes élémentaires en mécanique statistique » (1902). C’est ce sujet qui nous préoccupe principalement ici : en effet, l’approche qu’il adopte est radicalement nouvelle. Alors que par le passé on cherchait à envisager les systèmes mécaniques à un niveau « macro », en calculant son comportement en tant qu’unité, Gibbs décide de les étudier à travers le comportement des éléments qui les composent : en envisageant les comportements possibles de ces micro-éléments et en les combinant, on obtient une vision statistique de ces systèmes. Ils sont donc décrits non plus en fonction du comportement qu’ils doivent nécessairement avoir mais en fonction des différents comportements possibles et la probabilité que tel ou tel cas de figure se présente.

La théorie formalisée par Gibbs (il ne l’a pas pondue tout seul, c’est toujours l’œuvre d’une ensemble de gens, hein !) sera tellement solide qu’elle résistera presque sans modifications à l’avènement de la mécanique quantique ! Pourtant, lui ne connaissait que la mécanique newtonienne (classique) qui repose sur des principes assez différents. Par la suite, les méthodes statistiques vont être utilisées dans des domaines scientifiques de plus en plus variés : alors qu’elles se cantonnaient au départ à la mécanique (et à la thermodynamique en particulier), on les utilise désormais dans des domaines aussi différents que la physique, la biologie, la chimie ou la météorologie.

Dans ce dernier cas, les systèmes sont tellement complexes que, malgré l’amélioration constante des modèles, les probabilités qu’il pleuve sur les saucisses de votre barbecue restent tout de même non négligeables

Nicolas