samedi 24 avril 2010

Le monde quantique

Nous avons vu dans le précédant billet que les aspects quantiques de la matière étaient essentiels à l'élaboration d'un matérialisme qui puisse rendre compte de l'esprit, et ainsi construit une théorie de l'esprit basé sur l'intrication quantique. L'argument était le suivant : puisque nous sommes fait de matière et doué de conscience, les attributs fondamentaux de la conscience, qu'on ne peut penser comme étant le produit d'un agencement, doivent être présents dans la matière sous une forme minimale et être capable de s'agréger en une conscience plus grande et structurée dans notre cerveau. Nous avions alors identifié le mouvement de conscience à la mesure quantique et son agrégation supposée dans le cerveau à l'intrication, la décohérence expliquant que ces attributs ne se manifestent pas dans les autres structures matérielles du monde.

Mais cette théorie rencontre un obstacle majeure, qui est que les phénomènes quantiques, et en particulier l'intrication, sont généralement reconnus comme étant confinés dans l'infiniment petit et n'ayant pas d'impact à notre échelle. On estime qu'au delà d'une échelle de l'ordre de la taille de petites molécules, il n'y a plus vraiment d'effets quantiques.

L'intrication quantique n'est pourtant pas quelque chose qui se mesure facilement au delà des expériences mettant en jeu quelques particules. Avec l'augmentation de la complexité, il devient en pratique impossible de savoir si des particules sont corrélées ou non. Si l'on suppose généralement qu'elle n'a pas d'effet à l'échelle macroscopique, ce n'est donc pas sur une base empirique mais plutôt à partir de considérations théoriques qu'on peut résumer en deux points :
- D'une part l'intrication s'exprime à travers l'indéterminisme quantique, et plus précisément par la présence de corrélations statistiques entre des événements indéterminés. Or ces fluctuations indéterminées sont microscopiques.
- D'autre part, quand bien même ces fluctuations auraient des conséquences macroscopiques, ce qui peut effectivement se produire, cela ne signifie pas qu'elles puissent être corrélées entre elles macroscopiquement. La décohérence qui a lieu lors des interactions avec l'environnement fait son effet beaucoup trop rapidement pour qu'une intrication puisse durer au delà de quelque millionièmes de secondes.

Examinons ces deux points un par un.



Les systèmes chaotiques

A notre échelle, la plupart des phénomènes sont descriptibles de manière déterministe, c'est à dire par une causalité stricte, et les fluctuations quantiques ne semblent pas avoir d'effets. Ceci tiens à la loi des grands nombres : lors d'interactions linéaires, des valeurs moyennes tendent à se dégager, si bien que l'indétermination peut être réduite à des fluctuations microscopiques qui s'annulent globalement entre elles. Le déterminisme macroscopique est la valeur moyenne de l'indéterminisme microscopique. Ainsi, bien que les molécules d'un gaz se déplacent aléatoirement, il est possible d'y mesurer une température et une pression stable si le gaz est au repos.

Mais cette règle cesse d'être valable quand les interactions ne sont plus linéaires, c'est à dire quand interviennent des phénomènes rétroactifs (par exemple des phénomènes d'emballement, ou "effet boule de neige"). Alors il est possible qu'au lieu de s'annuler, ces fluctuations se cumulent entre elles et rendent l'évolution d'un système macroscopique imprévisible, soumis à des bifurcations divergentes. De telles propriétés sont présentes partout dans la nature, en particulier partout où il existe une certaine variabilité et une imprévisibilité, par exemple les phénomènes du vivant ou le climat.

Les systèmes régit par de telles lois sont appelés chaotique. Ils ont la propriété remarquable d'amplifier les fluctuations microscopiques sur leur état global. De manière schématique, on peut dire qu'un système chaotique transforme un très grand nombre de fluctuations microscopiques et brèves en un unique infléchissement macroscopique et lent de l'évolution de son état globale.

Le hasard qui "nourrit" un système chaotique peut être de deux natures différentes : soit ce sont des contingences, par exemple des rencontres fortuites entre molécules, dont la source sera finalement l'environnement du système étudié, soit ce sont des fluctuations internes au système, d'origine quantique.

Nous voyons que certains systèmes macroscopiques, en l'occurrence les systèmes chaotiques, peuvent permettre l'expression macroscopique de nos hypothétiques "micro-volontés". Cependant ceci est insuffisant pour expliquer l'émergence d'un esprit global. De même qu'en tant qu'être humain, je n'ai pas conscience de l'ensemble des conséquences de mes actes, et certainement pas si elles se situent à une échelle que je suis incapable d'appréhender, une micro-volonté sans structure ne pourra avoir conscience de participer, de concert avec une infinité d'autres micro-volontés indépendantes, à une évolution globale.

Ceci explique pourquoi les événements aléatoires du monde naturel ne semblent pas posséder d'organisation qui serait la manifestation d'une conscience ou d'une intentionnalité : il leur manque la cohérence qu'apporterait l'intrication quantique. En l'absence de ce phénomène, on peut simplement dire qu'un système chaotique voit son évolution impacté par une infinité de petits hasards inconsistants.

L'intrication

On le voit, le principal obstacle à l'hypothèse qu'il puisse exister une intrication macroscopique dans le cerveau n'est pas l'aspect microscopique de l'indéterminisme quantique, puisque celui-ci peut très bien avoir des conséquences macroscopiques, mais plutôt l'absence d'intrication due à la décohérence.

Pour simplifier, disons que la décohérence implique que les particules se stabilisent très rapidement sur un état correspondant à une valeur mesurée par leur environnement, ce qui est confirmé expérimentalement. Or pour qu'on puisse vraiment parler, dans notre théorie de l'esprit, d'une volonté macroscopique, il faudrait qu'au contraire l'indéterminisme sur l'état de la particule persiste suffisamment longtemps pour se propager à l'ensemble du système et atteigne ainsi une échelle macroscopique sans encore avoir été "mesuré". Avec la décohérence, cela semble impossible.

Cependant certaines études récentes (1) (2), dans le domaine de l'informatique quantique, laissent penser que c'est précisément ce qui se produit dans le cas de certains systèmes chaotiques à l'échelle atomique : le chaos a pour effet d'entretenir l'intrication quantique en dépit de la décohérence. Ces études arrivent à la conclusion qu'une telle intrication persistente est la marque du "chaos quantique"... C'est tout a fait compréhensible intuitivement : dans certaines circonstances, le chaos peut être capable de répandre l'intrication à une vitesse supérieure à celle de la décohérence. En extrapolant, il se pourrait donc que certains systèmes chaotiques plus grands que celui-ci soient capable eux aussi d'entretenir une intrication...

Ici la notion d'échelle de temps est prépondérante. Prenons le cas du système climatique : ce sont des fluctuations de pressions et de températures qui rendent le climat imprévisible à grande échelle. Cependant on estime que la décohérence d'une particule dans l'air est de l'ordre du milliardième de seconde. Or l'échelle de temps typique du système climatique, c'est à dire la vitesse à laquelle il répercute les fluctuations sur son état global, n'est pas du tout du même ordre : le climat reste prévisible à plusieurs jours de manière assez fiable. Il est donc évident, dans ce cas, qu'une quelconque intrication quantique entre des particules d'air aura disparu bien avant de pouvoir atteindre l'échelle macroscopique.

Par contre il se pourrait que des systèmes travaillant à plus petite échelle et plus rapidement soient capable d'entretenir une intrication, et donc de faire émerger une conscience macroscopique. En analysant différents systèmes, on pourrait même être capable de mesurer leur capacité à entretenir l'intrication, en fonction du rapport entre les différentes durées significatives : celle de la décohérence des variables de leurs constituants et celles de leurs rétroactions. Nous aurions ainsi constitué une sorte "d'indice de conscience" mesurant l'intensité de la conscience propre du système...

Le neurone et le cerveau

Nous voyons qu'il n'y a pas vraiment d'obstacle théorique à l'existence d'une intrication macroscopique qui soit la marque de notre conscience. Ceci serait possible au sein d'un système chaotique capable d'entretenir l'intrication quantique. Mais l'aspect le plus remarquable de ceci est que notre cerveau remplit effectivement les conditions nécessaires à un tel phénomène.

En effet les neurones sont des systèmes chaotiques. La différence de potentiel électrique entre le milieu intérieur et extérieur du neurone, responsable de la transmission du signal électrique, est soumise à des rétroactions si bien que l'évolution de ce potentiel est imprévisible. Or le fait que ce système chaotique soit à très petite échelle (une paroi cellulaire est de la taille de quelques dizaines d'atomes) et qu'il implique directement des interactions électroniques dans un champs électriques (soumises à des effets quantiques plus importants que par exemple des molécules), laisse penser que les neurones sont effectivement des systèmes de chaos quantique. Par ailleurs le cerveau impliquant les neurones dans des réseaux aux multiples rétroactions, il pourrait lui même être capable d'amplifier l'intrication neuronale à l'échelle du cerveau. Nous aurions affaire à une imbrication de systèmes chaotiques permettant l'émergence d'une intrication macroscopique.

Nous avions observé que les hasards nourrissant le chaos sont soit de nature contingentes, c'est à dire fournies par les contacts avec l'environnement, soit de nature interne et quantique. Le parallèle avec la conscience vécue, conçue comme une volonté interne réagissant à son environnement, est assez frappante. De même la combinaison unique de déterminismes et d'inflexions aléatoires que l'on retrouve dans les systèmes chaotiques colle de très près à l'évolution de nos états mentaux, à la fois déterminés par notre histoire personnelle et infléchis par notre volonté et l'environnement.

Toutes ces considérations viennent en complément des résultats de recherches des sciences cognitives, à même de rendre compte de la structure particulière de l'esprit humain et de son interaction avec l'environnement. Elles ne sont bien sûr pas en opposition avec une telle compréhension des mécanismes qui régissent notre psychisme, mais explique comment, de ces mécanismes, peut émerger une conscience.

Finalement la théorie de l'esprit que nous avons développée sur la base de considérations philosophiques est plutôt confirmée par nos connaissances scientifiques, puisque si elle est juste, on devrait effectivement retrouver les conditions nécessaires à l'émergence de la conscience dans le cerveau tandis qu'elles seraient absente des autres systèmes naturels. De plus, enrichie par ces données scientifiques, elle offre une description assez juste de nos états mentaux et de leur évolution.

3 commentaires:

Sebastiao Correia a dit…

Merci pour ces articles très intéressants sur la conscience.
Un point qui m'intéresse en particulier est que tu dis, si j'ai bien compris, que le chaos pourrait entretenir la cohérence quantique. Je ne connaissais pas cette théorie et serais curieux d'en apprendre plus. Aurais-tu des références supplémentaires ?
Je vais bien sûr commencer par regarder les deux références que tu cites...

Sinon, un livre traitant de l'apparition de la conscience grâce aux phénomènes quantiques est celui de H. Stapp :
http://www.scaruffi.com/mind/stapp.html
qui développe sa théorie en partant des idées de Penrose.

A l'époque de ce livre, ces théories restaient très spéculatives et beaucoup se proposaient de les réfuter. Sais-tu ce qu'il en est maintenant ?

Q a dit…

Apparemment il s'agit d'études dans le domaine de l'informatique quantique, où la problématique est de réussir à obtenir des états intriqués stables pour réaliser un ordinateur quantique.

Je n'ai pas d'autre références que celles-ci. Pour être tout a fait honnête, ce sont mes réflexions philosophiques qui m'ont amené à chercher s'il pouvait exister un lien entre le chaos et l'intrication (puisque notre esprit est apparemment inséparable et macroscopique, c'est qu'il doit exister une intrication macroscopique, etc...) et c'est comme ça que je suis tombé sur ces articles qui semblent à priori confirmer cette intuition.

Je ne connaissait pas ce livre de Stapp, mais à la lecture du résumé, j'aurais tendance à dire qu'il est difficile de réfuter cette théorie tant que le problème de la mesure n'est pas vraiment élucidé. J'ai l'impression qu'elle est irréfutable. Personnellement je ne partage pas l'idée d'une séparation entre la conscience et la matière/nature, qui revient un peu au dualisme (pour les raisons que je donne ici : http://ungraindesable.blogspot.com/2010/04/la-conscience-materielle.html ).

Q a dit…

Voici une nouvelle confirmation de l'existence d'effets quantiques macroscopiques : http://www.techno-science.net/?onglet=news&news=7872