Retour au sommaire
 Automates
Intelligents s'enrichit du logiciel
Alexandria.
Double-cliquez sur chaque mot de cette page et s'afficheront
alors définitions, synonymes et expressions constituées
de ce mot. Une fenêtre déroulante permet
aussi d'accéder à la définition du
mot dans une autre langue (22 langues sont disponibles,
dont le Japonais). |
De
l'évolution du cosmos à la mécanosynthèse
From cosmic evolution to mecanosynthesis
Jean-Paul
Baquiast 05/02/06
Nous avons déjà consacré un long
article à la morphogenèse, en donnant une large
place à la théorie dite structurale d'Adrian
Bejan dont il nous semble que l'on n'a pas assez parlé
en France.
(voir: http://www.automatesintelligents.com/echanges/2004/jan/morphogenese.html).
Cet article, à la relecture, nous paraît encore
à jour. Nous conseillons donc au lecteur patient d'y
jeter un coup d'oeil. Cependant des événements
nouveaux obligent à lui donner des prolongements, que
l'on trouvera ci-dessous (image Molecular Assembler).
La
morphogenèse
On peut définir la morphogenèse comme le processus
consistant à créer des formes. Mais le concept
de forme n'a rien de rigoureux. Il peut désigner l'aspect
extérieur d'un objet, tel qu'il apparaît à
nos organes sensoriels et ce, indépendamment de la
nature de cet objet. Ainsi un cristal de neige et une étoile
de mer possèdent une forme dite en étoile. Mais
on peut donner à la forme un sens beaucoup plus général.
On appellera forme, en ce cas, les divers objets, non-vivants
et vivants, existant dans la nature et identifiés par
nous, compte tenu de ce qu'en perçoivent nos sens après
reconstruction par notre cerveau. En ce sens, on pourra par
exemple parler des formes vivantes, espèces et individus
au sein de ces espèces, ayant été observées
et classées par les naturalistes. Il s'agira des innombrables
façons dont les constituants élémentaires
de la matière biologique, atomes et molécules,
ont été organisés par l'évolution
en structures plus complexes. A ce niveau, chaque forme (ou
type de forme) existant dans la nature est spécifique
et doit être distinguée des autres, même
si en apparence elle leur est comparable. Si le corail et
l'arbre ont des formes extérieures voisines, il ne
s'agit absolument pas de formes naturelles identiques, puisque
chacun est le fruit d'une évolution propre. Ce qui
nous intéressera en ce cas sera d'étudier la
façon dont l'évolution a pu donner naissance
à des objets aussi semblables et cependant aussi différents
que le corail et l'arbre.
Ainsi entendue, le terme de morphogenèse désigne
d'abord les mécanismes naturels producteurs de formes
: réactions physiques ou chimiques donnant des minéraux
de formes et de couleurs différentes ou comparables,
influence des vents sur la mer ou le désert productrice
d'ondes, évolution des génomes produisant des
êtres vivants aux propriétés diverses,
etc. Celui qui observe la variété des formes
dans le monde et cherche à en comprendre les raisons
doit impérativement identifier ces mécanismes
naturels et comprendre la façon dont ils agissent pour
produire des formes bien déterminées. Mais on
risque alors de donner à l'étude de la morphogenèse
une telle ambition qu'elle sera obligée d'aborder l'ensemble
des sciences. Pour éviter ce risque, on se limitera
aux processus génériques, mettant en oeuvre
des règles simples dont la combinaison aboutira à
la production de formes complexes. Ce seront ces règles
qui nous intéresseront, puisqu'elles permettront de
comprendre et le cas échéant reproduire l'infinie
variété des objets du monde, sans s'obliger
à étudier les caractères propres de chacun
de ceux-ci. Si nous analysons l'aile ou l'oeil de l'animal,
nous n'aurons pas besoin de connaître en détail
les innombrables organismes vivants dotés de tels appendices.
Il nous suffira, au moins dans un premier temps, de comprendre
les fonctionnalités qu'assurent ces derniers et les
grands plans de structure communs qu'ils partagent en conséquence.
Une démarche classique permettant à la science
de simplifier l'analyse de phénomènes apparemment
différents consiste à rechercher s'ils ne découlent
pas de causes identiques. La morphogenèse, telle que
nous venons de l'évoquer, est la science de l'évolution
des formes. Il est donc tentant de rechercher les grands mécanismes
évolutifs permettant d'expliquer la diversification
et l'accroissement de complexité des formes naturelles.
Il en est un connu depuis longtemps, mais qui n'intéresse
que la biologie : la sélection darwinienne sur le mode
reproduction-variation-sélection. Elle suppose, sauf
cas particuliers, l'existence d'un génome dont les
mutations introduisent l'élément de diversification
à partir duquel de nouvelles formes apparaissent.
Un mécanisme plus général
Mais il est un mécanisme évolutif beaucoup
plus général, bien moins connu, qui intéresse
le cosmos tout entier. Selon les théories cosmologiques
actuellement admises, le cosmos est né d'un évènement
unique, le Big Bang ou le phénomène qui en
a tenu lieu(1).
Il est admis que depuis le Big Bang, la matière visible
de l'univers a constamment évolué, depuis
les nuages de poussières et protogalaxies jusqu'aux
galaxies semblables à la nôtre. Au sein des
galaxies, les astres évoluent eux-mêmes de
façon relativement semblables : création d'un
disque en rotation autour d'une proto-étoile, apparition
des planètes, évolution de l'étoile
elle-même jusqu'à sa disparition sous forme
de géante rouge ou pour certaines de supernova. Sur
les planètes de type terrestre, la matière
physique évolue elle-même selon des cycles
lents. Pour ce qui concerne la Terre, une des voies selon
laquelle s'est faite cette évolution a permis l'apparition
de la vie à partir de molécules pré-biologiques.
Il est certain qu'aujourd'hui beaucoup de choses restent mystérieuses
concernant le cosmos et son évolution – à
supposer qu'il y ait vraiment évolution. En quoi consiste
et comment évolue la matière noire inconnue
qui représenterait une grande partie de la masse globale
de l'univers ? Quelle est l'énergie noire, assimilée
à la constante cosmologique, qui combat l'effet de
la gravité et provoque une expansion semble-t-il accélérée
de l'univers ? Que deviennent les astres dont la masse est
suffisante pour qu'en phase évolutive terminale ils
s'effondrent sur eux-mêmes et deviennent des trous noirs
? Mais ces questions sans réponse n'empêchent
pas certains cosmologistes de considérer que l'évolution
de la matière visible obéit à des lois
communes que l'on doit pouvoir retrouver depuis les corps
les plus grands jusqu'aux objets physiques et même biologiques
les plus petits de notre environnement terrestre.
Pour Eric J. Chaisson(2)
ces lois s'articuleraient autour de la façon dont le
flux d'énergie primordial (né lors du Big Bang
et peut-être alimenté en permanence depuis lors)
est utilisé par les corps physiques et biologiques
pour accroître leur complexité. Il s'agit d'une
énergie « libre » à la disposition
des organisations matérielles et biologiques, qui l'utilisent
en conformité avec les principes de la thermodynamique
loin de l'équilibre pour se transformer et accroître
leur complexité. Il en résulte une compétition
entre les organisations qui favorise celles qui optimisent
l'usage de l'énergie en rapport avec leur masse. Prenons
l'exemple d'un astre. Si sa masse est très importante,
il brûle tout son hydrogène trop rapidement et
disparaît très vite sans produire de complexité.
A l'opposé, notre soleil dispose d'une masse qui lui
permet d'équilibrer longtemps la pression gravitationnelle
et la force d'expansion née de la fusion de son hydrogène.
Il est donc capable d'optimiser ses ressources énergétiques
de sorte qu'il entretient pendant des milliards d'années
autour de lui un cortège de planètes sur certaines
desquelles la vie a pu apparaître. Mais, revers de la
médaille, il se transformera en fin de vie en géante
rouge et ne pourra pas atteindre l'état explosif d'une
supernova. Il ne répandra donc pas dans son environnement
les éléments lourds à partir desquels
d'autres formes de vie pourraient se former dans d'autres
systèmes solaires. Autrement dit, il n'aura pas de
descendance et n'aura pas contribué à l'évolution
cosmique. Ainsi les organisations que l'évolution cosmologique
sélectionne sont celles qui restent au milieu de deux
extrêmes : consommer trop d'énergie et brûler
trop vite leurs réserves et ne pas en consommer assez
et rien produire en termes de complexité.
Eric Chaisson applique les mêmes principes aux logiques
d'évolution et de sélection des structures et
organismes terrestres. Les formes qui apparaissent et qui
survivent sont celles qui utilisent au mieux l'énergie
nécessaire à leur construction et à leur
résistance aux agressions du milieu. Il n'y a rien
là de finaliste non plus que de biologique. Prenons
l'exemple souvent cité d'un cristal de neige. Pour
que celui-ci se forme, les molécules d'eau doivent
se rapprocher jusqu'à adhérer et ne pas être
rejetées. Bien que les collisions initiales entre molécules
se produisent tout à fait au hasard, les molécules
en mouvement sont guidées par les forces électromagnétiques
jusqu'à ce qu'elles trouvent des positions favorables
sur la surface du cristal. Si une molécule arrivant
au hasard se trouve positionnée à un endroit
favorable à la croissance du cristal, elle est «
sélectionnée ». Sinon, elle est rejetée.
Sa venue initiale résulte du hasard, mais non sa sélection.
De plus, quand le cristal atteint un état d'équilibre
thermodynamique, il ne peut plus accepter de molécules
et son évolution s'arrête. Eric Chaisson remarque
à juste titre que le terme de sélection, dans
ce type d'évolution, parait peu opportun. Il n'existe
aucun agent qui exercerait une sélection, en éliminant
les moins adaptés. Les objets qui survivent sont ceux
qui restent après que les autres ont disparu. Il préfère
le terme d'élimination non-aléatoire. Dans l'exemple
des cristaux, un grand nombre de ceux engagés dans
un processus de formation ont disparu parce qu'ils étaient
mal conformés pour résister aux forces de destruction.
Seuls ont survécu ceux répondant aux contraintes
d'équilibre nécessaire à la formation
de ce type d'objet.
L'hypothèse selon laquelle existe au plan cosmologique
un principe général d'évolution qui se
retrouve à tous les niveaux d'organisation de l'univers
est satisfaisante pour l'esprit, même si elle n'est
pas vraiment vérifiable vu que nous ignorons encore
le tissu profond de l'univers. Il existerait ainsi selon cette
hypothèse un grand principe unificateur (a great
unifier) qui, en amont de et en parallèle à
l'évolution biologique, agirait sur l'ensemble des
structures matérielles. Son fondement serait l'optimisation
de l'utilisation de l'énergie, qu'il s'agisse de l'énergie
cosmologique primaire ou des formes d'énergies spécifiques
que nous retrouvons sur Terre. Les entités biologiques
et les entités sociales humaines n'y échapperaient
pas, en sous-jacence des autres formes d'évolution
complexifiante, génétiques et culturelles, qui
se sont greffées progressivement sur le processus évolutif
primaire à base d'optimisation de l'énergie.
Emergence d'une intelligence
cosmique?
Une
question importante se pose néanmoins, à laquelle
Eric Chaisson ne répond pas. Que deviennent dans
la perspective d'une évolution cosmique unificatrice
intéressant les différents composants de l'univers
les formes complexes spécifiques développées
sur des planètes comme la Terre. Sur la Terre sont
apparues des molécules prébiotiques, puis
des formes de vie, de conscience et de représentations
scientifiques du monde propres aux humains. Ces organisations
ou formes complexes ont profité de conditions favorables
spécifiques (dites «fine tuning» dans
le vocabulaire anthropique) offertes par l'évolution
cosmique, notamment la présence d'atomes lourds comme
celui du carbone résultant de la fin explosive de
supernovas antérieures à la création
du système solaire. De telles formes complexes sont-elles
irrémédiablement appelées à
disparaître lors de la fin de celui-ci? Le relais
est-il pris dans d'autres systèmes solaires nés
de l'explosion d'autres supernovas, mais, s'il l'est, n'est-il
pas voué à des morts analogues survenant irrémédiablement
? Ceci voudrait dire que l'évolution cosmique globale
finirait par s'éteindre, concomitamment d'ailleurs
avec la fin de l'univers par excès d'expansion que
prévoient actuellement les cosmologistes.
Peut-on au contraire estimer que les formes de vie intelligentes
apparaissant sur des planètes comme la Terre exercent
sur l'évolution cosmique des effets en retour qui
d'une certaine façon la conduiraient à se
prolonger vers un avenir certes incertain mais non fermé?
Nous sommes là dans les spéculations dangereuses
car elles risquent d'encourager les croyances spiritualistes.
Cependant, en restant dans le domaine de la science, il
n'est pas interdit de faire l'hypothèse que l'évolution
cosmique a conduit déjà ou conduira un jour
à l'apparition de super-intelligences diffuses dans
l'univers global, on ne sait où exactement. Elles
agiraient sur lui, on ne sait comment, pour le rendre plus
intelligent et conscient que ne semblent le permettre les
lois de la physique telles que nous les connaissons aujourd'hui.
Faire de telles hypothèses n'a d'intérêt
que si elles conduisent à rechercher des preuves
expérimentales de ce que l'on suppose. Sinon, c'est
simplement de la métaphysique, c'est-à-dire
la supputation de ce qui pourrait se passer au-delà
de la physique. La métaphysique n'a d'intérêt
que si elle oblige la physique à se renouveler. Or
aujourd'hui, nul ne peut scientifiquement mettre en évidence
des formes d'intelligences cosmiques. mais peut-être
est-ce parce que l'on s'y prend mal. Le livre de James Gardner,
présenté par ailleurs dans ce numéro,
examine ces questions.
Transposition aux sciences de l'ingénieur
Une fois que la science commence à comprendre la façon
dont la nature a sélectionné certaines formes
et pas d'autres, aussi bien dans le monde physique que dans
le monde biologique, elle s'applique à transposer les
mécanismes correspondants en vue de résoudre
des problèmes d'ingénierie - c'est-à-dire
intéressant la fabrication d'artefacts, outils ou objets
finaux.
Dans ce cas, la réflexion sur l'évolution des
formes dans l'univers, c'est-à-dire la morphogenèse,
peut désigner l'activité des bureaux d'étude
qui visent à produire ces artefacts. Ceux-ci sont parfois
loin des formes existant dans la nature. La grande variété
des applications données à une forme générique
comme la roue n'est pas inspirée de ce que fait la
nature. Mais de plus en plus les ingénieurs étudient
les solutions de celle-ci et s'efforcent de les transposer
dans leurs processus ou leurs produits. C'est ce que fait
la bionique, dont l'activité consiste à comprendre
les produits de la morphogenèse naturelle à
l'oeuvre dans le domaine biologique et copier ceux qui paraissent
intéressants au profit de dispositifs artificiels.
On considère généralement que l'évolution
des systèmes physiques comme celle des systèmes
vivants ont produit des solutions optimisées, c'est-à-dire
offrant le meilleur emploi possible des ressources naturelles
au regard des contraintes s'imposant à ces systèmes.
Nous avons vu ce qu'il en est concernant l'optimisation de
l'énergie au plan cosmologique. Il est donc tentant
de transposer dans le cadre de la morphogenèse artificielle
les méthodes optimisées de la morphogenèse
naturelle. Encore faut-il avoir élucidé ces
dernières, ce qui n'est jamais évident. Il ne
suffit pas qu'un phénomène naturel existe pour
que nous puissions le considérer comme optimisé.
Il faut aussi admettre que les optimisations naturelles ne
sont pas toujours intéressantes, dans le cas de certains
systèmes technologiques répondant à des
ambitions souvent très différentes. Il faudra
faire appel à des méthodes d'optimisation artificielle,
aujourd'hui de type computationnel (mathématique et
informatique).
Une application récente et particulièrement
prometteuse de la morphogenèse des matériaux
concerne ce que l'on appelle la mécanosynthèse
ou plus exactement la nanomécanosynthèse positionnelle.
Elle consiste à assembler unes à unes, d'une
façon viable, les molécules nécessaires
à la constitution d'un cristal ou d'un autre corps
ordonné. On trouve dans le journal Molecular Assembler
du 12/01/2004 la description par Robert A. Freitas Jr
d'un processus breveté permettant de réaliser
la synthèse du diamant selon le procédé
de la mécanosynthèse positionnelle(3).
La technique devrait être réutilisable pour réaliser
la nanomécanosynthèse de nombreux autres corps.
Elle sera donc largement employée compte tenu du développement
des nanotechnologies. Elle pourra être étendue
à la construction de structures plus importantes de
taille macroscopique. Nous avons donc là un domaine
d'étude qui abandonne résolument la métaphysique,
mais qui pourra peut-être un jour y ramener.
Notes
(1)
On sait que l'hypothèse du Big Bang est de plus en
plus contestée, mais ce point n'intervient pas dans
notre propos (voir notre article http://www.admiroutes.asso.fr/larevue/2005/65/bigbang.htm)
(2) Eric J.
Chaisson dirige le Wright Center for Science Education à
la Tufts University de Medford, Mass. Il vient de publier
un article sur ce sujet, sous le titre The great Unifier,
dans le NewScientist du 7 janvier 2006, p. 36.
(3) How To
Make a Nanodiamond. A Simple Tool for Positional Diamond Mechanosynthesis,
and its Method of Manufacture by Robert A. Freitas Jr. http://www.molecularassembler.com/Papers/DMSToolbuildProvPat.htm
Retour au sommaire
