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Article
Pourquoi
les lois fondamentales de la physique paraissent-elles ajustées
pour permettre la vie et la conscience ?
Jean
Paul Baquiast 11/07/07
Mots
clefs : lois fondamentales bio-friendly, principe anthropique,
multivers, quantum post-selection, flexi-laws, darwinisme
quantique, décohérence.
Résumé.
Une série d'articles publiés indépendamment
les uns des autres par la revue NewScientist du mois
de juin 2007 signale des recherches récentes permettant
d'entrevoir quelques pistes en réponse à la
question fondamentale posée par le principe anthropique
: pourquoi les lois de la physique paraissent-elles favorables
à la vie (telle que nous la connaissons) ? Ces pistes
font appel aux interprétations de la physique quantique
selon lesquelles - pour simplifier - c'est l'observateur macroscopique
qui crée l'univers observé à partir d'un
indéterminisme quantique primordial. La plus fructueuse,
en termes scientifiques comme philosophiques, a été
baptisé le "Darwinisme quantique".
La
question donnant son titre à cet article est posée
aujourd'hui avec de plus en plus d'insistance. Par lois
fondamentales, on entend les lois, découvertes progressivement
par les physiciens, qui définissent les conditions
nécessaires à la construction des particules
matérielles. Elles régulent l'organisation
de la matière aussi bien en vastes structures cosmologiques
qu'en organismes vivants de type terrestre, y compris ceux
qui, comme nous, dotés de conscience, peuvent se
donner des représentations d'eux-mêmes dans
l'univers et modifier l'ordonnancement de cet univers en
faisant appel à la science. On dit que les lois fondamentales
sont « bio-friendly ». Elles sont réglées
à quelques millièmes d'unités près
(fine-tuned) d'une façon telle qu'elles
sont compatibles les unes avec les autres et, finalement,
avec la vie telle que nous la connaissons sur Terre. Ainsi,
si le proton était plus lourd que le neutron de 0,1%,
tous les protons produits dans les suites du Big bang n'auraient
pu acquérir de charge électrique et auraient
dégénéré en neutrons. De ce
fait les atomes n'auraient pas existé et la chimie
aurait été rendue impossible.
Cette
propriété des lois fondamentales a été
exploitée par les tenants du principe anthropique
fort qui en déduisent que l'univers aurait
pu, dès le début, avoir été
conçu par une super-intelligence voulant faire apparaître
la vie et l'homme. Inutile de dire que cette hypothèse
d'une super-intelligence n'a aucun intérêt
scientifique puisqu'elle n'est pas démontrable.
Elle permet seulement aux spiritualistes de justifier la
création telle que racontée dans les Ecritures.
Le principe anthropique faible est plus modeste. Il se borne
à constater que, dans l'univers tel qu'il
est défini par les lois de la physique, des organismes
vivants tels que nous ont pu se développer. Il n'exclut
d'ailleurs pas que dans d'autres cantons de
l'univers, à partir des mêmes lois fondamentales,
d'autres formes de vie et de conscience soient possibles.
Mais là encore, le principe anthropique faible n'a
guère d'intérêt scientifique.
Il n'ouvre pas de pistes pour rechercher derrière
l'ensemble des lois fondamentales de la physique un
principe explicatif unique qui permettrait de comprendre
pourquoi ces lois sont ce qu'elles sont et grâce
auquel la science, le cas échéant, pourrait
imaginer ou construire des univers différents.
Faut-il
alors que les scientifiques matérialistes – ceux
qui excluent le recours à la divinité comme
principe explicatif - ne puissent faire autre chose que constater
l'existence des lois fondamentales, aux origines inexpliquées,
flottant si l'on peut dire comme autant de principes organisateurs
au-delà (ou au-dessus) du monde matériel et
du monde biologique. On retrouverait là une sorte d'idéalisme
ou réalisme des essences, de type platonicien, qui
inspire aujourd'hui encore, dans un domaine voisin, beaucoup
de mathématiciens. Pour certains de ces derniers, les
lois mathématiques constituent un univers situé
en dehors du nôtre, qu'ils découvrent peu à
peu et dont d'ailleurs ils retrouvent les grandes règles
logiques à l'œuvre dans les lois de la physique.
Au contraire, pour d'autres mathématiciens, que nous
qualifierions d'évolutionnaires ou darwinistes, les
lois mathématiques sont des produits de l'architecture
des cerveaux. Ceux-ci auraient progressivement acquis, dès
le règne animal, la capacité de qualifier et
quantifier des « objets » à partir d'un
continuum de signaux physiques émanant du monde extérieur.
Une
variante du principe anthropique faible vise à expliquer
pourquoi nous nous trouvons dans un univers favorable à
la vie, sans faire appel à la simple lapalissade
selon laquelle si nous sommes là, c'est parce
que nous sommes là. Il s'agit de l'hypothèse
bien connue du multivers. Selon cette dernière, le
monde quantique fondamental générerait en
permanence des bulles d'univers qui s'organiseraient
en évoluant selon des modes différents, intégrant
plus ou moins de complexité. Le monde quantique n'étant
pas limité par des facteurs temporels ni par le nombre
des combinaisons que peut produire l'émergence
de particules physiques à partir des entités
quantiques, un nombre infini d'univers, présentant
un nombre infini d'organisations différentes,
pourrait résulter des fluctuations quantiques produites
par la supposée énergie du vide. De cette
infinité de tirages de la loterie quantique, rien
n'interdit de penser qu'un bon numéro,
celui d'un univers permettant la vie, ait pu apparaître.
Mais à nouveau cette explication n'est pas
satisfaisante. Non seulement parce qu'il n'a
pas été à ce jour possible de prouver
l'existence d'univers multiples, mais surtout
parce que les lois primordiales ou méta-lois, autrement
dit le mécanisme générateur permettant
aux multi-univers d'apparaître, y compris en
comportant de « bons numéros » favorables
à la vie, ne sont pas plus connaissables ni explicables,
dans cette hypothèse, que dans les précédentes.
Cependant,
aujourd'hui, une série d'articles publiés indépendamment
les uns des autres par la revue NewScientist du mois
de juin 2007 permettent d'entrevoir quelques réponses
à la question fondamentale posée par le principe
anthropique : pourquoi les lois de la physique paraissent-elles
favorables à la vie (telle que nous la connaissons)
? Ces réponses font appel, comme l'on pouvait s'en
douter, aux interprétations de la physique quantique
selon lesquelles - pour simplifier - c'est l'observateur macroscopique
qui crée l'univers observé à partir d'un
indéterminisme quantique primordial.
La
post-sélection quantique
Une
première de ces réponses(1)
a été baptisée du terme de post-sélection
quantique (quantum post-selection). Elle repose
sur une expérience proposée il y a une vingtaine
d'années par le physicien John Wheeler reprenant
le fameux dispositif des fentes de Young. Cependant la création
du réel par l'observateur, dans l'expérience
de Wheeler, ne concerne pas le réel d'aujourd'hui,
mais celui du passé. On sait que dans le système
de Young classique, le fait de placer un détecteur
derrière une des fentes détruit la nature
quantique des micro-états (par exemple des photons)
envoyés sur ces fentes. Autrement dit, au lieu de
se comporter en onde et de générer des franges
d'interférences sur un écran, les photons
se comportent en particules et génèrent des
points d'impacts ponctuels. On dit aussi que l'observation
réduit leur fonction d'onde ou les oblige à
décohérer. Dans l'expérience de Wheeler,
des télescopes placés derrière l'écran
et observant les photons une fois qu'ils ont interféré
et produit des franges sur l'écran détruit
ces franges. Autrement dit, l'observation remonte dans le
temps et modifie rétroactivement le résultat
de l'expérience. Stephen Hawking et Thomas Hertog
en ont conclu, dans un article de février 2006(2)
que « l'histoire de l'univers – autrement dit
(c'est nous qui le disons) les phénomènes
par lesquels cette histoire se manifeste – dépend
des questions qu'on lui pose ». L'existence des observateurs
et de la vie aujourd'hui a un effet sur le passé.
En formulant la chose autrement, avec un peu d'extrapolation,
on pourrait dire que si les lois de la physique nous paraissent
favorables à la vie, c'est parce que ce sont des
êtres vivants qui observent le monde quantique primordial
et y ont vu, ou plutôt créé, des lois
favorables à la vie.
Les
lois de la physique seraient donc flexibles. Elles dépendent
des observateurs. On parle de « flexi-laws
». Paul Davies, auteur de l'article, et des collègues
tentent actuellement de donner une base mathématique
cohérente au concept de lois flexibles et de sélection
post quantique. Il faut en effet tenter d'expliquer pourquoi
le processus ainsi décrit produit des résultats
déterminés au lieu de générer
un désordre total. La question est encore à
l'étude(3).
Le
darwinisme quantique
L'hypothèse
selon laquelle l'observateur d'aujourd'hui définirait
ce qu'était l'univers avant lui paraît cependant
assez « tirée par les cheveux ». Une hypothèse
plus simple est présentée dans ce même
numéro du NewScientist(4).
Elle fait appel au principe bien connu de la superposition,
selon lequel une particule ne peut être décrite
que par sa fonction d'onde, tant du moins que celle-ci n'a
pas été réduite par un observateur. La
particule, de quantique et indéterminée, devient
alors, une fois observée, physique (on dit aussi macroscopique)
et sujette aux lois physiques que nous connaissons. Mais qui
observe ? S'agit-il seulement d'un physicien armé d'un
instrument adéquat ?
Les
chercheurs Robin Blume-Kohout et Wojciech Zurek ont proposé
récemment d'admettre que ce serait l'environnement
de la particule qui jouerait le rôle d'observateur.
Ils ont nommé ce phénomène le darwinisme
quantique. Les physiciens quantiques, quand ils isolent des
bits quantiques, pour faire notamment de la cryptologie quantique,
les maintiennent à l'abri de l'environnement, composé
de particules macroscopiques, car celles-ci provoqueraient
la décohérence des q.bits. Mais au lieu de considérer
l'environnement comme exerçant un effet négatif,
les auteurs proposent de voir dans celui-ci un agent de sélection
permettant de stabiliser dans un sens favorable à la
« survie » de cet environnement les propriétés
quantiques des particules avec lesquelles il interfère.
Ainsi, progressivement, les produits de ces interactions,
c'est-à-dire des particules quantiques décohérées
(dont la fonction d'onde aura été réduite),
seront intégrés aux systèmes macroscopiques
et copiés en grand nombre, avec leurs nouvelles caractéristiques
physiques et chimiques, s'ils sont favorables à la
survie de ces systèmes. Les auteurs de l'hypothèse
ont construit un dispositif expérimental utilisant
un objet quantique oscillant interagissant avec son environnement,
que nous ne décrirons pas ici en détail et qui
illustre ce processus(5).
On
voit le grand intérêt de cette approche. Si nous
nous appuyons sur elle, nous n'aurions plus à nous
étonner du fait que l'univers physique tel qu'il nous
apparaît (au niveau des lois macroscopiques que nous
y observons) soit favorable à la vie et à la
pensée, puisque c'est cet univers qui, à partir
des multiples possibilités permises depuis son origine
par l'interaction avec le réservoir infini de possibles
propre au monde quantique, a provoqué la décohérence
dans le sens favorable à sa croissance des particules
quantiques avec lesquelles il interagissait (qu'il «
observait »). Nos lecteurs se souviennent peut-être
que le biologiste quantique John John MacFadden avait suggéré
une hypothèse voisine pour expliquer l'introduction
d'une variation orientée dans les mutations, à
l'occasion d'interaction entre des particules quantiques et
les atomes du génome(6). Bien
évidemment, une telle approche est strictement darwinienne.
Elle exclue tout finalisme. Elle postule seulement que les
systèmes macroscopiques, qu'ils soient physiques, biologiques
ou mentaux, se construisent par des variations au hasard résultant
des décohérences favorables à la survie
qu'ils provoquent en interagissant avec le monde quantique.
Ne sont conservées que les variations physiques, chimiques
...et biologiques... favorables au développement de
ces systèmes.
Mais
les auteurs de l'hypothèse du darwinisme quantique
ne semblent pas encore s'être posés la question
des origines tout à fait première de la construction
de l'univers macroscopique et des lois que nous y observons.
Pour cela, il faudrait remonter au niveau de la première
des particules quantiques décohérée à
partir de laquelle le Big Bang se serait déchaîné.
Pourquoi cette particule primitive supposée a-t-elle
adopté tel état macroscopique et non tel autre,
alors qu'aucun "observateur" ne l'observait. On
peut penser qu'il s'est agi d'un simple hasard, parmi de nombreux
autres choix surgissant en permanence du vide quantique -
et pouvant donner naissance à d'autres bulles d'univers
que nous ne connaîtront jamais. Pour comprendre cela,
il semble que les hypothèses proposées par Seth
Lloyd concernant les origines de l'univers à partir
du vide quantique peuvent alors être appelées
à la rescousse. Le postulat retenu par Seth Lloyd,
qui ne se distingue pas en ceci de la grande majorité
des cosmologistes contemporains, est que notre univers serait
né, au sein d'une infinité d'autres, d'une fluctuation
dans l'énergie du vide quantique (ou énergie
de point zéro).
Ce
terme d'énergie du vide désigne un univers
sous-jacent à tous les univers possibles, notamment
à notre univers. Il est dénué de temps,
d'espace et de masse. Son entropie est maximum (infinie
?) dans la mesure où il est impossible de donner
la moindre information concernant ce qui s'y trouve. Mais
cet univers sous-jacent se manifeste en permanence au niveau
de notre univers. D'abord par l'existence des trous noirs,
si on conserve l'hypothèse de l'existence de ceux-ci.
Mais aussi simplement parce que toutes les particules matérielles
qu'étudie notre physique doivent être considérées
comme résultant de la décohérence de
processus ondes-particules quantiques appartenant au monde
quantique. Selon
certaines hypothèses de la physique quantique, l'énergie
du vide n'est pas statique. Elle est bouillonnante. A grande
échelle, elle manifeste des fluctuations imprévisibles
(création de paires particules-anti-particules).
En permanence, des particules ou bouffées d'énergie
sont créées et d'autres annihilées.
Autrement dit, des «bulles d'univers», dotées
de temps et d'espace locaux, sont aléatoirement créées.
Certaines sont annihilées, d'autres se développent.
On peut faire l'hypothèse que notre univers a été
le produit d'une de ces fluctuations. Une particule quantique
aurait vu sa fonction d'onde réduite et se
serait retrouvée sous la forme d'une particule
matérielle ou macroscopique dont les propriétés
auraient été favorables à la création
de particules plus complexes par « observation »
du monde quantique environnant. Des décohérences
et des computations en chaîne en auraient résulté,
d'où seraient sortis le monde que nous connaissons
et les lois d'organisation des objets physiques, biologiques
et même mentaux qui régulent son développement.
L'apport
de Seth Lloyd à ce schéma est que l'univers
primordial se serait comporté comme un ordinateur quantique
et aurait calculé son propre développement,
ce qui expliquerait la vitesse avec laquelle il aurait exploré
toutes les possibilités physiques, chimiques puis biologiques
macroscopiques offertes par la décohérence de
la particule initiale(7).
Quoiqu'il
en soit, la réponse à la question posée
en titre: " Pourquoi les lois fondamentales de la physique
paraissent-elles ajustées pour permettre la vie et
la conscience? " serait donc assez simple. L'univers
qui est le nôtre se serait construit, dès la
décohérence de la première particule,
en même temps qu'il construisait ses lois. L'état
physique affecté, suite à un évènement
aléatoire, par cette première particule, aurait
déterminé la suite. Les particules ultérieures
ont obligatoirement adopté, lors de l' "observation"
qu'exerçait sur elle cette première particule,
un état physique compatible avec l'état de
celle-ci. Par la suite, lors de la réduction de la
fonction d'onde des particules quantiques ultérieures,
seuls ont été sélectionnés les
états compatibles avec l'amorce d'univers en train
de se construire. Mais ceci ne veut pas dire que les lois
de la physiques ont été "ajustées",
par une force inconnue, pour permettre la vie. Cela veut
seulement dire que les différentes organisations
matérielles, physiques et chimiques qui sont nées
de la décohérence initiale se sont édifiées
selon certaines lois constructales qui ont permis l'apparition
des grandes et petites structures de l'univers, et éventuellement
des atomes nécessaires à l'auto-synthèse
de la vie. Mais on peut penser que le vide quantique initial
produit en permanence un nombre infini de solutions différentes,
dont nous n'aurons jamais connaissance.
L'observateur
crée-t-il la réalité ?
Peut-on
déduire de ce qui précède que l'observateur
humain crée la réalité et que le monde
n'a pas d'existence en dehors de lui ?(8)
Nous pensons qu'il faut distinguer selon les temps de l' "observation".
Les objets du monde macroscopique, ceux avec lesquels nous
sommes en contact tous les jours, n'ont pas été
créés en premier lieu par des observateurs humains.
Dans l'hypothèse de la décohérence en
chaîne à partir d'une particule quantique matérialisée,
l' « observation » a été provoquée
par les ensembles macroscopiques apparus progressivement.
Il s'agissait d'abord de systèmes matériels,
puis, sur Terre, de systèmes biologiques et d'objets
mentaux. Ce sont tous ces systèmes qui ont créé
le monde matériel et ses lois par interactions et sélections
croisées.
Aujourd'hui
cependant, au moins sur Terre, le processus se poursuit
et s'amplifie du fait de l'apparition d'observateurs humains
qui observent aussi bien les objets macroscopiques que le
monde quantique. On notera là une intéressante
boucle étrange (pour reprendre le terme
de Douglas Hofstadter) puisque
ces observateurs sont les produits d'un processus physique
d'observation antérieur et qu'ils se retournent sur
ce processus pour l'étudier. Ceci notamment dans
le cadre de la recherche scientifique expérimentale.
Nous avons indiqué à d'autres occasions, dans
cette revue, qu'il s'agit d'un mécanisme constructiviste.
La science, les technologies, les idées créent
de la complexité dans le monde macroscopique, à
partir de leurs activités quotidiennes. Cette complexité,
comme l'on sait, n'est d'ailleurs pas toujours intelligible
par cette même science. Il
nous semble que Miora Mugur-Schächter ne dise pas autre
chose lorsqu'elle analyse la façon dont l'observateur
humain isole et qualifie de micro-états quantiques
afin d'en faire des réalités matérielles(9).
Mais
peut-on pour autant dire que l'interaction des particules
quantiques avec des particules matérielles et à
plus forte raison des observateurs humains puisse créer
le monde quantique ? Ceci supposerait que notre univers
matériel et plus précisément que les
observateurs humains qui s'y trouvent, soient capables
d'imposer leurs lois au monde quantique. Il s'agirait
évidemment d'une erreur. Tout au plus peuvent-ils
constater quelques régularités dans le monde
quantique, exploitées dans les technologies récentes.
Mais ils ne créent pas d'hypothétiques
lois quantiques fondamentales, à supposer qu'il
en existe. Ou tout au moins ils n'en sont pas encore capables.
Aujourd'hui
la physique, qu'elle soit simplement quantique ou qu'elle
s'inspire des hypothèses nouvelles de la gravitation
quantique, ne peut produire des hypothèses
testables relativement à de telles lois. Les expériences
actuelles sur l'intrication, notamment, ne permettent
pas de comprendre ce qui se cache derrière les phénomènes
observés(10). L'esprit
humain y arrivera-t-il un jour ? Beaucoup de physiciens sont
confiants et pensent que la physique fondamentale est aujourd'hui
à un tournant. Elle devrait enregistrer tôt ou
tard un changement important de paradigme. Peut-être
pourra-t-on mieux comprendre la logique profonde du monde
quantique, notamment le mécanisme permettant de générer
des univers, semblables ou différents du nôtre.
Certains comptent pour cela sur ce que révélera
le Large Hadron Collider du Cern quand il entrera en service,
mais pour le moment il s'agit de simples vœux de
leur part. Il n'est pas exclu non plus, autre possibilité,
qu'une illumination vienne un jour d'une direction
totalement inattendue. Quand on dit que la science ne fait
pas rêver…
Notes
(1)
Voir Paul Davies, Laying down the laws,
Newscientist, 30 juin 2007, p. 32.
(2) Voir Hawking-Hertog, Populating the
Landscape: A Top Down Approach
http://www.arxiv.org/abs/hepth/0602091
(3) Voir Aharonov et Tollaksen, Juin 2007,
New insights on time symmetry in quantum mechanics, http://www.arxiv.org/abs/0706.1232
(4) Voir Zeeva Merali, Quantum reality,
Darwinian style, NewScientist, 30 juin 2007, p. 18.
(5) Voir Avril 2007, Robin Blume-Kohout
et Wojciech H. Zure, Quantum Darwinism in quantum Brownian
motion: the vacuum as a witness : http://eprintweb.org/S/authors/All/zu/Zurek/2
aussi http://www.arxiv.org/abs/0704.3615
(6) Voir notre article : John John Mac Fadden,
Quantum Evolution : http://www.automatesintelligents.com/interviews/2002/mai/mcfadden.html
(7) Voir notre article : Seth Lloyd, Programming
the Universe : http://www.automatesintelligents.com/biblionet/2006/avr/lloyd.html
(8) Voir Michaël Brooks, Reality Check,
NewScientist, 23 juin 2007 p. 30.
(9) Voir notre article: MMS, Sur le tissage
des connaissances : http://www.automatesintelligents.com/biblionet/2006/sep/mms.html
(10) Voir Lee Smolin et Fotini Markopoulou,
Disordered locality in loop quantum gravity states : http://www.arxiv.org/abs/gr-qc/0702044
