Thermodynamique et sens de la vie (2/8)

Cet article fait suite à notre article intitulé Esprit Faustien et Redpill. Il est recommandé de lire la suite d’articles dans l’ordre.

Je vous ai laissé lors du dernier article sur une note mentionnant comment les esprits faustiens modernes choisissent la vie. C’est l’occasion pour moi d’expliciter à présent le terme “vitaliste”. Nous avions qualifié ce que, faute de mieux, j’appellerais notre “doctrine” politique de “droite vitaliste” dans un article ayant connu un certain succès qui répondait à un article de l’Incorrect. Je ne crois pas que ce terme soit particulièrement adapté, d’abord parce qu’il peut renvoyer à la philosophie vitaliste, qui n’a rien à voir, mais surtout, la vie est, tout simplement ; elle n’appelle pas à être instituée via la politique. Tout le monde pense servir la vie par la politique. C’est ainsi une tautologie de se dire vitaliste politiquement. Au mieux, on pourrait parler d’une morale vitaliste et une morale est avant tout quelque chose de personnel. J’adopte pour ma part une morale vitaliste mais, avant de définir cette morale, il faut bien comprendre ce qu’on appelle la vie.

Vaste question s’il en est à laquelle Schrödinger a pourtant apporté une réponse qui ne me semble pas dénuée d’intérêt. Mais je préfère vous prévenir, ça m’a tout l’air d’être entièrement correct mais c’est aussi extrêmement déprimant et vous pourriez m’en vouloir de vous l’avoir divulgué (même si beaucoup d’entre vous le savent sûrement déjà).

Allons-y alors mais vous ne direz pas que je ne vous ai pas prévenu. La première chose à comprendre c’est que l’univers cherche à générer de l’entropie le plus vite possible. Comment le sait-on ? Grâce à la deuxième loi de la thermodynamique. La première nous indiquant que l’énergie se conserve et la troisième que le système va chercher à atteindre l’entropie le plus vite possible*.

Entropie et mort thermique

Qu’est-ce que l’entropie ? Pour vous expliquer de façon simple, donnez à un enfant de 4 ans deux pots de pâte à modeler de couleur rouge et bleu. Au bout d’une heure vous aurez une pâte à modeler homogène violette. C’est ça l’entropie, c’est le désordre, la destruction de tout système ordonné en un mélange homogène. Autre exemple, lorsqu’il existe deux masses d’air chaud et froid au-dessus de l’océan, un ouragan se forme afin de mélanger ces deux couches d’air pour atteindre un état d’équilibre. Après quoi, ce dernier disparait une fois cette tâche effectuée. Et cela ne s’arrête pas aux ouragans, il semble que l’univers génère naturellement des systèmes cherchant à créer de l’entropie le plus rapidement possible.

Ainsi, partant de l’observation que l’univers cherche à produire de l’entropie le plus rapidement possible alors très simplement le sens de la vie, son rôle dans l’univers est… de générer de l’entropie. “Wow, putain mais c’est nul !” Ba oui, désolé, je vous ai entropillé et j’espère bien un jour avoir une page Wikipédia avec pour idée notable “Entropill”. Mais est-ce que vous comprenez bien ce que cela signifie ? Notre rôle est d’aider notre univers à finir en soupe d’atome dans une mort thermique. Voilà, c’est pire.

“Lorsque j’ai appris pour la première fois notre progression inexorable vers la mort thermique, j’ai trouvé cela plutôt déprimant, et je n’étais pas le seul : le pionnier de la thermodynamique Lord Kelvin a écrit en 1841 que “le résultat serait inévitablement un état de repos et de mort universel”, et il est difficile de trouver du réconfort dans l’idée que l’objectif à long terme de la nature est de maximiser la mort et la destruction.”

Max Tegmark

Bon je ne vais pas vous laisser là-dessus, Max Tegmark a aussi des nouvelles plus réjouissantes. Tout d’abord, la gravité se comporte différemment de toutes les autres forces et s’efforce de rendre notre Univers non pas plus uniforme et ennuyeux, mais plus grumeleux et intéressant. La gravité a donc transformé notre ennuyeux univers primitif, qui était presque parfaitement uniforme, en notre cosmos actuel, grumeleux et magnifiquement complexe, qui regorge de galaxies, d’étoiles et de planètes.

Deuxièmement, les travaux récents de Jeremy England, et d’autres chercheurs ont apporté d’autres bonnes nouvelles, en montrant que la thermodynamique confère également à la nature un objectif plus enthousiasmant que la mort thermique. Cet objectif est connu sous le nom générique d’adaptation par dissipation, ce qui signifie essentiellement que des groupes aléatoires de particules s’efforcent de s’organiser de manière à extraire l’énergie de leur environnement aussi efficacement que possible (“dissipation” signifie que l’entropie augmente, généralement en transformant l’énergie utile en chaleur, souvent en effectuant un travail utile au cours du processus). Par exemple, un groupe de molécules exposées à la lumière du soleil tendrait, avec le temps, à s’arranger pour absorber de mieux en mieux la lumière du soleil. En d’autres termes, la nature semble avoir pour objectif intrinsèque de produire des systèmes auto-organisés de plus en plus complexes et vivants, et cet objectif est inscrit dans les lois mêmes de la physique. Si l’enfant de 4 ans mélange les pots de pâte à modeler, c’est parce que d’autres individus ont au préalable créer une pâte bleue et une rouge qu’ils ont mis dans des pots, ce qui est néguentropique. Il existe donc deux pulsions, l’une destructrice qui cherche à tout niveler et l’autre créatrice qui cherche à ordonner.

Comment concilier cette pulsion cosmique vers la vie avec la pulsion cosmique vers la mort thermique ? La réponse se trouve dans le célèbre ouvrage What’s Life ? publié en 1944 par Erwin Schrödinger, l’un des fondateurs de la mécanique quantique. Schrödinger a souligné qu’un système vivant se caractérise par le fait qu’il maintient ou réduit son entropie en augmentant l’entropie qui l’entoure. En d’autres termes, la deuxième loi de la thermodynamique comporte une faille dans la vie : bien que l’entropie totale doive augmenter, il est permis de la diminuer à certains endroits à condition qu’elle augmente encore plus ailleurs. Ainsi, la vie maintien ou augmente sa complexité en rendant son environnement plus désordonné.

L’origine du comportement orienté vers un but

Si quelqu’un vous dit qu’il connait l’origine de la vie, il y a de fortes chances que ce soit un menteur. Il est délicat de savoir avec certitude comment la vie est apparue sur Terre. Cependant on pense qu’elle a pu apparaître dans les profondeurs de l’océan en tant que catalyseur. Dès 1994, Stuart Kauffman a mis en avant qu’en plus d’une structure dissipative, on pouvait voir la vie comme un système auto-catalytique et capable d’homéostasie. Laissez-moi expliquer ces gros mots. Ce que Stuart Kauffman met en lumière ici c’est que la vie trouverait sa source dans des systèmes chimiques initialement dépourvus des molécules d’ADN et ARN, qui vont naturellement émerger et se maintenir. Ces systèmes sont alors dits autopoïétique. Non seulement Ils se produisent eux-même, en permanence et en interaction avec leur environnement mais ils vont en plus maintenir leur organisation malgré des changements de composants et d’informations. C’est cela qu’on appelle l’homéostasie, un système de rétrocontrôle régulateur qui va apparaître afin de maintenir un facteur clé autour d’une valeur bénéfique. Ce facteur clé, je crois que c’est la dissipation d’énergie.

Image
La figure 1.1 présente un exemple hypothétique de ce que Stuart Kauffman appelle un “ensemble collectivement autocatalytique”. Il est constitué de polymères, comme les petites protéines appelées peptides. Il commence par de simples “molécules alimentaires”, des blocs de construction uniques qu’il appelle A et B (les monomères) ; et les quatre dimères possibles, AA, AB, BA et BB, qui sont tous fournis de l’extérieur. Il existe ensuite des polymères plus longs, comme ABBA et BAB, formés à partir de cet ensemble d’aliments par des réactions combinant deux polymères bout à bout pour créer un polymère plus long, ou cassant un polymère plus long en deux fragments. Les réactions formant ces produits plus longs sont catalysées par les polymères mêmes qui composent le système.

Nous voyons ici comment l’origine du comportement orienté vers un but peut être retracée jusqu’aux lois de la physique, qui semblent conférer aux particules l’objectif de s’agencer de manière à extraire l’énergie de leur environnement aussi efficacement que possible. Un tel système peut littéralement se construire soi-même et se reproduire. Il est un Tout Kantien dont les parties existent par et pour le tout.

Des bâtisseurs et des reproducteurs

Un excellent moyen pour un arrangement de particules de poursuivre cet objectif est de faire des copies de lui-même, afin de produire davantage d’absorbeurs d’énergie. À un moment donné, une disposition particulière de particules est devenue si douée pour se copier elle-même qu’elle est maintenant capable de le faire presque indéfiniment en extrayant de l’énergie et des matières premières de son environnement. Nous appelons cet arrangement de particules… la vie. Notre rôle est donc d’augmenter l’entropie en ordonnant l’univers localement, agencer la matière de manière à extraire l’énergie de notre environnement aussi efficacement que possible. Nous sommes des bâtisseurs.

Mais si une forme de vie se copie et que les copies font de même, le nombre total d’individus doublera à intervalles réguliers jusqu’à ce que la taille de la population se heurte à des limitations de ressources ou à d’autres problèmes. Le doublement répété produit rapidement des nombres énormes : si l’on commence par un et que l’on double seulement trois cents fois, on obtient une quantité supérieure au nombre de particules de notre Univers. Cela signifie que peu de temps après l’apparition de la première forme de vie primitive, d’énormes quantités de matière avaient pris vie. Parfois, la copie n’était pas parfaite, si bien qu’il y eut bientôt de nombreuses formes de vie différentes essayant de se copier elles-mêmes, se disputant les mêmes ressources limitées. L’évolution darwinienne avait commencé.

Si vous aviez observé tranquillement la Terre au moment où la vie a commencé, vous auriez remarqué un changement spectaculaire dans le comportement orienté vers un but précis. Alors qu’auparavant, les particules semblaient essayer d’augmenter le désordre moyen de diverses manières, ces modèles d’autocopie nouvellement omniprésents semblaient avoir un objectif différent : non pas la dissipation mais la réplication. Charles Darwin a élégamment expliqué pourquoi : puisque les copieurs les plus efficaces rivalisent avec les autres et les dominent, toute forme de vie aléatoire que vous observez sera bientôt hautement optimisée pour l’objectif de la réplication. Nous aussi sommes des parents, des reproducteurs.

Au fur et à mesure que l’évolution biologique s’est orientée vers les humanoïdes, l’objectif lui-même a évolué vers la capacité de mieux penser que les adversaires et de manipuler l’environnement en conséquence.
Il peut sembler que cet aspect de la loi des retours accélérés contredit la deuxième loi de la thermodynamique, qui implique que l’entropie (le caractère aléatoire d’un système fermé) ne peut pas diminuer et, par conséquent, augmente globalement. Cependant, la loi des retours accélérés concerne l’évolution, qui n’est pas un système fermé. Elle se déroule dans un grand chaos et dépend en fait du désordre qui règne en son sein, dont elle tire ses options de diversité. Et à partir de ces options, un processus évolutif élague continuellement ses choix pour créer un ordre toujours plus grand.”

Ray Kurzweil, The Singularity is near

Comment l’objectif a-t-il pu passer de la dissipation à la réplication alors que les lois de la physique sont restées les mêmes ? La réponse est que l’objectif fondamental (la dissipation) n’a pas changé, mais qu’il a conduit à un objectif instrumental différent, c’est-à-dire un sous-objectif qui aide à atteindre l’objectif fondamental.

L’entropie comme perte d’information sur le système

Comme le fait remarquer François Roddier dans son ouvrage La thermodynamique de l’évolution, il existe un lien entre l’entropie telle qu’on l’a décrite comme dissipation de l’énergie et l’entropie informationnelle de Shannon qui avait observé une perte d’information au cours du temps suivant les mêmes règles. Il arriva ainsi à mettre en avant qu’on pouvait envisager l’entropie comme la quantité moyenne d’information à fournir pour spécifier l’état d’un système thermodynamique. Plus on a d’information sur un système, plus son entropie est faible. La dissipation d’énergie serait équivalente à une perte d’information sur le système.

Roddier conclue alors que : “un organisme vivant mémorise de l’information, créant une diminution de l’entropie” qui va lui permettre de “créer de l’énergie libre transformée en travail mécanique” et “la dissipation de ce travail mécanique produit de l’entropie qui est évacuée sous forme de chaleur”. Il va plus loin en appliquant le même principe aux sociétés humaines.

On atteint le point critique : l'effondrement de notre civilisation »

Une façon d’estimer l’efficacité avec laquelle une structure dissipe l’énergie est de mesurer son taux de production d’énergie libre en watts par unité de masse, par exemple en watts par kilogramme de matière. C’est ce qu’a fait l’astronome américain Eric Chaisson. La figure 4, due à Chaisson (2001), montre l’efficacité avec laquelle diverses structures dissipent l’énergie dans l’Univers, en fonction de l’âge à laquelle elles sont apparues au cours de l’évolution

Autrement dit, la vie, afin d’augmenter sa néguentropie accumule, stock, sélectionne, organise, analyse et ordonne de l’information via plusieurs systèmes d’apprentissages comme l’évolution qui va sélectionner les gènes, le système nerveux et le cerveau qui vont capter et traiter des informations mais également nos bibliothèques, nos musées, nos ordinateurs personnels et nos servers connectés. On trouve alors, en plus des caractéristiques d’auto-catalyse et d’homéostasie, la capacité d’apprendre comme nécessaire à la vie.

“La notion d’ordre a une apparence subjective. Chacun range ses affaires comme il l’entend. Si un bureau couvert de documents peut paraître tout à fait en ordre à son utilisateur, il peut tout aussi bien paraître en complet désordre à la personne chargée d’en retirer la poussière. La notion d’ordre est en effet intimement liée à la notion d’information. L’ordre est un moyen de mémoriser et d’échanger de l’information. Dans un atelier, un ouvrier range ses outils non seulement pour les retrouver plus facilement, mais aussi pour que ses compagnons puissent les trouver facilement. Ce n’est pas par hasard si les Français ont baptisé « ordinateur » un appareil de traitement de l’information.”

François Roddier, Thermodynamique de l’évolution

Phénomène intéressant, le vieillissement peut être vu comme l’organisme subissant les lois de l’entropie. Le processus du vieillissement n’est rien d’autre que l’accumulation d’erreurs de réplication des cellules. Ainsi, on peut le voir comme une perte d’information sur le système qui conduit à une diminution de notre homéostasie, de notre capacité autocatalytique et de notre capacité à dissiper de l’énergie qui nous conduit finalement à la mort.

De la même façon, les déboulonneurs de statues, les censeurs qui révisent notre histoire et nos œuvres, sont autant d’agents de l’entropie qui viennent augmenter les erreurs de réplications d’une culture ou d’une civilisation par la perte d’information sur ces systèmes.

Dans les sociétés actuelles, la recherche scientifique permet de mémoriser dans les livres ou les ordinateurs une quantité croissante d’information sur les propriétés de l’Univers qui nous entoure. L’entropie de la société diminue. Cette diminution d’entropie lui permet, grâce au progrès technique, de produire de plus en plus d’énergie libre. Celle-ci peut être délivrée sous forme d’électricité. Elle est alors soit dissipée sous forme de chaleur, soit convertie en travail mécanique et dissipée ensuite.

François Roddier, Thermodynamique de l’évolution

Pour résumer, comme Stuart Bartlett le définit, on peut voir une version générique de la vie qu’il appelle “lyfe” – la distinguant de “life”, qualifiant uniquement le phénomène de la vie qu’on observe sur Terre – comme une structure dissipative capable d’autocatalyse – signifiant qu’elle peut se maintenir et croître – , d’homéostasie – se référant à la capacité de s’autoréguler des organismes vivants – et d’apprentissage – la sélection naturelle, le système nerveux, le cerveau ou encore l’ordinateur n’étant jamais que des moyens d’acquérir et de mémoriser des données sur l’environnement afin d’améliorer sa survie. Ainsi, si le carbone est intimement lié à la vie, la “lyfe” peut, elle, s’envisager avec du silicium car, la notion d’information étant liée à la notion d’ordre, ce qu’on appelle le transhumanisme et la singularité technologique aboutissant à la fusion avec l’ordinateur ne sont que la suite logique de ce processus tendant vers une optimisation de la conservation et du traitement d’information qui permettent de réduire l’entropie du système tout en augmentant celle de son environnement.

Cependant, quand bien même notre destin serait de se faire remplacer par des machines en silicium, il reste que nous existons bien aujourd’hui et nous sommes des organismes faits de carbone disposant d’une conscience et vivant ces phénomènes de façon subjective. Il apparait alors capital de comprendre ce que cela signifie pour nous en tant qu’humains, ou Daseins, et quelle serait une bonne morale personnelle à se donner pour trouver la vie bonne.

*Note: lois de la thermodynamique

  • premier principe de la thermodynamique : principe de conservation de l’énergie ; introduction de la fonction énergie interne, U ;
  • deuxième principe de la thermodynamique : principe d’évolution ; création d’entropie, S ;
  • troisième principe de la thermodynamique ou principe de Nernst : l’entropie d’un cristal parfait est nulle à T = 0 K.

1 comment
  1. Article qui vulgarise très bien ces notions fondamentales. Bravo.

    Petit ajout : la mort n’est pas spécialement une accumulation d’erreurs, c’est un “choix” (si on peut dire) inhérent à la vie sexuée qui maximise ainsi ses capacités d’adaptation. Il existe des créatures virtuellement immortelles (mais asexuées). Leur défaut est de ne pas muter.

    Autre point sous forme de digression : en vertu de ces principes thermo, il est fort probable que la vie intelligente se soit développé partout ou c’est possible dans l’univers. Il doit donc y avoir “out there” des civilisations qui ont des milliers ou des millions d’années d’avance sur nous … qui sait ce qu’ils ont pu accomplir. On est des bébés.

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