S.Katsanevas DAS Astroparticule IN2P3/CNRS

La controverseOn se propose d’analyser une controverse entre les astrophysiciens

et les physiciens des particules autour d’un sujet qui se trouve à l’interface des deux disciplines:

Le problème de matière et énergie noire En se basant sur l’article « polémique »:Fundamental Physics why Dark Energy is bad for Astronomy

de Simon. D.M. White

Et la réponse irénique (moins connue exactement pour cela):A Thousand Invisible Cords Binding Astronomy and High Energy Physics

de Rocky Kolb

Disons le dès le début: il ne s’agit pas d’une controverse épistémologique, mais d’un conflit de méthodes de communication.

S D.M White est un grand expert des simulations utilisant la matière noire et R. Kolb chef du « Dark Energy Task Force » pour définir une mission d’énergie noire. Les deux acceptent la nécessité de postuler l’énergie et matière noire.

Convergence des thematiques I

Convergence des thématiques II

Composition de l'Univers

Etoiles et galaxies

Neutrinos

Le reste de matière (p,n,e)

Matière noire

Energie noire

Antimatière

Etoiles et galaxies 0,5Neutrinos 0,5Le reste de matière (p,n,e) 2Matière noire 23Energie noire 73Antimatière 0

Nous

%%

La recherche de la matière noire fut la porte d’éntrée des physiciens es particules en France à la cosmologie (MACHO)

Problème astrophysique, solution physique des particules ?

S. White On peut simuler la formation des galaxies avec l’hypothèse de matière noire

Convergence III: Nouvelles astronomies

s

Le rayonnement thermique ne suffit pas.

Nouveaux messagers:

• Rayons gamma de haute énergie

• Particules chargés de très haute énergie

• Neutrinos

• Ondes gravitationnelles

• Particules de matière noire?

Ondes

gravitationnelles

Pour les détecter il nous faut des techniques de la physique des particules

Déterminer les échelles d’analyse

Analysons cette controverse selon 5 axes échelles le type de communication mis en jeu. 1. « Communication » méthodologique entre le

scientifique et son objet (de Thalès à THALES)2. Communication entre les pairs 3. Communication entre le scientifique le futur

scientifique, son étudiant (menon)4. Communication entre le scientifique et la société

/medias (Nucléaire, CERN-AUGER EU, Big Bang PB) 5. Communication entre le scientifique et les instances

politiques Le poids de la « rhétorique» augmente et l’

épistémologie diminue de 1 à 5 Le mélange des axes d’analyse et le saut d’un type à

l’autre caractérise une critique du type « ethnologie du laboratoire» dont le plus fameux exemple est l’analyse de l’expérience d’oscillation neutrino à Homestake par Ray Davis (prix Nobel )

Où le neutrino explique l’éclat du soleil Où le neutrino explique l’éclat du soleil

Fusion des élements légers

p + p 2H + e+ + e

p + e- + p 2H + e

3He + p 4He + e+ + e

7Be + e- 7Li + e

99.75 %

0.25 %

15 %

~10-5 %

8B 8Be* + e+ + e 0.02 %

•1960’s: 37Cl + e 37Ar + e-

•Observe le tiers du flux attendu •Problème avec le modèle du soleil ? NON•Problème ave la détection? NON•Oscillation du neutrino? OUI•Expériences controllée:

•Méthode de détection•Oscillation avec accélérateur terrestre

•Ray Davis (prix Nobel 2001)

Première fois où on descend dans un puits pour voir le soleil (et le cosmos)?Le prototype de l’ethnologie du laboratoire

Revenons au problème de l’énergie noire… « Communication » avec l’objet d’étude ou méthodologieS.D.M. WhiteAstronomers carry out observations to explore the diverse processes and objects which populate our Universe. High-energy physicists carry out experiments to approach the Fundamental Theory underlying space, time and matter. Dark Energy is a unique link between them, reflecting deep aspects of the Fundamental Theory, yet apparently accessible only through astronomical observation. Large sections of the two communities have therefore converged in support of astronomical projects to constrain Dark Energy. In this essay I argue that this convergence can be damaging for astronomy.

•Hubble vs WMAPAn observatory , An experimentDesigned for general tasks , Designed for a specific taskServing a diverse community, Serving a single, coherent communityProgramme built through proposals, Programme set at designMany teams of all sizes , A single moderately large teamMany results unanticipated , Main results ‘planned’Nourishes astrophysics skills ,Nourishes data-processing/ statistics skillsPublic support as a facility, Public impact through results

I. Communication avec le publique (et les politiques*)

*L’histoire de Kalmus recteur d’Oxford

One way to contrast the nature of these two projects is through the images which have become emblematic of their success.

In figure 1 I show two of the best known images from HST, the picture of a region of the Eagle Nebula often referred to as the “Pillars of Creation” and the very deep exposure of an apparently blank piece of sky known as the Hubble Deep Field. Both of these pictures have had enormous public and professional impact, achieving iconic status. The Pillars of Creation are reminiscent of backlit thunderclouds, evoking the reappearance of sunlight after a storm, yet they depict the hidden birthplaces of stars. Quantitative analysis is possible, but it serves to construct approximate phenomenological models rather than to measure well-defined physical parameters

The best known images from WMAP are shown in figure 2. To a very good approximation it is a random noise field and the statistical properties of its several hundred thousand pixels are adequately described by a six-parameter model. The second image compares the angular power spectrum of this sky map with a prediction based on an a priori physical model where all six parameters have been adjusted to values which are fully compatible with those expected from independent, non-CMB data. The agreement is a triumphant affirmation of the power of physics as a description of our world.

Figure de Hubble

Figure de WMAP

Harmoniques…, Metaphole de la musique celeste…

II. Fundamentalists vs Generalists? Astrophysics aims to understand the structure and behaviour of inherently

complex systems and as a result is interdisciplinary and synthetic in character. An intuitive feeling for the interplay between phenomena from many areas of physics is needed, for example, to model the formation of a galaxy. High-energy physics, in contrast, is reductionist, aiming to break phenomena down into ever more fundamental and more abstract entities, discarding along the way complexities which may mask the underlying Truth. In experimental work astrophysicists seek many truths associated with many phenomena, and the best forefront research is characterised by diversity and opportunism.

Kolb: A division of nature into ‘fundamental’ sciences and non-fundamental ‘generalist’ sciences is neither correct nor useful. If string theory proves to be the correct description of nature, does that mean that high-energy physicists studying electroweak physics or QCD are generalists and not fundamentalists? One could write an essay about the other cords binding astronomy and different fields of study. Study each phenomenon at its own scale.

Deux attitudes pour l’interdisciplinarité: Combiner des disciplines déjà constituées pour attaquer un objet d’étude, les

galaxies, les étoiles etc. Autre exemple le corps humain dans une récente édition du CNRS et le regarder sous l’angle physiologique, physchologique, sociologique, anthropologique etc?

Essayer d’augmenter le champ d’application d’une théorie et d’un instrument à d’autres domaines et échelles (réelles et métaphoriques).

III. Communication avec le public/politiques etc. (Autres citations de S. White, peur de l’autre ) The dangers I see are of three kinds:

inappropriate risk assessment in the design of major programmes (systematic effects) ;

investment of scarce resources in programmes which do not enable new astrophysics or promote advances over a broad front;

promotion of a fundamentalist value system and a managed work culture which will make astronomy unattractive to the brightest, most creative and most ambitious young scientists.

The broad public affinity for astronomy reflects widespread interest in deep questions of origin and fate which earlier civilizations addressed through creation myths.

It is hard to imagine an enthusiastic amateur community devoted to high-energy physics is another indicator of the cultural differences between the two fields.

Large projects require large teams and long time-scales. The negative effects of this on young scientists’ opportunities for creativity can be drastic and must be mitigated by promoting a diverse set of science goals for exploration by young team members.

Credit for scientific contributions must be clearly assigned to those responsible for the original insights and for the creative aspects of the enabling work. Current assessment culture in astrophysics is based mainly on total citations to papers signed by a scientist, regardless of whether (s)he is sole author or author number 47 out of 165. This encourages inflated author an reference lists which dilute the visibility of creative work over and above the dilution already caused by the trend towards large teams.

Astrophysicists should motivate their activities in their own cultural context, not in that of high-energy physics.

IV. Réponses de R.Kolb

One Size Does Not Fit All Il ne faut pas avoir peur des grands instruments

Credit Where Credit Is Due Il faut aller au delà des citations, le prestige et le leadership

se construisent par connaissance interne (problème de ERC) Avantage selon moi (SK): ces pratiques ne donnent pas

assise à la manipulation externe par le politique Facilities versus Experiments

Dual approach All data to the people Conclusion

It is neither useful nor correct to divide science into fundamental and nonfundamental investigations. High-energy physicists are not fundamentalists and astronomers are not generalists. They are bound together by a thousand cords that cannot be broken. Every science is both fundamental and general.

If large collaborations are required to investigate dark-energy science, then astronomers, together with high-energy physicists, can find ways to collaborate without endangering the core activities of either discipline. If small or individual investigations at user facilities advance science, they will continue to be done.

V. La frontière Astrophysique , Physique des Particules

Méthodologie: Relation différente à la praxis cognitive: observation vs manipulation (racines

médiévales: astrologues, alchimistes) Relation différente à la construction d’instruments: valorisée dans la physique des

particules (Charpak), bonne pour les ingénieurs de support en astrophysique. Relation différente à la théorie: séparée dans la physique des particules (trop

mathématique) incorporée dans l’astrophysique (plus phénoménologique) Images phénoménologiques vs détermination des paramètres d’une équation

Communication des pairs Relation différente à la propriété des données (privés en physique des particules,

publiques en astrophysique Différence organisationnelles: république des frères en physique des particules

(Spokeperson) vs Modèle aristocratique (Gentlman Astronomer, Principal Investigator) . Discussion dominée jusqu’à aujourd’hui par une série de prix Nobels, historiques avec passé dans les grands physiciens de l’après guerre (parfois issus de la génération du projet manhattan Relation différente à l’individualité: gentleman-astronomer vs le physicien des particules habitué à travailler dans des grandes collaborations

Grands instruments, publications de plusieurs auteurs vs publication individuelles. Relation différente au “capital scientifique” ( Bourdieu) renommée indépendante des citations dans la physique des particules.

RATIONALITE COLLECTIVE VS LE MODELE DU SCIENTIFIQUE SOLITAIRE ETUDIANT LA NATURE. Propriété intellectuelle dans l’ Athènes de Périclès (Steiner)

Ces deux conditionnent les autres 3 axes d’analyse (étudiants, société, politiques)

I. L’interdisciplinarité définie comme une brèche à la communication

Interdisciplinarity is not the sea of calm security, it begins effectively when the solidarity of the old disciplines breaks down, in the interest of a new object and a new language neither of which has a place in the field of sciences brought peacefully together, this unease of classification being precisely the point from which it is possible to diagnose a certain mutation.

R. Barthes Une entreprise interdisciplinaire doit assumer pendant un certain

temps une précision moindre que celle revendiquée dans les branches canoniques du savoir. Parmi les particularités des sciences confortées dans leur conscience d’elles-mêmes, il y a le fait qu’elles croient toujours savoir avec bien plus de précision qu’on ne peut savoir; en aucun cas n’a-t-on obtenu le rétrécissement et l’isolement de l’objet d’étude sans contrepartie. Parce qu’elle n’accepte pas la délimitation bien définie et éprouvée de l’objet, l’entreprise interdisciplinaire doit avoir tout d’abord pour effet de décevoir;

Hans Blumenberg

La définition comme distinction proportionnée doit plutôt terminer l’oeuvre que la commencer

E.Kant

II. L’interdisciplinaire comme mouvement naturel du disciplinaire

Kuhn a critiqué la description logiciste, positiviste de la science, il a introduit la société et l’histoire.

Mais est-ce qu’il a vraiment introduit l’histoire? Une révolution et ses corrélats (incommensurabilité) n’est pas vouloir nier

l’histoire? Voir le changement de paradigme comme un changement cognitif brusque

de point de vue ne favorise pas une vision théoriciste de la science? Ne faut il pas prendre e compte l’historicité et la contribution autonome des instruments?

Suivre l’interdisciplinarité, est peut être le lieu où on peut suivre les mutations historiques dans leur durée On devient interdisciplinaire par fidélité disciplinaire, vouloir étendre le

champ de définition et d’application de certains principes, et non parce que on veut prendre de la hauteur. Voir les exemples de l’astroparticule mais aussi Ginsbourg, Foucault etc.

Des effets rhétoriques, ils sont historiquement situés à des moments spécifiques du développement de l’interdisciplinarité. Voire l’histoire des 3 étapes d’une nouvelle idée Cette idée est idiote Cette idée est triviale Cette idée est MON idée

La topologie d’un champ disciplinaire est complexe, non connexe, on peut facilement se trouver hors champ, “par inadvertance”. “On reconnait les frontières quand on les traverse” Wittgenstein

III. Rhétorique du champ interdisciplinaire, exemple l’astroparticule.

Reconstituer l’unité perdu, le champ que la spécialisation a fragmenté etc.

Créer un récit cosmologique unitaire tant critiqué par les postmodernes? (voir présentation de P.B)

Critique de la séparation des disciplines, de la spécialisation telle qu’elle a été instauré par l’Université.

Pourtant, les ennemis de l’interdisciplinaire , adeptes des frontières, analysent souvent la situation en termes de désertion d’un domaine et envahissement /colonisation d’un autre,

POUR L’INTERDISCIPLINAIRE Y A -T-IL UN «  MIDDLE GROUND «  ?