CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE RECHERCHES EPISTEMOLOGIQUES ET HISTORIQUES SUR LES SCIENCES EXACTES ET LES INSTITUTIONS SCIENTIFIQUES SEMINAIRE D'HISTOIRE ET PHILOSOPHIE DE LA PHYSIQUE HISTOIRE ET PHILOSOPHIE DE LA MESURE Hasok Chang (University College London) : " Spirit, air, and quicksilver: The search for the 'real' scale of temperature " (Historical Studies in the Physical Sciences, 31, 249-284, 2001) Résumé de l'exposé du mardi 16 octobre 2001

Hasok Chang a commencé son exposé en posant le problème épistémologique suivant : par quels moyens peut-on s'assurer de la fiabilité d'un instrument de mesure comme le thermomètre , qui permet une mesure indirecte de la température, par l'intermédiaire de la mesure de la dilatation d'un liquide ou d'un gaz ? Il a indiqué qu'il s'est d'abord posé cette question dans un cadre philosophique abstrait, et a vite reconnu qu'aucune réponse ne pouvait lui être apportée. Pour vérifier qu'un instrument de mesure permettant une mesure indirecte est fiable - pour vérifier par exemple que le niveau d'alcool ou de mercure dans un tube de verre varie linéairement avec la température, il faudrait utiliser un autre instrument de mesure qui attesterait de la linéarité de cette variation ; or le même problème de vérification se poserait à propos de ce nouvel instrument de mesure, et ainsi de suite à l'infini. On ne peut donc pas déterminer si la différence entre deux niveaux de liquide dans le tube est proportionnelle à la différence entre deux températures. On peut formuler ce problème, que Hasok Chang appelle le " problème de la mesure nomologique ", de la façon suivante, qui débouche sur un cercle vicieux : (1) On veut mesurer un quantité X. (2) La quantité X n'est pas directement observable (on ne peut pas l'atteindre par la seule perception, sans aide) ; par conséquent, on infère sa valeur à partir d'une autre quantité Y, qui est directement observable. (3) Pour effectuer cette inférence, on a besoin d'une loi qui exprime X en fonction de Y, X=f(Y). (4) La forme de f ne peut être découverte ni testée empiriquement, car un tel test impliquerait de connaître les valeurs de X et de Y, alors que X est précisément la variable dont on cherche à mesurer la valeur. On est donc face à une impossibilité de principe ; doit-on en conclure que les recherches épistémologiques sur la question de la fiabilité des instruments de mesure, et de la possibilité de la vérification de leur fonctionnement est vaine ? La recherche historique constitue souvent un bon moyen de surmonter les difficultés de principe que l'on rencontre en posant les questions de façon générale ; c'est pourquoi Hasok Chang s'est ensuite demandé comment les physiciens ont répondu dans la pratique à la question de la fiabilité des instruments de mesure indirecte, c'est-à-dire comment ils ont eux-mêmes surmonté la régression à l'infini ou la circularité que suppose toute tentative de réponse à cette question. Il est important de noter que cette question n'a pas seulement un intérêt philosophique, mais est aussi importante pour les scientifiques au travail, pour qui il est crucial de savoir si les mesures qu'ils effectuent sont fiables. Après avoir ainsi présenté les motivations épistémologiques de ses recherches historiques, Hasok Chang a relaté quelques épisodes de l'histoire de l'étude de la fiabilité des thermomètres. Il a commencé par celui de la demande adressée en 1732 par Boerhaave à Fahrenheit de lui fabriquer deux thermomètres, l'un à mercure, et l'autre à alcool, qui donnent exactement les mêmes résultats. Fahrenheit, malgré ses compétences, fut incapable d'atteindre ce résultat, et expliqua son échec par le fait qu'il avait utilisé des verres différents dans les deux cas. Cependant, les physiciens ont rapidement pris conscience de ce que les propriétés des fluides eux-mêmes, comme leurs taux d'expansion, étaient également en cause dans le problème de la difficile comparabilité des thermomètres. Hasok Chang a rappelé que, même si de nombreux fluides, comme le mercure, l'éther, l'alcool, l'air, l'acide sulfurique, l'eau, saléee ou non, l'huile d'olive, etc., avaient été utilisés dans les thermomètres, seuls l'air, le mercure (le " vif argent ") et l'alcool (l'" esprit de vin ") ont été considérés comme pouvant fournir une " vraie " mesure de la température. Lorsque l'on se restreint à ces trois liquides plus fiables que les autres, les conflits entre les différents thermomètres sont particulièrement perturbants. Le dernier épisode relaté par Hasok Chank fut celui des tentatives d'Henri Victor Regnault au Collège de France pour résoudre de façon définitive la question de la fiabilité des thermomètres, c'est-à-dire de la constitution d'une échelle " vraie " de la mesure de la température. Regnault était considéré comme le meilleur expérimentateur de son temps, et s'était en particulier spécialisé dans les mesures de précision. Il avait développé un certain scepticisme à l'égard de toutes les lois physiques, et pensait atteindre la vérité par la mesure. En particulier, il pensait que toute affirmation pouvait être testée par l'accumulation de mesures systématiques, à condition qu'elles fussent suffisamment précises. Le seul principe méthodologique sur lequel il se fondait était celui de " comparabilité " : lorsqu'un thermomètre peut être dit fiable, tous les thermomètres du même type doivent donner les mêmes résultats que lui. Regnault considérait que cette condition était essentielle pour le fonctionnement de tout appareil de mesure. Hasok Chang a présenté les résultats de Regnault comme apportant une solution au problème de la mesure nomologique ; cette affirmation a été critiquée lors de la discussion. La discussion a porté sur les rapports entre les développements de la thermodynamique et les expériences de Regnault, relativement isolé de ces évolutions. Elle a également abordé les positions philosophiques que l'on pouvait inférer à partir des travaux de Regnault, sur l'utilisation que Duhem fait de ce personnage dans La théorie physique. Les imprécisions ou les erreurs qui pourraient figurer dans ce résumé ne sont pas imputables au conférencier mais à l'auteur du compte rendu (A. Barberousse).