à paraître

Ardourel, Vincent (2025), « Compte rendu : Rawad El Skaf, La physique dans un fauteuil ? Pouvoir et limites des expériences de pensée, Paris : Éditions Matériologiques, collection «Sciences & philosophie», préface d'Anouk Barberousse, 2023, 184 pages », *Philosophiques*, Volume 52, numéro 1, printemps 2025, p. 298-302.

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Compte rendu : Rawad El Skaf, La physique dans un fauteuil ? Pouvoir et limites des expériences de pensée, Paris : Éditions Matériologiques, collection «Sciences & philosophie», préface d'Anouk Barberousse, 2023, 184 pages.

L'ouvrage de Rawad El Skaf nous plonge dans le monde des expériences de pensée en physique, un sujet qui intéresse, me semble-t-il, tout philosophe curieux de cette discipline. Associées aux plus grands noms de la physique, ces expériences imaginaires ont en effet marqué l'histoire des sciences : la tour de Pise de Galilée, la boîte à photon d'Einstein, ou encore le démon de Maxwell. Pourtant, aucun ouvrage en français n'existait encore, à ma connaissance, sur ce sujet. Avec *La physique dans un fauteuil ? Pouvoir et limites des expériences de pensée*, l'auteur propose une analyse fine, claire et dense de ce sujet, en s'appuyant sur une dizaine d'expériences de pensée tirées des différents domaines de la physique. En refermant ce livre d'une rare qualité, le lecteur en aura beaucoup appris sur ces expérimentations mentales, tant du point de vue philosophique qu'historique et se sentira mieux armé face au problème soulevé par Kuhn, celui de savoir comment il est possible d'acquérir de nouvelles connaissances sur la nature sans la consulter<fnref n="1" />.

Le livre se divise en deux parties. La première présente le débat épistémologique entre les deux principaux protagonistes contemporains du sujet, James Robert Brown, partisan d'une *approche platonicienne*, et John D. Norton, partisan d'une *approche empiriste*. Pour le premier, certaines expériences de pensée peuvent nous faire connaitre de nouvelles lois de la nature de manière a priori. Pour le second, les expériences de pensée ne sont que des arguments déguisés. Rawad El Skaf analyse ce débat structurant en philosophie des sciences à partir de l'expérience de pensée de la tour de Pise, dont il étudie les aspects historiques et philosophiques. Dans la deuxième partie de son livre, l'auteur développe sa propre conception philosophique des expériences de pensée. Il défend la thèse selon laquelle « les expériences de pensée en physique révèlent et résolvent une incohérence »<fnref n="2" />. Cette nouvelle approche des expériences de pensée conduit l'auteur à clarifier trois dimensions des expériences de pensée : leur fonction épistémique, leur contenu et leur forme. En suivant la structure du livre, je commencerai par revenir sur l'analyse que l'auteur propose de l'expérience de pensée de la tour de Pise, avant de m'intéresser à sa conception philosophique originale.

<footnote n="1">¹ Thomas Kuhn, « A Function for Thought Experiments » (1964), repris in *The Essential Tension*, University of Chicago Press, 1977, p. 240-265.</footnote>

<footnote n="2">² Rawad El Skaf, *La physique dans un fauteuil? Pouvoir et limites des expériences de pensée*. Paris, Éditions Matériologiques, 2023, p. 83 et *passim*.</footnote>
La première partie de l'ouvrage est consacrée aux travaux de Galilée, que l'auteur analyse pour mieux arbitrer le débat entre Brown et Norton. Si l'expérience de pensée de la tour de Pise est l'une des plus importantes de l'histoire des sciences, la littérature philosophique l'a souvent mésinterprétée. Pour Brown, par exemple, « Galilée a montré que tous les corps tombent à la même vitesse avec une expérience de pensée brillante »<fnref n="3" />. Cette affirmation n'est pourtant pas correcte comme le montre Rawad El Skaf en analysant attentivement les textes de Galilée et les travaux d'historiens des sciences. L'expérience de pensée de la tour de Pise porte sur des corps de même matière ou de même espèce (par exemple deux pierres) et non sur tous les corps. Rectifier ce point ne relève pas simplement d'une analyse historique rigoureuse, mais s'avère décisif pour évaluer la thèse philosophique de Brown. Rappelons tout d'abord l'expérience de pensée en question. Galilée cherche à réfuter la physique aristotélicienne d'après laquelle la vitesse des corps en chute libre est proportionnelle à leur poids. Galilée imagine alors « deux mobiles de la même espèce, a le plus grand, et b le plus petit »<fnref n="4" />. D'après la théorie d'Aristote, le mobile a se déplace plus rapidement que b. Si, maintenant, on attache le mobile a à b, l'ensemble se déplacera plus lentement que a seul, car b va ralentir le mobile a — par effet parachute pourrait-on dire, ou encore à cause de la « médiativité »<fnref n="5" /> de la vitesse. Cependant, l'ensemble composé de a et b est plus lourd que a seul et devrait ainsi, d'après la théorie d'Aristote, se déplacer plus vite que a. On aboutit ainsi à une contradiction : l'ensemble a et b va à la fois moins vite que le mobile a et plus vite que le mobile a, faisant de cette expérience de pensée une authentique « réduction à l'absurde »<fnref n="6" />. Cette expérience de pensée revêt ainsi une fonction « destructive »<fnref n="7" />, selon la terminologie de Brown, constat partagé par Norton. Mais a-t-elle aussi une fonction « constructive »<fnref n="8" />, comme le soutient Brown, celle de conduire à la loi de la chute des corps ?

Pour répondre à cette question, Rawad El Skaf montre qu'il faut distinguer deux aspects dans les travaux de Galilée. Il y a son expérience de pensée d'un côté et ses réflexions plus générales sur la loi de la chute des corps de l'autre. L'expérience de pensée ne porte que sur deux corps de même matière et de taille différente. Cette restriction, comme le montre Rawad El Skaf, permet à Galilée d'éliminer dans sa recherche de la loi de la chute des corps « un facteur causal »<fnref n="9" /> : le poids absolu (ou la masse). En revanche, comme Galilée l'écrit dans ses *Discours et démonstrations mathématiques concernant deux sciences nouvelles* en 1638, « si l'on

<footnote n="3">³ James R. Brown and Yiftach Fehige, "Thought Experiments", *The Stanford Encyclopedia of Philosophy*, Edward N. Zalta & Uri Nodelman (eds.), section 4.2, trad. fr et cité par El Skaf, 2023, *ibid.*, p. 50.</footnote>

<footnote n="4">⁴ Galilée, *De Motu Antiquiora*, 1590, trad. fr. et cité par El Skaf, 2023, *ibid.*, p. 59.</footnote>

<footnote n="5">⁵ El Skaf, 2023, *op. cit.*, p. 58.</footnote>

<footnote n="6">⁶ Alexandre Koyré, « Le De Motu Gravium de Galilée. De l'expérience imaginaire et de son abus », *Revue d'histoire des sciences et de leurs applications*, 13(3), 1960, p. 206.</footnote>

<footnote n="7">⁷ El Skaf, 2023, *ibid.*, p. 38.</footnote>

<footnote n="8">⁸ El Skaf, 2023, *ibid.*, p. 38.</footnote>

<footnote n="9">⁹ El Skaf, 2023, *ibid.*, p. 61.</footnote>
supprimait totalement la résistance du milieu, tous les corps descendraient à la même vitesse »<fnref n="10" /> : c’est la loi de la chute des corps. Mais comment Galilée passe-t-il de son expérience de pensée à la loi de la chute des corps ? Ce n’est pas à l’aide d’une expérience de pensée, mais bien sur une base empirique, par des observations. Après avoir éliminé le poids absolu comme cause possible de la vitesse de chute des corps, l’établissement de la loi de la chute des corps passe par une analyse du rôle de leur poids spécifique (la densité des corps). Dans ses *Discours*, Galilée montre qu’il faut également éliminer le poids spécifique comme facteur causal et considérer que, en l’absence de résistance du milieu, tous les corps (quelle que soit leur espèce) tombent à la même vitesse. Pour cela, Galilée étudie les vitesses de chute de corps d’espèces différentes (or, plomb, porphyre...) dans des milieux différents (mercure, eau, air...) et constate que plus le milieu est dilué, moins les écarts des vitesses sont importants. En procédant ensuite à un « passage à la limite »<fnref n="11" />, c’est-à-dire en considérant un milieu sans aucune résistance, Galilée énonce sa loi de la chute des corps qui porte sur tous les corps. Rawad El Skaf décrit avec beaucoup de soin les détails du raisonnement de Galilée, les différentes hypothèses qu’il fait ainsi que les références aux travaux de Benedetti. Il montre également que l’expérience de pensée de la tour de Pise est logiquement indépendante de la loi de la chute des corps. En effet, Galilée propose dès 1590, dans son *De Motu Antiquiora*, une première loi pour la chute des corps différente de celle de 1638, alors même qu’il s’appuie sur la même expérience de pensée. En 1590, le jeune Galilée, après diverses considérations sur la flottabilité des corps, soutient que « la vitesse de chute de tous les corps est proportionnelle au poids spécifique du mobile moins celui du milieu »<fnref n="12" />. Cette première théorie de Galilée sera remplacée près de cinquante ans plus tard par la loi que nous connaissons. Le fait que Galilée ait ainsi développé deux théories incompatibles pour la chute des corps, et ce à partir d’une même expérience de pensée, montre, « contre Brown, (...) que l’expérience de pensée de Galilée n’a pas révélé ni a fortiori justifié une loi de la nature »<fnref n="13" />.

Passons maintenant à la seconde partie de l'ouvrage, dans laquelle Rawad El Skaf développe sa propre conception des expériences de pensée. De manière générale, l'auteur partage le désaccord de Norton à propos de la thèse de Brown. Cependant, l'auteur met en lumière différentes thèses au sein de la conception de Norton, dont il propose une analyse critique. Parmi celles-ci, il examine notamment la « thèse d'élimination » d'après laquelle « les expériences de pensée sont des arguments qui contiennent des particuliers non pertinents pour la généralité de la conclusion »<fnref n="14" />. Par « particuliers », il faut entendre tous les détails du scénario qui « donne à cette expérience de pensée son “apparence expérimentale” »<fnref n="15" />. Pour Norton, ces particuliers peuvent être éliminés de l'argument. Mais Rawad El Skaf montre que cette thèse

<footnote n="10">¹⁰ Galilée, *Discours et démonstrations mathématiques concernant deux sciences nouvelles*, trad. fr. Maurice Clavelin, PUF, 1995 [1638], p. 117., cité par El Skaf, 2023, *ibid.*, p. 66.</footnote>

<footnote n="11">¹¹ El Skaf, 2023, *ibid.*, p. 68.</footnote>

<footnote n="12">¹² El Skaf, 2023, *ibid.*, p. 63.</footnote>

<footnote n="13">¹³ El Skaf, 2023, *op. cit.*, p. 80.</footnote>

<footnote n="14">¹⁴ John Norton, « Thought Experiments in Einstein’s Work », in T. Horowitz and G. Massey (eds.), *Thought Experiments in Science and Philosophy*, Roman & Littlefield, 1991, p. 131, trad. fr. et cité par El Skaf, 2023, *ibid*. p. 93.</footnote>

<footnote n="15">¹⁵ El Skaf, 2023, *ibid.*, p. 41.</footnote>
d'élimination – comprise dans une version forte – n'est pas soutenable. Pour cela, il s'appuie sur le cas de la
boîte à photon d'Einstein. Dans cette expérience de pensée, Einstein révèle une incohérence au sein de la
mécanique quantique concernant l'application du principe d'indétermination. Si cette incohérence est par la
suite résolue par Bohr, l'auteur montre qu'on ne peut pas se passer des ingrédients du scénario imaginé par
Einstein pour identifier l'incohérence. En revanche, il est vrai, selon l'auteur, que les détails expérimentaux
peuvent être éliminés de la *conclusion* de l'expérience de pensée. C'est la version faible de la thèse de
l'élimination, celle que Rawad El Skaf soutient. Il est ainsi possible de présenter le résultat d'une expérience
de pensée sous la forme d'un énoncé général, « mais cela ne veut pas dire que ces particuliers sont éliminés
du processus qui mène à cette conclusion »<fnref n="16" />.

Cette analyse des « particuliers » vient en appui de la thèse plus générale que l'auteur développe par la suite :
la *fonction épistémique* des expériences de pensée consiste à révéler des incohérences résolues ensuite sous
forme de conjectures. Cette fonction est assurée par l'exposé d'un *scénario*, concept clé chez l'auteur comme
le souligne Anouk Barberousse dans la préface de cet ouvrage. Le chapitre 4 montre plus précisément que
certaines expériences de pensée révèlent une incohérence en proposant des scénarios « sous-décrits », c'est-
à-dire qui restent silencieux sur certains mécanismes physiques. Pour cela, l'auteur s'intéresse au démon de
Maxwell. Dans cette expérience de pensée, Maxwell laisse en effet de côté la description du mécanisme
physique permettant de trier les molécules en fonction de leur vitesse. Rawad El Skaf propose alors une
analyse fine et riche de cette expérience de pensée, en revenant notamment sur son contexte historique. Il
montre aussi que ces scénarios sous-décrits ne sont pas sans poser problème. A-t-on vraiment affaire à une
*expérience* de pensée étant donné le rôle joué par ce « démon », cet « être » aux capacités surhumaines ? Il
semble en effet qu'il manque un dispositif expérimental dans ce scénario. Comme le rapporte l'auteur, Ian
Hacking est d'ailleurs réticent à qualifier le démon de Maxwell d'expérience de pensée ; il s'agirait plutôt
selon lui d'une « fiction »<fnref n="17" />. Rawad El Skaf montre cependant que ces scénarios sous-décrits peuvent
s'avérer fécons en physique. Dans le cas du démon de Maxwell, par exemple, ils ont stimulé la formulation
de nouveaux scénarios au cours du XXe siècle dans le but de naturaliser ce démon, c'est-à-dire de proposer
des dispositifs mécaniques assurant la fonction du démon, comme la trappe de Smoluchowski ou la roue à
rochet et le cliquet de Feynman.

Venons-en maintenant à l'analyse du contenu des expériences de pensée. Pour Norton, cette analyse est
reléguée au second plan, car les expériences de pensée sont réductibles à des arguments. Ce contenu est
propositionnel et la « performance cognitive d'une expérience de pensée n'est rien d'autre que l'exécution
mentale d'un argument »<fnref n="18" />. Mais Rawad El Skaf montre que cette approche prête le flanc aux critiques des
partisans des modèles mentaux, pour qui le contenu d'une expérience de pensée n'est pas toujours
propositionnel. L'auteur ne s'engage cependant pas dans ce débat et soutient qu'on peut faire abstraction de

<footnote n="16">16 El Skaf, 2023, *ibid*., p. 95.</footnote>

<footnote n="17">¹⁷ Ian Hacking, « Do Thought Experiments Have a Life of Their Own?», *Philosophy of Science*, 1992, 2, p. 302, trad. fr et cité par El Skaf, 2023, *ibid*., p. 130.</footnote>

<footnote n="18">¹⁸ El Skaf, 2023, *ibid*., p. 85.</footnote>
la nature des processus cognitifs sous-jacents à la performance d'une expérience de pensée »<fnref n="19" />. Il reste neutre
sur la nature du contenu et préfère consacrer son cinquième et dernier chapitre à l'analyse de la *forme* des
expériences de pensée. Plus précisément, il défend la thèse selon laquelle les expériences de pensée
possèdent une *structure* commune en six étapes successives. Tout d'abord, une question théorique cible est
identifiée (étape 1). Ensuite, un scénario mobilisant un arrangement expérimental est décrit (étape 2). Le
scénario se déroule (étape 3) conduisant au résultat de l'expérience de pensée (étape 4). L'interprétation de ce
résultat permet de révéler une incohérence (étape 5) qui sera finalement résolue sous la forme d'une
conjecture (étape 6). Dans ce chapitre, l'auteur prend soin d'illustrer cette structure par de nombreuses
expériences de pensée, en analysant notamment deux nouvelles expériences de pensée de boîtes à photon
proposées par Einstein en 1931 et en 1935, mais aussi les expériences de pensée du démon de Wheeler et
l'engin de Geroch concernant les trous noirs, ou encore l'ascenseur d'Einstein en relativité générale<fnref n="20" />.

Tout au long de son ouvrage, Rawad El Skaf propose ainsi une enquête philosophique brillante, rigoureuse et
judicieusement informée par l'histoire des sciences. Face au problème soulevé par Kuhn, celui de savoir
comment il est possible d'acquérir des connaissances sur la nature sans nouvelles données empiriques,
l'auteur défend une position lucide et convaincante. Les expériences de pensée ne révèlent pas de loi de la
nature de manière a priori. Mais elles possèdent une fonction heuristique de première importance : elles
conduisent les scientifiques à formuler des *conjectures* sur le fonctionnement de la nature, conjectures qui
viennent en réponse aux *incohérences* révélées par ces scénarios imaginaires.

Vincent Ardourel

Institut d'Histoire et de Philosophie des Sciences et des Techniques

CNRS / Université Paris 1 Panthéon-Sorbonne

<footnote n="19">¹⁹ El Skaf, 2023, *ibid*., p. 40.</footnote>

<footnote n="20">²⁰ L'auteur s'appuie notamment sur les travaux de Don Howard pour son analyse des expériences de pensée des boîtes à photon d'Einstein. Notons qu'une coquille s'est glissée pour le nom de « Don Howard » (p. 136 et suivantes). D'autres petites coquilles apparaissent dans l'ouvrage, comme dans la figure 1 (p. 54) où il faut lire « lourdeur mais pas la taille » sur la rangée du bas, à la troisième bulle en partant de la gauche. Celles-ci ne gênent absolument pas la lecture et n'entachent en rien l'excellent travail de l'auteur.</footnote>