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ARTICLE
Les
philosophes et les nouveaux visages de la physique
Deuxième partie. La mécanique
quantique. La conscience est-elle un objet?
par Jean-Paul Baquiast
7 septembre 2003
Cet article fait suite
à celui consacré sous ce titre à la cosmologie
dans notre précédent
numéro
Quel rapport y a-t-il entre le "problème difficile"
de la philosophie de l'esprit, celui de la conscience, et
le principal problème d'interprétation de la
mécanique quantique, popularisé par l'expérience
de pensée du chat de Schrödinger ? C'est que tous
deux mettent localement en échec les oppositions de
type sujet-objet dont fait usage la théorie de la connaissance.
La conscience primaire n'est pas détachable du fait
d'être vécue, et le phénomène en
physique microscopique n'est pas désolidarisable du
contexte expérimental dans lequel il se manifeste.
Les deux problèmes ont cependant été
rendus inextricables par un refus habituel de tirer toutes
les conséquences de cette remarque. Conditionnés
par le préjugé selon lequel le mode descriptif-constatif
d'utilisation du langage est universel, la plupart des protagonistes
du débat, aussi bien dualistes que matérialistes,
ont traité la conscience comme un quasi-objet, et l'"état
quantique" comme un attribut d'objet. De là sont
nés l'aporie de la relation (de coexistence, d'émergence,
ou d'identité) qu'est censé entretenir le quasi-objet,
conscience avec l'objet cerveau, et le paradoxe d'un chat
imaginaire dont l'"attribut" surprenant consiste
à être mi-mort mi-vif. De là est venue
également une compréhension lacunaire du sens
des essais de solution les plus plausibles, comme la décohérence
pour le paradoxe du chat de Schrödinger. Une dissolution
commune des deux problèmes est alors tentée
à travers une conception élargie du langage
(associant les enseignements de Wittgenstein à ceux
de la pragmatique), et une généralisation de
la méthodologie des sciences (consistant à compléter
les procédures de la caractérisation objective
par celles de la coordination intersubjective).
Michel Bitbol, extrait de la présentation de Physique
et philosophie de l'esprit, Flammarion 2000
Dans un article du numéro
précédent (Les philosophes et les nouveaux visages
de la physique, Première partie. La cosmologie), nous
avons examiné les répercussions possibles des
nouvelles hypothèses cosmologiques sur la façon
dont le public non spécialiste se représente
la nature. Nous y avons fait allusion à la nécessité,
pour approfondir cette question, de mieux se représenter
ce que pourrait être la nature au travers des nouvelles
hypothèses apportées par la physique quantique.
Celle-ci, quoique bientôt octogénaire, se renouvelle
profondément aujourd'hui, ce qui entraînera d'importantes
conséquences philosophiques.
Dès ses origines, la
mécanique quantique a introduit comme on le sait l'idée
d'une inséparabilité entre l'objet observé
et l'instrument (ou observateur) servant à le décrire
expérimentalement. La mécanique quantique ne
fournit pas une image de la nature mais l'image de nos rapports
avec la nature (Heisenberg). Cette idée, considérée
initialement comme révolutionnaire, s'est aujourd'hui
banalisée, aussi bien en physique microscopique (quantique)
qu'en cosmologie, compte tenu des succès expérimentaux
continus de la mécanique quantique. Les articles intitulés
sur le mode " il n'y a pas de particules " ou "
le temps n'existe pas " deviennent courants. Ce qui n'empêche
pas certains physiciens, et le langage courant, de continuer
par exemple à présenter l'atome comme un noyau
entouré de petites billes, soi-disant pour des raisons
de commodité mais sans doute aussi pour ne pas affronter
le changement de point de vue radical qu'implique la mécanique
quantique. Il s'agit pourtant d'un mensonge(1).
Ceci étant, la séparabilité
entre l'observé et l'observateur reste le dogme dominant
dans les sciences occidentales du macroscopique, c'est-à-dire
des objets pluri-atomiques, objets physiques, biologiques
et informationnels. Depuis les premiers succès du rationalisme,
on considère qu'il n'est de science possible que si
l'observateur (qualifié de sujet), prend la posture
de se situer en dehors du monde qu'il observe (qualifié
d'objet), afin d'en donner une description objective. On admet
que cette description est toujours approximative, mais cette
approximation découle seulement de l'insuffisance des
moyens d'observations dont dispose l'observateur. L'approximatif
découle de cette insuffisance et non d'une éventuelle
indescriptibilité de l'objet. Il n'exprime pas l'hypothèse
propre à la mécanique quantique selon laquelle
l'observateur serait enchevêtré avec l'observé,
ce qui l'empêcherait définitivement d'en donner
une description valable pour tous et en tous lieux (c'est-à-dire
située avec précision dans le temps et dans
l'espace).
Il est certain que, pour dépêtrer
la pensée rationnelle de la confusion permanente entre
l'homme et la nature qu'imposait la pensée mythologique,
il fallait faire le postulat de la séparabilité
et de l'objectivité. Encore aujourd'hui, comme la plupart
des sciences et des technologies traitent du monde macroscopique,
ce postulat n'est pas gênant. Il est même, en
pratique, indispensable. On constate cependant, y compris
dans les sciences du macroscopique, qu'il devient très
difficile de ne pas tenir compte du fait que l'observateur
s'implique inévitablement dans la description qu'il
fait de la nature. Cette implication a été reconnue
dès la fin du 19e siècle en ce qui concerne
les sciences humaines. Elle gagne petit à petit du
terrain dans les autres sciences, ainsi en neurologie ou en
médecine. Mais il s'agit d'une constatation qui relève
encore d'un effort pour améliorer les modalités
de la recherche macroscopique, et non de la prise en compte
d'un quelconque effet quantique.
Les différents
réalismes
Postuler avec les sciences
expérimentales nées au siècle des Lumières
qu'il existe une nature indépendante de l'observateur
a redonné force scientifique aux croyances très
anciennes selon lesquelles un monde d'idées ou de consciences
inaccessibles aux hommes se trouve quelque part, dont la réalité
observable n'est que le reflet (mythe de la caverne). Si les
sens de l'observateur, confirmés par les instruments,
lui donnent l'impression de contempler ou manipuler des objets
extérieurs à lui, il est naturel de penser que
ces objets d'observations existent réellement. On sait
bien que certains de ses objets, notamment dans les sciences
humaines (par exemple une idéologie), sont des constructions
sociales mais cela ne leur retire pas, ici et maintenant,
le statut d'objet observable au même titre ou presque
qu'un objet physique tel un astre.
Penser ainsi fonde le réalisme,
opposé au solipsisme selon lequel le monde tel qu'il
nous apparaît n'a pas de réalité en dehors
de notre esprit. Le solipsisme pourrait être rajeuni
par des réflexions modernes sur la conscience, mais
ce n'est pas encore le cas pour le moment. Pour sa part, le
réalisme, postulant qu'il existe des objets, une nature,
indépendants de l'observateur, n'est pas une doctrine
unique. Il a pris plusieurs formes. Les définitions
et les nuances relatives au réalisme sont nombreuses(2).
Nous n'en retiendrons que trois :
Le réalisme des essences ou ontologique ou de l'être
en-soi selon lequel à chaque objet identifié
dans la nature correspond une entité idéale
à laquelle en principe on ne peut accéder mais
vers laquelle on peut tendre par la démarche scientifique.
Ce type de réalisme est généralement
abandonné aujourd'hui, du moins par les matérialistes.
Bernard d'Espagnat (op.cit.) s'est cependant efforcé
d'en sauver l'essentiel en postulant l'existence d'un réel
certes inconnaissable, mais dont pourtant l'expérimentateur
doit reconnaître la présence, ne fut-ce que parce
que les expériences visant à valider ses hypothèses
se heurtent à des résultats précis sur
le mode oui ou non. Ceci révèlerait bien le
fait qu'il y a quelque chose de " dur " derrière
les apparences sensibles et non un simple univers aléatoire.
C'est ce qu'il a nommé le " réel voilé
". Mais ce concept ne s'est pas diffusé, pour
la raison qu'il n'a guère d'intérêt pratique.
Le réel voilé demeure en effet, pour lui, non
susceptible d'approche expérimentale quelle qu'elle
soit.
Aujourd'hui pourtant, on tend
à considérer que l'esprit humain a été
ainsi façonné par les nécessités
de la survie au cours de l'évolution qu'il ne peut
procéder à l'indispensable activité exploratoire
sans se donner un but lointain à atteindre. Les scientifiques
seraient encore soumis à ce conditionnement génétique.
Ils ne rechercheraient plus rien s'ils ne se persuadaient
pas qu'il y a quelque chose de "dur" à découvrir.
Nous reviendrons sur ce point important ultérieurement.
Pourtant, on peut penser que la science ne perdrait pas son
dynamisme si elle se persuadait, non qu'elle va à la
découverte de quelque chose de préexistant,
mais qu'elle crée ce quelque chose, qu'elle le construit
(approche constructible) par le jeu de sa seule activité
exploratoire (voir ci-dessous, in fine).
Le réalisme empirique selon lequel on ne prend en considération
que les objets tels qu'ils nous apparaissent à travers
nos sens. On s'efforce de les décrire aussi précisément
et objectivement que possible, mais on ne prétend pas
accéder à leur être en soi. Cette description,
dans la démarche scientifique traditionnelle, est considérée
nous l'avons dit comme d'autant plus précise et objective
que l'observateur ne s'y implique pas. Les propositions (telle
la loi de la chute des corps de Newton) ne doivent pas dépendre
de l'observateur, mais être valables pour tous. On parlera
aussi d'un réalisme à objectivité forte
(d'Espagnat, op.cit.). Le réalisme empirique prend
la forme d'un réalisme instrumental ou scientifique
lorsque les observations et propositions auxquelles on procède
sont généralement reconnues, par la communauté
des scientifiques, au moment considéré, comme
représentant un consensus momentanément acceptable,
à partir duquel dériveront de nouvelles hypothèses
puis de nouvelles expériences.
La plupart des scientifiques qui s'en tiennent
par raison au réalisme instrumental ne peuvent sans
doute pas s'empêcher de rêver, nous l'avons dit,
à une nature en soi dont ils se rapprocheraient progressivement.
Mais peu importe, les humains auxquels la science s'adresse
n'étant pas des essences mais des réalités
matérielles ont jusqu'à ces dernières
années constaté que le réalisme instrumental
tel que défini dans ce paragraphe offre un cadre philosophique
suffisant.
Le
réalisme à objectivité faible qui est
celui de la physique quantique : tel observateur a observé
tel phénomène dans telles conditions. On ne
peut en dire plus du réel sauf à travers des
opérateurs (par exemple la fonction d'onde) mais ceux-ci
ne fournissent que les résultats statistiques provenant
d'un grand nombre d'observations. On connaît les grands
concepts de la mécanique quantique servant à
"décrire" la nature : la non-détermination,
la superposition d'état, la non-séparabilité,
l'enchevêtrement (entanglement). Il en résulte
que l'observateur ne peut être séparé
de l'observation. Comme ses instruments, il fait partie de
l'énoncé. Les physiciens quantiques s'en tiennent
généralement là et ne formulent pas d'énoncés
prétendant s'appliquer plus précisément
aux systèmes observés. Mais très souvent,
ils tendent à retomber dans les habitudes du réalisme
à objectivité forte. C'est-à-dire qu'ils
parlent couramment des particules, des champs, du vide, du
Big Bang, de l'espace-temps, comme s'il s'agissait de réalités
ultimes de la nature. Le grand public s'y trompe et des philosophies
(par exemple l'indéterminisme appliqué au monde
macroscopique) reposant sur des bases inexactes se développent
dans la société et peuvent conduire celle-ci
à des erreurs graves d'interprétation et de
comportement.
Vers la fin de la
schizophrénie?
Tous ceux ayant commencé des études scientifiques
avant les toutes dernières années du XXe siècle
s'étaient habitués à l'espèce
de schizophrénie consistant à considérer
deux mondes différents et incompatibles auxquels ils
s'adressaient selon la nature de leurs travaux ou de leurs
réflexions : le monde dit macroscopique des objets
courants et le monde quantique dit microscopique. Cette incompatibilité
faisait partie pour eux des nombreux mystères de la
nature, avec lesquels il fallait bien cohabiter. Cependant,
tout récemment, divers développements des sciences
obligent à établir des ponts entre ces deux
mondes et font espérer l'émergence d'une vision
unifiée. Cette vision, il faut le préciser,
consacre indiscutablement, sous certaines conditions, le triomphe
de la physique quantique. Celle-ci tend à devenir la
mère des théories, dont toutes les autres ne
sont que des cas particuliers ou, si l'on considère
les sciences de la complexité dont nous parlerons ultérieurement,
des développements particuliers. Il résultera
de ce phénomène un bouleversement profond de
la façon dont les sociétés scientifiques
occidentales considéreront la nature et se considéreront
elles-mêmes. Le grand public lui-même ne pourra
pas rester en dehors de ce bouleversement, dont on ne mesure
aujourd'hui que les prémisses.
Plusieurs facteurs convergents ont provoqué l'émergence
de cette vision unifiée de la nature, autour des concepts
de la mécanique quantique :
En premier lieu, on trouve l'évolution interne à
cette dernière. Sans entrer dans les détails,
ce qui dépasserait et notre compétence et le
cadre de cet article, on citera l'effet de décohérence,
évoqué à partir de 1970 par le physicien
Zeh et largement confirmé depuis. Dans la mesure où
les objets macroscopiques sont constitués de systèmes
quantiques caractérisés par l'état de
superposition (la fonction d'onde d'un système, qui
le définit, peut être le résultat de la
superposition de deux fonctions d'onde correspondant chacune
à une valeur mesurée), on pouvait s'attendre
à ce que ces objets macroscopiques soient eux-mêmes
de façon permanente en état de superposition.
C'est l'apologue du célèbre exemple du chat
de Schrödinger qui était mort ou vivant, ici ou
là dans l'espace-temps. Or au contraire les objets
macroscopiques sont bien déterminés. Les travaux
sur la décohérence ont expliqué cette
étrangeté en montrant que la probabilité
d'observer un état superposé diminue rapidement
avec le nombre des variables. C'est le cas quand il s'agit
d'un objet macroscopique, aussi petit soit-il, puisqu'il comporte
par définition plus d'une particule quantique. La cohérence
(génératrice du phénomène d'interférence
dans l'expérience des fentes de Young traitant des
particules unes à unes) devient improbable au fur et
à mesure que les interactions augmentent. Grâce
à ce phénomène, le monde nous apparaît
constitué d'évènements et d'objets séparables.
Par ailleurs, les contradictions à la logique aristotélicienne
résultant de l'application du principe d'indétermination
(interdisant de connaître à la fois la position
et la vitesse d'une particule, si bien qu'un système
peut être à la fois ceci et son contraire) ont
paru levées par l'introduction, due à Robert
Griffiths et développée par Roland Omnès,
de la logique dite des "histoires" : l'évolution
d'un système quantique se fait selon des histoires
différentes au sein de chacune desquelles on peut retrouver
la logique classique, de même d'ailleurs que des sens
du temps non réversibles, propre au temps tel que nous
le percevons (le temps quantique étant réversible).
Ceci permet alors de considérer que la logique du monde
macroscopique, celle du sens commun, n'est qu'un cas limite
de la logique quantique. Il en résulte que nos lois
macroscopiques n'ont rien d'universel, sont entachées
de probabilités d'erreurs et doivent donc être
rejetées ou aménagées, au fur et à
mesure que l'on se rapproche du monde quantique(3).
Peut-être aussi, nous le verrons, faudra-t-il leur appliquer
le même traitement dans l'approche de certains aspects
du monde macroscopique lui-même.
Un deuxième facteur de rapprochement entre la physique
classique et la physique quantique tient à l'évolution
des technologies de l'instrumentation, qui nous rapprochent
de plus en plus de l'atome et de la particule - ou plutôt
des entités quantiques que l'on peut appeler ainsi
dans la terminologie de la physique macroscopique. Sans mentionner
les accélérateurs de particules, qui ont fait
franchir le pas depuis longtemps, il faut citer les nanotechnologies.
Celles-ci, en plein développement, conduisent à
traiter la matière au niveau de la molécule
et même de l'atome. Or, plus on se rapproche de ce que
l'on appelle encore l'atome dans la physique macroscopique,
on s'aperçoit qu'il s'agit d'un système quantique
répondant au principes de superposition et d'indétermination
évoqués plus haut. Loin d'être gênantes,
ces propriétés donnent aux instruments faisant
appel aux nanotechnologies des possibilités sans commune
mesure avec celles permises par la physique traditionnelle.
Ainsi, pour prendre l'exemple bien connu de l'ordinateur quantique(4)
c'est la propriété du bit quantique, en
état de superposition, d'opérer en dehors de
l'espace-temps qui lui permet de procéder à
des opérations de calcul hors de portée des
calculateurs au silicium.
Mais il est un troisième domaine, moins connu, qui
oblige à établir des ponts entre le monde macroscopique
et le monde quantique. Il s'agit des travaux sur la conscience.
Certains physiciens, tels Penrose, avaient déjà
voulu expliquer les propriétés de la conscience,
paraissant parfois se situer hors du temps et de l'espace,
par l'existence de systèmes quantiques au niveau des
neurones. Ces hypothèses n'ont pas été
confirmées à ce jour. Par contre, il devient
de plus en plus évident que le dispositif cérébral
qui permet de se représenter consciemment le monde,
et de se représenter la conscience elle-même,
est d'une autre nature que celui par lequel le réalisme
instrumental se représente l'observateur face aux objets
du monde. Le Je conscient n'est pas séparable de ce
qu'il observe, contrairement à l'illusion répandue
par le scientisme macroscopique (y compris quand il s'observe
lui-même, évidemment). Comme l'avait déjà
indiqué Dennett, le Je conscient n'est pas un souverain
juge disposant d'un tableau de bord lui apportant toutes les
données instrumentales disponibles, afin qu'il se donne
une image du monde aussi proche que possible de la réalité
de celui-ci. Le Je conscient est l'attribut d'un système
biologique fruit de l'évolution, qui ne contemple pas
le monde d'une façon désintéressée,
mais agit en son sein en le transformant. Agir dans le monde
et le transformer peut être entendu comme y ajoutant
de la complexité en rapprochant et combinant des éléments
du monde plus simples. Il s'agit en fait d'une propriété
du monde, tel qu'il nous apparaît (au plan macroscopique).
Depuis le Big Bang, les éléments
simples de la matière se sont unis en atomes plus complexes.
La vie a pris le relais, par l'intermédiaire de molécules
entrant en symbiose pour produire des cellules puis des organismes.
Certains de ces organismes à leur tour se sont trouvés
dotés de systèmes nerveux capables de traiter
les représentations fournies par les sens au sein de
modèles intégrant des données d'origines
différentes et susceptibles de projection dans le passé
et dans le futur. Enfin, ces systèmes nerveux ont spécialisé
certains de leurs neurones dans un rôle d'agents capables
d'observer le système au travail et de générer
des pensées, produits de cette observation et réagissant
sur ledit système. Les travaux sur la conscience artificielle
donnent à cet égard des modèles qui semblent
très convaincant de ce qu'est le mécanisme conscient(5).
Or dans cette optique, la conscience est inséparable
du reste du réel au sein duquel elle opère,
par l'intermédiaire de l'organisme vivant doté
de cette propriété. Loin d'observer le réel,
elle le construit.
Ceci ne veut pas dire que la physique quantique fournira immédiatement
les moyens de mieux analyser les mécanismes conscients,
non plus d'ailleurs que ceux ayant été aux origines
de la vie, qui semblent relever de la même logique de
l'émergence constructible. Par contre, l'ensemble des
sciences macroscopiques qui reposent sur des observations
conscientes du monde devront être revues à la
lumière de certains des principes de la physique quantique,
notamment l'enchevêtrement entre observateur et observé.
Ceci signifie-t-il que les modèles nécessaires
à la description scientifique du monde macroscopique
devront dorénavant appliquer le formalisme mathématique
(encore très ésotérique) indispensable
à la mécanique quantique. Pourront-ils se contenter
d'approximations ? Devront-ils faire appel à d'autres
formes de modélisation, par exemple celles des logiques
informatiques constructibles utilisées dorénavant
pour simuler la vie et la conscience artificielle ? Sans doute
un peu des trois. Mais discuter ce point nous entraînerait
trop loin.
Plusieurs questions restent de toutes façons à
regarder. Les premières concernent l'origine de ce
Je conscient qui, par exemple, m'a permis de procéder
aux analyses qui composent cet article. Qu'est-ce qui s'est
manifesté à travers moi? Plus généralement,
comment le Je conscient a-t-il émergé, tout
au long de l'évolution du monde animal ? Comment peut-on
analyser ses mécanismes, afin de renforcer si possible
leur efficacité.
Mais la vraie question est bien plus profonde
et nous ramène à l'indétermination quantique
: quelle valeur attribuer aux jugements que le Je conscient
porte sur lui-même, étant donné qu'il
est enchevêtré (entangled) avec ce qu'il décrit.
Poser cette question peut peut-être nous conduire à
évoquer, sinon à résoudre, une des difficultés
que Roland Omnès (op.cit.) voyait subsister dans la
physique quantique : nous le citons :
"S'agit-il d'une question plus profonde sur la nature
même de la physique, portant l'interrogation sur son
entreprise "cartésienne" de réduction
de la réalité à une image mathématique
(ndlr : nous dirions plus généralement "à
un modèle"). C'est une éventualité
nouvelle que l'on ne peut écarter, maintenant que la
théorie et la réalité s'accordent en
tous points, sauf un seul : l'unicité intrinsèque
au réel, face à la multiplicité des possibles,
inséparable de la théorie".
Notes :
(1) Bernard d'Espagnat, Traité
de physique et de philosophie, (Fayard, 2002. 
(2) Lire notamment Michel Bitbol, L'aveuglante
proximité du réel, Flammarion, 1998.
(3) Voir sur ce sujet "Les racines
quantiques du monde classique" de Roland Omnès
(Pour la Science, Décembre 2001, p. 38).
(4) Lire "A shortcut through time,
the path to quantum computer" de George Johnson,
Alfred A. Knopf, 2003
(5) Voir Alain Cardon, "Modéliser
et concevoir une machine pensante", Automates intelligents,
2003.
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