Les théories scientifiques primitives, telles que celles expliquant des phénomènes fondamentaux comme la gravité, la combustion et le mouvement des molécules dans l’eau, s’appuyaient sur des propriétés supposées inhérentes plutôt que sur des facteurs externes. Cela a contribué à des erreurs de raisonnement chez des philosophes et scientifiques de renom, tels qu’Aristote et le botaniste écossais Robert Brown.
Une nouvelle étude menée par une équipe de chercheurs en psychologie a révélé que cette tendance est en réalité fréquente dans l’histoire de la science. À travers une série d’expériences et de sondages, les auteurs de cet article concluent que ces erreurs de compréhension ont probablement été motivées par des contraintes cognitives, tant chez les scientifiques que chez les non-scientifiques, agissant comme un goulot d’étranglement à la découverte et façonnant l’évolution des théories scientifiques sur des millénaires.
Cette étude, publiée dans le journal Proceedings of the National Academy of Sciences, a été menée par des chercheurs de l’Université d’Édimbourg et de l’Université de New York.
« Les théories scientifiques primitives dans divers domaines partagent un schéma commun, en ce sens qu’elles se concentrent trop sur les caractéristiques internes et trop peu sur les interactions avec l’environnement », explique Zachary Horne, chargé de cours en psychologie à l’Université d’Édimbourg et auteur principal de l’article. « Ce biais apparaît tout au long de l’histoire de la science, et ses ’empreintes’ peuvent même être observées chez les scientifiques d’aujourd’hui. »
Horne et ses co-auteurs, Andrei Cimpian, professeur de psychologie à NYU, et Mert Kobas, doctorant à NYU, citent les théories primitives de la gravité comme preuve de ce biais systématique, qualifié de « biais d’inhérence » dans les tentatives initiales des scientifiques d’expliquer un phénomène.
Les érudits médiévaux proposaient que le lancement d’un objet lui conférait un « impetus » interne — une substance supposée à l’intérieur de l’objet — qui lui permettait de continuer à se mouvoir jusqu’à ce que cet élan soit épuisé. Ils pensaient qu’une fois cette substance épuisée, l’objet tombait simplement au sol. Au XVIIe siècle, Galilée et Isaac Newton ont remplacé cette théorie en démontrant avec précision que, en l’absence d’une force externe, un objet continuerait de se déplacer en ligne droite à une vitesse constante.
« Certaines des réalisations les plus significatives sont le fruit de l’ingéniosité scientifique, mais nos processus cognitifs, qui privilégient l’explication des phénomènes par leurs propriétés inhérentes plutôt que par des facteurs externes, semblent avoir freiné historiquement la découverte scientifique », constate Cimpian.
Dans leur étude parue dans PNAS, les auteurs ont interrogé des historiens des sciences aux États-Unis, au Canada et au Royaume-Uni pour leur demander de citer des exemples de transitions majeures dans l’histoire des sciences. Plus précisément, ils devaient s’appuyer sur des archives historiques pour dresser une liste d’explications initiales pour une observation, ainsi que d’une explication subséquente pour la même observation. Par exemple, concernant les marées, l’un des historiens a fourni l’exemple suivant :
Observation : « Mouvements tidaux des grandes masses d’eau de la Terre »
Explication initiale : « Le mouvement dû à des secousses de la Terre » (Galilée ; codée par les chercheurs comme « inhérente »)
Explication subséquente (et précise) : « Influence gravitationnelle de la Lune » (Kepler, Newton ; codée par les chercheurs comme « extrinsèque »)
Ces réponses ont été codées comme « inhérentes » ou « extrinsèques » par des doctorants formés à la philosophie des sciences. Les résultats révèlent que la grande majorité des près de 80 exemples fournis par les historiens se concentraient sur des propriétés inhérentes dans leurs explications initiales. En revanche, les explications subséquentes des mêmes phénomènes témoignaient de moins de biais.
Un exemple de comportement moléculaire illustre cette tendance. En 1827, le botaniste écossais Robert Brown étudiait la structure des grains de pollen. Sous un microscope, ces grains semblaient se mouvoir rapidement quand ils étaient suspendus dans l’eau. Brown et d’autres biologistes de l’époque avaient alors émis l’hypothèse que le mouvement de ces grains était dû à une « force vitale » présente dans la matière vivante. Cependant, en poursuivant cette pensée, Brown remarqua des incohérences entre l’explication et les données, indiquant que le phénomène n’était pas dû à un facteur inhérent. Des décennies plus tard, d’autres identifièrent correctement un facteur invisible et environnemental : des molécules en mouvement rapide dans l’eau environnante percutant les grains de pollen, qui formaient ainsi le cœur du phénomène désormais connu sous le nom de « mouvement brownien ».
Ces découvertes ont incité les auteurs à s’interroger : ce biais, observé chez les scientifiques les plus éminents de l’histoire, affecte-t-il également les scientifiques et non-scientifiques d’aujourd’hui ? Autrement dit, est-il possible que des scientifiques et non-scientifiques au XXIe siècle soient également influencés par ces mêmes goulots d’étranglement cognitifs lorsqu’il s’agit de théorisations sur les phénomènes scientifiques ?
Pour explorer cette question, les chercheurs ont mené une série d’expériences avec des scientifiques, des non-scientifiques adultes et des enfants (âgés de 5 à 9 ans). Ils ont présenté des observations scientifiques réelles — dont ni les scientifiques ni les non-scientifiques n’avaient connaissance — et ont demandé des explications sur ces phénomènes. Par exemple, on demandait aux enfants d’expliquer « pourquoi un marteau tombait à la même vitesse qu’une plume sur la Lune », tandis que les adultes non-scientifiques devaient expliquer la présence de sédiment dans de l’eau distillée après ébullition. En revanche, les scientifiques étaient sollicités pour expliquer des phénomènes plus complexes, tels que pourquoi les têtards de la grenouille Dart toxique ne sont pas toxiques ou pourquoi une planète méconnue perd de la masse au fil du temps ou possède une magnétosphère d’une certaine taille. Ces explications ont ensuite été codées en fonction de leur focalisation sur des propriétés inhérentes ou des interactions extrinsèques.
Comme pour les scientifiques du passé, les théories initiales des scientifiques et non-scientifiques d’aujourd’hui préfèrent souvent les propriétés internes dans leurs explications. Par exemple, lorsqu’on leur demandait d’expliquer la présence de sédiment dans de l’eau distillée après ébullition, un participant non-scientifique a affirmé que « la chaleur faisait commencer l’eau à se transformer en sol » — une idée qui rappelle Aristote. Même des scientifiques formés ont montré des tendances similaires, bien que leurs mécanismes hypothétiques soient plus sophistiqués. Quand on leur demandait pourquoi certaines planètes perdaient de la masse au fil du temps, certains recouraient à des termes tels que « éjecta de volcans » ou « transformation de la matière en gaz qui se dissipe », ignorant ainsi les interactions complexes entre les planètes et leurs étoiles.
Ces tendances mettent en lumière la difficulté de l’enquête scientifique — notre entreprise épistémique la plus réussie — plutôt que l’incapacité des scientifiques, notent les auteurs de l’article. C’est une difficulté qui a pu influencer nos plus grands penseurs, qu’ils soient du passé ou du présent.
« Le chemin qui mène des intuitions explicatives initiales à une compréhension scientifique mature est rarement linéaire », concluent les auteurs. « Ce travail suggère qu’une source systématique de détours pourrait résider dans notre architecture cognitive elle-même, dans les contraintes de traitement de l’information qui guident notre première tentative de comprendre des phénomènes peu familiers. Comprendre ces contraintes est crucial non seulement pour faire progresser la science cognitive, mais aussi pour améliorer la formation de nos futures générations de scientifiques. »
Notre Opinion Tech
Il est fascinant de constater à quel point nos biais cognitifs, semblant endémiques à notre manière de penser, peuvent entraver notre capacité à avancer sur le chemin des découvertes scientifiques. En tant que passionnés de technologie et de science, nous devons reconnaître ces défis non seulement pour mieux comprendre notre environnement, mais aussi pour apprendre à former des esprits critiques capables de transcender ces limites. Au cœur de cette démarche se trouve l’invitation à questionner non seulement notre compréhension du monde, mais aussi les méthodes que nous adoptons pour former nos futurs chercheurs, afin qu’ils puissent naviguer plus efficacement entre intuitions et réalités.
Bon à savoir
Les découvertes en sciences cognitives s’avèrent non seulement cruciaux pour les chercheurs eux-mêmes, mais interpellent également les paradigmes éducatifs. Il est essentiel d’intégrer ces réflexions dans la formation des jeunes scientifiques afin de les préparer à une approche plus nuancée des phénomènes scientifiques.