 Docteur
en astrophysique, John Gribbin enseigne à Cambridge.
Il est l'auteur de nombreux ouvrages scientifiques
destinés au grand public, notamment Le Chat
de Schrödinger (Champs-Flammarion, 1994) ; A
la poursuite du Big Bang (Champs-Flammarion, 1992)
; La Terre-serre (Robert Laffont, 1992).
Page personnelle
http://www.lifesci.sussex.ac.uk/home/John_Gribbin/ |
Présentation
John Gribbin, dans son dernier livre nous
fait découvrir ou redécouvrir, la théorie
du chaos déterministe ainsi que les sciences de la
complexité. Il choisit pour cela de nous présenter
les choses du point de vue historique sur quatre siècles.
Le premier chapitre retrace brièvement
l'histoire de la physique avant que les problématiques
de chaos et complexité (en tant qu'objets d'étude
scientifique) ne soient considérées, avec
bien entendu les découvertes de Newton (loi d'attraction
universelle) ou encore de Maxwell. Mais il s'attache à
montrer que cette physique, bien qu'ayant fait ses preuves
dans de nombreux domaines, notamment en astronautique pour
le calcul des trajectoires, possède des limites intrinsèques.
Le problème des trois corps est une de ces limites.
Si les trajectoires de deux corps s'attirant l'un l'autre
sont très faciles à calculer, cela devient
impossible sans approximations et tâtonnements lorsque
l'on veut calculer la trajectoire de trois corps qui s'attirent.
De nombreux mathématiciens se sont attelés
à ce problème comme Poincaré, à
qui l'on doit les prémisses de la théorie
du Chaos, mais il est resté jusqu'à aujourd'hui
encore sans solution.
Gribbin nous montre comment ces limites,
dont le problème des trois corps n'est qu'un exemple,
ont été ignorées pour aboutir à
une science physique très réductionniste et
très ordonnée.
Parallèlement à ce problème
des trois corps, Gribbin introduit quelques termes et notions
replaçant le lecteur dans la théorie du chaos
et les sciences de la complexité. Il explique par
exemple que dans la théorie de la gravitation universelle,
le temps est réversible. Que dans cette physique,
la flèche du temps n'existe pas. Il nous explique
aussi ce que sont des attracteurs et l'entropie qui permet
notamment d'introduire le terme de flèche du temps.
Le deuxième chapitre s'intéresse
à l'émergence de la théorie du chaos
déterministe. Le problème des trois corps
rend en effet impossible, comme nous l'avons vu, la prédiction
des trajectoires de ceux ci lorsqu'ils sont en interaction.
Que dire alors du calcul des orbites des planètes
du système solaire ? On sait que le soleil représente
de loin la plus grande partie de la masse du système
solaire et donc que son influence gravitationnelle est dominante.
Il n'empêche. Chaque planète influence aussi
les autres. Au début du XXe siècle, il semblait
donc curieux que toutes ces interactions aboutissent à
un « équilibre » tel que nous le connaissons.
Aujourd'hui, on sait qu'il ne peut être démontré
scientifiquement et que cet équilibre perdurera pendant
encore plusieurs milliards d'années.
De là, Gribbin poursuit son exposé
en présentant les débuts de la météorologie
«scientifique» et la découverte par Edward
Lorenz de la sensibilité aux conditions initiales.
Le troisième chapitre se concentre
sur les structures fractales qui sont, et c'est le moins
que l'on puisse dire, fascinantes et intrigantes. Celles-ci
se retrouvent un peu partout autour de nous et un simple
dé (représentant le hasard) et quelques règles
simples peuvent nous permettre, avec suffisamment de patience,
de les recréer. Mais ce n'est pas tout. Ces structures,
autosimilaires quelle que soit l'échelle à
laquelle on les regarde, se retrouvent partout dans la nature.
Le premier exemple choisi par l'auteur est la côte
bretonne (laquelle avait fait l'objet d'un article précurseur),
qui peut avoir une longueur quasi infinie si l'on fait le
choix d'une échelle suffisamment petite. Je dis quasi
infinie parce qu'il existe une limite d'échelle au
niveau atomique. En effet, en zoomant sur la côte
bretonne, on trouve les mêmes formes à toutes
les échelles, sauf au niveau atomique, en dessous
duquel la forme ne pourra plus se retrouver. De nombreuses
structures biologiques présentent aussi, selon Gribbin
et d'autres chercheurs, des formes quasi-fractales, avec
les mêmes limites aux échelles les plus basses.
Le rein ou les poumons en sont deux exemples probants.
Le quatrième chapitre présente
les systèmes que l'on dit "au bord du chaos".
Rappelons que Jean Claude Heudin avait traité ce
sujet sous l'angle des automates cellulaires dans son livre
L'évolution au bord du Chaos. La réaction
de Belousov-Zhabotinsky (ou BZ) et tous les systèmes
loin de l'équilibre (systèmes dissipatifs)(1)
sont présentés dans ce chapitre. L'auteur
explique notamment comment Alan Turing, parallèlement
à ses travaux précurseurs en informatique,
avait développé une théorie pouvant
expliquer la morphogenèse des êtres vivant,
en se servant des processus de rétroactions au sein
de structures dissipatives.
Le cinquième chapitre établit
des parallèles entre les nombreux domaines chaotiques
de la nature (y compris les phénomènes émergents
dépendants de l'homme ou de son activité).
Le point commun de ces phénomènes serait qu'ils
suivent tous une loi de puissance, elle même en rapport
avec les fractales. Pour résumer, sur une échelle
de temps longue, le phénomène étudié,
par exemple un séisme ou un embouteillage, a une
certaine probabilité de se manifester, mais cette
probabilité est bien plus faible pour un événement
de forte intensité que pour un événement
d'intensité moindre mais de même nature. Prenons
un exemple : les extinctions d'espèces au cours des
temps géologiques sont des événements
fréquents, mais les extinctions massives sont beaucoup
plus rares.
Stuart Kauffman a même prédit qu'il existait
une loi de puissance entre la quantité d'ADN des
organismes vivants et le nombre de types cellulaires existant
chez ces organismes Cette prédiction s'est avérée
exacte. L'expression génétique dans un type
cellulaire, comme nous le montre Gribbin (sous le couvert
de la théorie de Kauffman), ne serait en fait que
l'interaction de quelques gènes grâce à
des phénomènes de rétrocontrôles.
Chaque type cellulaire ayant sont propre cycle avec ses
gènes en interaction.
Finalement la vie, comme tous les phénomènes
qualifiés de complexes, serait issue de processus
d'une profonde simplicité. La complexité de
ces phénomènes ne réside pas dans leur
nature « physique », mais plutôt dans
la quantité d'information qu'ils possèdent.
Dans le cas de l'espèce humaine, ce sont plusieurs
dizaines de milliers de gènes (environ 30 000) qui
sont en interaction, sans mentionner les phénomènes
épi-génétiques qui multiplient les
combinaisons par le biais des phénomènes d'émergences.
Les deux derniers chapitres du livre sont
logiquement consacrés à la vie, l'auteur mettant
en relation la théorie de l'évolution de Darwin
et la complexité. Il explique notamment la notion
de paysage adaptatif et comment une espèce peut modifier
ce paysage adaptatif ou bien se retrouver « contrainte
» d'évoluer si ce paysage est modifié.
Ce qui nous conduit aux travaux de Lovelock et à
l'hypothèse Gaia. Pour Lovelock, la Terre (en surface
tout au moins), serait un organisme « vivant »
(ce qui nous renvoie inévitablement aux superorganismes
et à la construction de niches) où la vie
au sens purement biologique du terme serait en symbiose
avec les cycles de certaines molécules présentes
sur Terre. On qualifie d'ailleurs ces cycles de "Biogéochimiques"
en écologie.
Une question se pose à la fin du
livre : Comment pourrions-nous savoir s'il existe de la
vie sur une autre planète, une autre possible Gaïa,
que des télescopes d'une nouvelle génération
pourraient nous faire découvrir? La réponse
de Lovelock consiste à rechercher une diminution
d'entropie, par exemple en étudiant la composition
gazeuse des éventuelles futures planètes que
nous découvririons. En effet si cette atmosphère
possède de l'oxygène, de la vapeur d'eau ou
encore du méthane, on pourra en déduire qu'une
forme de vie existe sur cette planète. Contrairement
au dioxyde de carbone - pour ne prendre qu'un exemple -
ces gaz ne sont pas thermodynamiquement stables, ils supposent
un mécanisme « vivant » qui les produise.
Le terme Vivant n'est ici pas employé exclusivement
dans son sens conventionnel mais aussi dans un sens analogue
à celui que l'on emploie lorsque l'on parle de vie
artificielle
Commentaires
Simplicité profonde n'est
pas un livre révolutionnaire, mais sa vocation n'est
pas là. Le but de l'auteur est de vulgariser la théorie
du chaos, la complexité et de les replacer dans un
cadre biologique. Le pari est réussi. Quoi de mieux
en effet que de prendre les problèmes posés
et de voir comment et pourquoi ils ont été
résolus ou non. Le style est clair, les exemples
bien présentés. Sur la forme, on ne peut rien
reprocher à ce livre.
Sur le fond maintenant, comme c'est souvent
le cas quand on fait intervenir la dimension historique,
on peut tomber dans le piège de la succession linéaire
et logique des événements. Mais ne l'oublions
pas l'histoire est faite, elle aussi, de confrontations
entre 'interactions complexes. Certes l'histoire que nous
raconte Gribbin est très certainement simplifiée
à l'extrême, mais ce qui est perdu d'un coté
est gagné de l'autre, puisque chaque chapitre représente
un stade supplémentaire dans la complexité
en tant que paradigme. Ceci nous permet de garder des repères
et se révèle finalement assez pédagogique.
On peut aussi se réjouir de l'interdisciplinarité
de l'auteur qui navigue aisément dans tous les domaines,
qu'il s'agisse de physique, mathématiques, biologie,
écologie, informatique, etc. Bien mieux, il met ces
domaimnes en parallèle et nous montre les analogies,
les différences et les interactions entre tous ces
champs de la science.
On peut regretter cependant que peu de
chose ne soit finalement dites sur l'émergence de
la vie (et sur le phénomène de l'émergence
en général), contrairement à ce que
laisse sous-entendre le titre français. Le titre
anglais est beaucoup plus précis : « Deep
Simplicity: Bringing Order to Chaos and Complexity »
(Apporter l'ordre au chaos et à la complexité).
En effet - comme
nous l'avons vu précédemment - l'ouvrage
s'attache à montrer que la complexité et le
chaos sont déterministes, mais que les phénomènes
de non linéarité, de multiplications des interactions
et des réactions entre les parties d'un tout, des
incertitudes de mesures et enfin des phénomènes
de feedback (rétrocontrôle) rendent difficile
- voire la plupart du temps impossible - une quelconque
prévision à long terme.
Pour résumer Simplicité
profonde est un excellent livre de vulgarisation à
la portée de chacun. Il donne les bases permettant
ensuite d'approfondir certaines des questions abordées
dans l'ouvrage.
(1) NDLR : à propos des réactions
dissipatives, voir le film "Ordo
in chaos" de Christophe Jacquemin (mars 1990).
Automates
Intelligents s'enrichit du 
Simplicité
profonde : Le chaos, la complexité et l'émergence
de la vie