On oppose souvent la science à l’imagination, comme si les deux étaient incompatibles. On affirme que la science relèverait uniquement de l’observation et qu’il suffirait de contempler les phénomènes pour en déduire les lois qui les régissent. Or, il existe plusieurs cas où les expériences de pensée ont fait progresser la science, notamment pour expliquer la chute des corps (Galilée, 1604), ou encore pour formuler le principe d’équivalence (Einstein, 1907).

Mais qu’est-ce donc, au juste, qu’une expérience de pensée ? Le Dictionnaire des sciences (Serres et Farouki, 1998) la définit comme une experience qui «ne se passe que dans la tête de celui qui la conçoit», dans un scenario généralement impossible à exécuter, mais permettant «au raisonnement d’enchaîner ses différentes étapes comme si elles étaient réalisables».

En d’autres mots, l’expérience de pensée se déroule dans le laboratoire de l’esprit, où la réflexion et l’imagination posent des questions, inventent des situations auxquelles on peut réfléchir, mais qu’on ne peut pas forcément réaliser aisément – dans le but de découvrir les lois de la nature.

Si cette approche – qui préconise de s’éloigner du monde empirique – peut sembler peu conventionnelle, elle présente un avantage majeur : celui de se libérer de certains biais que l’observation impose. Par exemple, les lois de la chute des corps ne se déduisent pas par l’observation. Dans ce cas précis, l’expérience de pensée a permis d’identifier une loi qui contredisait justement ce que l’on croyait voir.

Étienne Klein, physicien et philosophe des sciences, définit élégamment l’expérience de pensée comme un «stratagème intellectuel» et invite à la réflexion : «Ce n’est pas de savoir si une loi de la physique est conforme à l’observation, c’est de savoir si elle est vraie».

En 1907, Einstein imagine une expérience où il se place dans la peau d’un homme en chute libre. Interrogé à la fin de sa vie par l’un de ses biographes, il raconte cette pensée marquante :

«J’étais assis sur ma chaise, au Bureau fédéral de la propriété intellectuel à Berne, quand j’ai compris soudain que si une personne est en chute libre, elle ne sentira pas son propre poids. J’en ai été saisi ; cette idée m’a profondément impressionné. Elle me poussa huit ans plus tard vers une nouvelle théorie de la gravitation.»

Einstein réalise alors qu’une accélération peut annuler les effets de la gravitation, et, réciproquement, qu’une accélération peut en imiter les effets. Ce raisonnement le conduit, dès 1907, à publier un article dans lequel il énonce ce qu’il appelle le principe d’équivalence, posant une symétrie entre gravitation et accélération.

Ce même principe d’équivalence, qu’il va retravailler pendant plusieurs années, va le mener à publier en 1915, une nouvelle théorie de la gravitation : la relativité générale.

Prochain épisode : la relativité générale