La méthode scientifique fut utilisée pour la première fois pendant la révolution scientifique (1500-1700). Cette méthode combinait des connaissances théoriques, telles que les mathématiques, avec des expériences pratiques utilisant des instruments scientifiques, l'analyse et la comparaison des résultats, et enfin l'examen par des pairs, le tout afin de mieux déterminer comment fonctionne le monde qui nous entoure. De cette manière, les hypothèses étaient rigoureusement testées et des lois purent être formulées pour expliquer les phénomènes observables. L'objectif de cette méthode scientifique était non seulement d'accroître les connaissances humaines, mais aussi de le faire d'une manière qui profiterait pratiquement à tous et améliorerait la condition humaine.
Une nouvelle approche: La vision de Bacon
Francis Bacon (1561-1626) était un philosophe, homme d'État et auteur anglais. Il est considéré comme l'un des fondateurs de la recherche scientifique moderne et de la méthode scientifique, voire comme le "père de la science moderne", car il proposa une nouvelle méthode combinant l'expérimentation empirique (observable) et la collecte de données partagées afin que l'humanité puisse enfin découvrir tous les secrets de la nature et s'améliorer. Bacon défendait la nécessité d'une étude empirique systématique et détaillée, car c'était le seul moyen d'améliorer la compréhension de l'humanité et, pour lui, plus important encore, de contrôler la nature. Cette approche semble évidente aujourd'hui, mais à l'époque, l'approche très théorique du philosophe grec Aristote (384-322 av. J.-C.) dominait encore la pensée. Les arguments verbaux étaient devenus plus importants que ce que l'on pouvait voir dans le monde. En outre, les philosophes naturalistes s'étaient préoccupés de savoir pourquoi les choses se produisaient au lieu de vérifier d'abord ce qui se passait dans la nature.
Bacon rejetait l'approche rétrograde de la connaissance à son époque, c'est-à-dire la tentative apparemment sans fin de prouver que les anciens avaient raison. Au lieu de cela, les nouveaux penseurs et expérimentateurs, selon Bacon, devraient agir comme les nouveaux navigateurs qui avaient repoussé les limites du monde connu. Christophe Colomb (1451-1506) avait montré qu'il y avait une terre de l'autre côté de l'océan Atlantique. Vasco de Gama (c. 1469-1524) avait exploré le globe dans l'autre sens. Les scientifiques, comme nous les appellerions aujourd'hui, devaient faire preuve de la même audace. Les anciennes connaissances devaient être rigoureusement testées pour s'assurer qu'elles valaient la peine d'être conservées. Les nouvelles connaissances devaient être acquises en testant la nature de manière approfondie et sans idées préconçues. Il fallait appliquer la raison aux données recueillies lors des expériences et partager ouvertement ces mêmes données avec d'autres penseurs afin de les tester à nouveau et de les comparer à ce que d'autres avaient découvert. Enfin, ces connaissances devaient être utilisées pour améliorer la condition humaine, faute de quoi il était inutile à rien de les rechercher. Telle était la vision de Bacon. Ce qu'il proposait se réalisa dans les faits, mais avec trois facteurs notables ajoutés à la méthode scientifique. Il s'agissait des mathématiques, des hypothèses et de la technologie.
Importance des expériences et des instruments
Les penseurs ont toujours fait des expériences, depuis des figures antiques comme Archimède (287-212 av. J.-C.) jusqu'aux alchimistes du Moyen-Âge, mais leurs expériences étaient généralement aléatoires et, très souvent, les penseurs essayaient de prouver une idée préconçue. Avec la révolution scientifique, l'expérimentation devint une activité plus systématique et plus complexe, impliquant de nombreuses personnes. Cette approche plus rigoureuse de la collecte de données observables était également une réaction contre les activités et méthodes traditionnelles telles que la magie, l'astrologie et l'alchimie, autant de mondes anciens et secrets de collecte de connaissances qui étaient désormais attaqués.
Au début de la révolution scientifique, les expériences désignaient toutes sortes d'activités menées pour voir ce qui se passerait, une sorte d'approche du tout-venant pour satisfaire la curiosité scientifique. Il est toutefois important de noter que le sens moderne de l'expérience scientifique est assez différent, comme le résume W. E. Burns: "la création d'une situation artificielle destinée à étudier des principes scientifiques considérés comme s'appliquant à toutes les situations" (95). Il est juste de dire, cependant, que l'approche moderne de l'expérimentation, avec son approche hautement spécialisée où une seule hypothèse spécifique est testée, n'aurait pas été possible sans les expérimentateurs pionniers de la révolution scientifique.
La première expérience pratique bien documentée de notre époque fut réalisée par William Gilbert à l'aide d'aimants; il publia ses résultats en 1600 dans De Magnete (De l'aimant). Il s'agit d'un travail de pionnier car "l'élément central de l'entreprise de Gilbert était l'affirmation selon laquelle il était possible de reproduire ses expériences et de confirmer ses résultats: son livre était en fait un recueil de recettes expérimentales" (Wootton, 331).
Il restait des sceptiques à l'égard de l'expérimentation, ceux qui soulignaient que les sens pouvaient être trompés alors que la raison de l'esprit ne pouvait l'être. René Descartes (1596-1650) était l'un de ces sceptiques, mais c'est lui et d'autres philosophes naturalistes qui remirent en question la valeur du travail des expérimentateurs pratiques et qui créèrent une nouvelle division durable entre la philosophie et ce que nous appellerions aujourd'hui la science. Le terme "science" n'était pas encore très répandu au XVIIe siècle, mais de nombreux expérimentateurs se désignaient eux-mêmes comme des praticiens de la "philosophie expérimentale". Le terme "méthode expérimentale" fut utilisé pour la première fois en anglais en 1675.
Le premier véritable effort international de coordination des expériences porta sur la mise au point du baromètre. Ce processus commença avec les efforts de l'Italien Evangelista Torricelli (1608-1647) en 1643. Torricelli avait découvert que le mercure pouvait s'élever dans un tube de verre dont l'une des extrémités était placée dans un récipient contenant du mercure. La pression de l'air sur le mercure dans le récipient poussa le mercure dans le tube à environ 30 pouces (76 cm) plus haut que le niveau dans le récipient. En 1648, Blaise Pascal (1623-1662) et son beau-frère Florin Périer réalisèrent des expériences à l'aide d'appareils similaires, mais cette fois-ci testés sous différentes pressions atmosphériques en installant les dispositifs à diverses altitudes sur le flanc d'une montagne. Les scientifiques constatèrent que le niveau de mercure dans le tube de verre diminuait au fur et à mesure que l'on s'élevait dans la montagne.
Le chimiste anglo-irlandais Robert Boyle (1627-1691) donna à ce nouvel instrument le nom de baromètre et démontra de manière concluante l'effet de la pression atmosphérique en utilisant un baromètre à l'intérieur d'une pompe à air où un vide était établi. Boyle formula un principe qui devint la "loi de Boyle". Cette loi stipule que la pression exercée par une certaine quantité d'air varie de manière inversement proportionnelle à son volume (à condition que les températures soient constantes). L'histoire du développement du baromètre est devenue typique de la révolution scientifique: des phénomènes naturels sont observés, des instruments sont inventés pour mesurer et comprendre ces faits observables, les scientifiques collaborent (parfois même rivalisent) et prolongent ainsi le travail des uns et des autres jusqu'à ce que, finalement, une loi universelle puisse être conçue pour expliquer ce que l'on observe. Cette loi pourrait alors être utilisée comme outil de prédiction lors d'expériences futures.
Des expériences telles que les démonstrations de pompe à air de Robert Boyle et l'utilisation par Isaac Newton d'un prisme pour démontrer que la lumière blanche est composée de lumières de différentes couleurs ont poursuivi la tendance à l'expérimentation pour prouver, tester et ajuster les théories. En outre, ces initiatives soulignent l'importance des instruments scientifiques dans la nouvelle méthode de recherche. La méthode scientifique fut utilisée pour inventer des instruments utiles et précis, qui furent ensuite utilisés pour d'autres expériences. L'invention du télescope (vers 1608), du microscope (vers 1610), du baromètre (1643), du thermomètre (vers 1650), de l'horloge à pendule (1657), de la pompe à air (1659) et de la montre à balancier (1675) permirent d'effectuer des mesures fines qui étaient impossibles auparavant. De nouveaux instruments permirent de réaliser toute une série d'expériences. Des domaines d'étude entièrement nouveaux devinrent possibles, tels que la météorologie, l'anatomie microscopique, l'embryologie et l'optique.
La méthode scientifique en est venue à comporter les éléments clés suivants:
- réaliser des expériences pratiques
- mener des expériences sans préjuger de ce qu'elles devraient prouver
- utiliser le raisonnement déductif (créer une généralisation à partir d'exemples spécifiques) pour former une hypothèse (théorie non vérifiée), qui est ensuite testée par une expérience, après quoi l'hypothèse peut être acceptée, modifiée ou rejetée sur la base de preuves empiriques (observables)
- réaliser plusieurs expériences, dans des lieux différents et par des personnes différentes, afin de confirmer la fiabilité des résultats
- examiner ouvertement et critiquer les résultats d'une expérience par des pairs
- formuler de lois universelles (raisonnement inductif ou logique) à l'aide, par exemple, des mathématiques
- souhaiter tirer des avantages pratiques des expériences scientifiques et croire en l'idée de progrès scientifique.
(Note : les critères ci-dessus sont exprimés en termes linguistiques modernes, et pas nécessairement en termes que les scientifiques du XVIIe siècle auraient utilisés, car la révolution scientifique entraîna également une révolution dans le langage utilisé pour la décrire).
Les institutions scientifiques
La méthode scientifique s'imposa véritablement lorsqu'elle fut institutionnalisée, c'est-à-dire lorsqu'elle fut approuvée et employée par des institutions officielles telles que les sociétés savantes, où les penseurs testaient leurs théories dans le monde réel et travaillaient en collaboration. La première de ces sociétés fut l'Academia del Cimento de Florence, fondée en 1657. D'autres suivirent rapidement, notamment l'Académie royale des sciences de Paris en 1667. Quatre ans plus tôt, Londres avait obtenu sa propre académie avec la fondation de la Royal Society. Les membres fondateurs de cette société attribuèrent l'idée à Bacon, et ils étaient désireux de suivre ses principes de méthode scientifique et son insistance sur le partage et la communication des données et des résultats scientifiques. L'Académie de Berlin fut fondée en 1700 et l'Académie de Saint-Pétersbourg en 1724. Ces académies et sociétés sdevinrent les points focaux d'un réseau international de scientifiques qui correspondaient, lisaient les travaux des uns et des autres et se rendaient même visite à mesure que la nouvelle méthode scientifique s'imposait.
Les organismes officiels purent financer des expériences coûteuses et assembler ou commander de nouveaux équipements. Ils présentèrent ces expériences au public, une pratique qui illustre que ce qui était nouveau ici n'était pas l'acte de découverte mais la création d'une culture de la découverte. Les scientifiques allèrent beaucoup plus loin qu'un public en direct et veillèrent à ce que leurs résultats soient imprimés dans des revues et des livres pour un lectorat beaucoup plus large (et plus critique). Les expériences y étaient décrites en détail et les résultats présentés à la vue de tous. Les scientifiques purent ainsi créer des "témoins virtuels" de leurs expériences. Désormais, toute personne qui le souhaitait pouvait participer au développement des connaissances acquises par la science.
