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La physique ou la vie ?

Les lois de la physique sont incompatibles avec les lois de la vie

Le paradoxe du temps

Les lois usuelles de la physique sont déterministes et réversibles par rapport au temps.
Elles sont déterministes c’est-à-dire : si le présent est sensé être connu, alors l’avenir l’est aussi. L’avenir dans cette vision est l'extrapolation stricte et déterminée du passé et du présent.

C’est très clair dans la mécanique classique de Newton et ses notions de masse, de force, de trajectoire, d’énergie (cinétique et potentielle) : les équations sont réversibles par rapport au temps ; rien ne distingue le passé et le futur. C’est simplement une inversion de paramètre : on met t=-t et on reconstitue le passé, puis t=+t et on prévoit le futur.

Pour la thermodynamique (en gros l’étude des gaz) c’est un peu plus compliqué. Il en existe une formulation selon la mécanique classique : un gaz contient des molécules, de minuscules objets qui se déplacent dans le vide et qui de temps en temps se rencontrent, se tapent dessus, se renvoient en se partageant les vitesses. C’est à ces molécules qu’on applique les lois de la mécanique. Le problème, c’est qu’il y a des milliards de molécules dans un litre de gaz et qu’un milliard d’équations à prendre en compte dans le calcul, ce n’est pas réaliste. La thermodynamique, considérée à partir des particules est déterministe et réversible par rapport au temps, mais hors de portée de tout calcul. D’où une approche considérée comme une approximation, basée sur la probabilité de rencontre des particules. Il y a bien alors dans cette formulation de la thermodynamique une orientation du temps depuis le passé vers le futur. Elle prédit la dégradation irrémédiable de l’énergie vers son état le plus stable, le plus uniforme, le moins différencié : l’entropie de l’univers qui mesure son degré d’uniformité, augmente. Mais la vie est tout le contraire de ça, elle est incompatible avec la thermodynamique statistique !

En mécanique quantique, celle qui régit l’infiniment petit, quand une particule ou un groupe de particules se déplace, ce groupe est défini par sa fonction d’onde. Celle-ci est réversible par rapport au temps, c’est à dire qu’elle ne distingue pas le passé et le futur. La fonction d’onde a malheureusement une propriété gênante : elle n’est pas observable, bien que conduisant à des prévisions très précises. Je sais quelque chose sur cette particule, mais je ne peux pas la voir. Si je veux la voir, je dois interférer avec elle. L’observateur met son grain de sel et perturbe la particule ; il crée un événement daté dans le temps qui concerne indissociablement la particule et l’observateur. On peut dire qu’entre deux observations les lois de la mécanique quantique sont réversibles, mais que chaque observation est un événement daté dans le temps.

Qu’il s’agisse de la mécanique newtonienne, de la thermodynamique statistique ou de la mécanique quantique, il est rigoureusement impossible que la vie puisse surgir de cet ensemble de lois. Et pourtant nous sommes vivants ! Et nous savons bien que la vie est irréversible et que le temps s’écoule du passé vers l’avenir !

Et pourtant les scientifiques qui étudient le vivant constatent bien que la vie n’évolue pas vers le plus uniforme et le plus indifférencié, mais au contraire vers des organisations de plus en plus complexes, de plus en plus improbables. Il y a là une contradiction fondamentale entre ces deux approches : d’une part les lois de la physique telles qu’on les enseigne dans les écoles, d’autre part l’existence de la vie.

Pour ce qui me concerne, je tiens avec force à ces deux approches !

Les développements qui suivent sont quelque peu arides si l’on est rétif aux mathématiques. Dans ce cas il suffit de faire confiance aux conclusions résumées ci-dessus et de passer à un autre chapitre.

Le stable et l’instable

Depuis Newton, la mécanique s’est développée en référence à des systèmes stables : le mouvement régulier du pendule, la trajectoire de la terre autour du soleil, la chute d’un corps dans le vide. Et elle a obtenu une précision extraordinaire dans ses prévisions. Cependant ces exemples qui sont des systèmes stables, ne sont pas représentatifs de la majorité des systèmes dynamiques que nous côtoyons journellement. Il y manque les systèmes instables : tenir un crayon sur sa pointe, reculer avec une remorque accrochée à sa voiture, faire une partie de flipper, jouer avec un enfant. On sent bien que dans ces cas-là, la mécanique rationnelle ne nous est pas d’un grand secours !

Aussi allons-nous examiner d’un peu près les systèmes instables et y découvrir :

 

Nous allons comprendre comment on arrive à introduire l’irréversibilité du temps et les probabilités dans les lois de la physique, non pas comme une approximation, mais comme une loi fondamentale.

 

C’est grâce à la nouvelle formulation de ces lois, qui intègrent les phénomènes instables, que le vie ne va plus être en contradiction avec les lois de la physique.

 

La mise en évidence de l’instant présent comme créateur d’avenir est fondamentale pour chaque être vivant. C’est dans le présent que nous agissons sur le futur et c’est nous, au travers de chacune des instabilités que nous traversons (que l’on choisisse la bonne ou la mauvaise orientation), qui faisons advenir un futur plus ou moins souhaitable.

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Mise à jour le 10/03/2010

Selon Karl Popper, le sens commun tend à affirmer « que tout événement est causé par un événement qui le précède, de sorte que l’on pourrait prédire ou expliquer tout événement... Par ailleurs, le sens commun attribue aux personnes saines et adultes la capacité de choisir librement entre plusieurs voies d’action distinctes... ».

Cette tension à l’intérieur du sens commun se traduit dans la pensée occidentale par un problème majeur ...  appelé le « dilemme du déterminisme ».

Ilya Prigogine   La fin des certitudes