Épistémologie de la physique
L'épistémologie de la physique examine les questions philosophiques que soulève la physique en tant que science particulière : le statut des entités inobservables (atomes, champs, particules virtuelles), les interprétations divergentes de la mécanique quantique, la nature de l'espace et du temps après la relativité, la sous-détermination des théories par les données expérimentales.
Statut des entités
La physique moderne postule des entités qui ne sont pas directement perceptibles : électrons, photons, quarks, champs électromagnétiques, espace-temps courbe. Le débat sur leur statut est l'un des terrains du réalisme scientifique. Le réaliste tient ces entités pour réelles, l'antiréaliste les regarde comme des fictions commodes ou des constructions instrumentales. La frontière entre observable et inobservable est elle-même contestée : van Fraassen la place à ce qui est perceptible à l'œil nu, ce qui paraît trop restrictif ; les réalistes la jugent dépendante de l'instrumentation et donc sans poids ontologique.
Interprétations de la mécanique quantique
La mécanique quantique, formulée mathématiquement entre 1925 et 1927, prédit avec une précision extraordinaire mais s'accompagne de problèmes interprétatifs persistants : superposition, intrication, mesure, indéterminisme. Plusieurs interprétations rivalisent, qui ne diffèrent par aucune prédiction observationnelle.
L'interprétation de Copenhague, élaborée par Bohr et Heisenberg dans les années 1920, est l'orthodoxie pédagogique. La fonction d'onde n'est pas une description de la réalité mais un outil prédictif ; la mesure produit l'effondrement (collapse) de la superposition. La position est instrumentaliste sur les états quantiques.
L'interprétation des mondes multiples, proposée par Hugh Everett en 1957, supprime l'effondrement : chaque mesure scinde la réalité en plusieurs branches, où chaque résultat possible se réalise dans une branche distincte. La théorie est ontologiquement extravagante mais conserve la forme déterministe de l'équation de Schrödinger.
La théorie des ondes pilotes (de Broglie en 1927, reprise par David Bohm en 1952) postule des particules avec des positions définies, guidées par une onde quantique non locale. Elle rétablit le déterminisme et le réalisme sur les positions, au prix d'une non-localité explicite.
Le débat ne se laisse pas trancher empiriquement : les trois interprétations prédisent les mêmes résultats observables. Il est philosophique au sens fort. Aucune position dominante ne s'impose.
Espace, temps, espace-temps
Newton défendait, au xviie siècle, un substantialisme : l'espace et le temps absolus existent indépendamment des objets et des événements. Leibniz, dans la correspondance avec Clarke (1715–1716), opposait un relationalisme : l'espace et le temps ne sont que les relations entre les choses et les événements. Le débat est ressuscité par la relativité d'Einstein, qui semble d'abord favorable au relationalisme (l'espace-temps est dynamique, courbé par la matière), mais qui recèle, à l'analyse, des éléments substantialistes (l'espace-temps a une géométrie qui ne se réduit pas aux relations).
John Earman (World Enough and Space-Time, 1989) et Tim Maudlin ont conduit l'analyse contemporaine de cette question. Le débat est subtil et a peu de retentissement public, mais il commande la compréhension philosophique de la physique relativiste.
Sous-détermination
La sous-détermination des théories par les données est un thème classique. Pour un même corps de données expérimentales, plusieurs théories incompatibles peuvent être empiriquement adéquates. Pierre Duhem, dans La Théorie physique (1906), en donne une formulation forte : aucune expérience cruciale ne saurait, en physique, trancher absolument entre deux théories, parce que les hypothèses auxiliaires peuvent toujours être révisées. Voir thèse de Duhem-Quine.
Quelques exemples physiques illustrent la difficulté : les formulations équivalentes de la mécanique classique (newtonienne, lagrangienne, hamiltonienne) prédisent les mêmes phénomènes mais suggèrent des ontologies différentes. Les interprétations de la mécanique quantique sont, comme on l'a dit, empiriquement équivalentes. La sous-détermination empirique n'est donc pas une éventualité philosophique abstraite : elle se rencontre concrètement.
Lois et nécessité
Quel est le statut des lois physiques ? Régularités humiennes (simples conjonctions constantes : F = ma vaudrait parce que c'est ce qu'on observe), nécessités modales (les lois portent sur des nécessités plus fortes que les régularités), expressions de capacités causales (Cartwright) ? La question articule la philosophie des sciences et la métaphysique modale (Lewis, Armstrong). Nancy Cartwright (How the Laws of Physics Lie, 1983) a soutenu que les lois fondamentales de la physique sont approximations idéalisées, plus fictives que vraies en stricte rigueur.
Tradition française
Pierre Duhem est une figure de référence pour l'épistémologie de la physique. Sa Théorie physique (1906) articule analyse de la pratique physique, histoire des théories, position antiréaliste prudente. Bachelard a écrit plusieurs livres centrés sur la physique nouvelle (Le Nouvel Esprit scientifique, 1934 ; L'Activité rationaliste de la physique contemporaine, 1951). La tradition française reste, sur ce terrain, attentive aux singularités historiques des théories plutôt qu'à leur formalisation logique.