Hubert Reeves : De l’univers à l’homme : l’aventure de la complexification


10 Sep 2016

(Extrait du livre collectif : Les scientifiques parlent, dirigé par Albert Jacquard. Hachette 1987)

Certaines découvertes scientifiques ont eu un impact profond sur toute la connaissance. Elles ont influencé notre façon de penser la réalité. Par exemple : la physique de Galilée. Mais les délais sont souvent longs. Il faut d’abord que la donnée nouvelle devienne accessible à un large public. Or, en de nombreux domaines, les résultats scientifiques s’expriment en termes de plus en plus techniques. De surcroît, la fragmentation des sujets s’oppose à la perception de l’ensemble, aux visions synthétiques.

Mon but, dans ce texte, est de délimiter l’importance de certaines découvertes scientifiques (plus ou moins) récentes, par rapport à l’émergence de la complexité et de l’intelligence. Dans cette émergence deux facteurs dominants semblent jouer des rôles parallèles, aussi bien dans leur étendue que dans leur limitation. Il s’agit d’abord de la stabilité et ensuite de la compétitivité des systèmes en évolution.

L’ÉCHELLE DE LA COMPLEXITÉ

Les constatations qui vont retenir notre attention sont des caractéristiques évidentes de notre monde, si évidentes qu’on n’y porte guère attention. La première est l’existence de systèmes complexes dans l’univers, que l’on peut disposer selon une échelle de complexité. On y trouve, en ordre ascendant : les nucléons (protons et neutrons), les atomes, les molécules, les cellules, les animaux (ou les plantes). La seconde constatation porte sur la variété de ces systèmes complexes; variété qui s’accroît à mesure qu’on s’élève dans l’échelle. Le nombre d’espèces de papillons est énormément plus grand que le nombre d’espèces d’atomes. Tout cela, bien sûr, est connu depuis longtemps. Ce qui est d’acquisition plus récente c’est qu’il n’en a pas toujours été ainsi. Au cours des cent dernières années, les notions d’évolution se sont progressivement imposées, aussi bien en biologie qu’en astronomie. On admet que l’univers d’il y a 15 milliards d’années était extrêmement différent du nôtre. La chaleur et la densité de la matière y étaient excessives. Il était pourtant constitué des mêmes particules élémentaires que nous retrouvons, aujourd’hui, comme briques constituantes des organismes. Il y avait, en particulier, les électrons familiers, et les quarks (les constituants des nucléons). Et aussi les photons de la lumière. Dans ce passé lointain du cosmos, toutes ces particules forment une sorte de purée sans borne dans laquelle elles circulent librement sans s’associer entre elles. (Ou plus exactement chaque association est rapidement dissociée.) Une sorte de chaos primordial dans lequel toute organisation est absente.

Les travaux de l’astronome américain Hubble ont imposé, vers les années 1920-1930, l’image d’un univers en expansion. Cette expansion entraîne un refroidissement. Avec le temps, la température de la purée diminue, ainsi d’ailleurs que sa densité. Ce refroidissement sera ponctué, à des dates plus ou moins établies, par des événements associatifs qui vont organiser la matière. C’est-à-dire, donner naissance aux systèmes successifs qui marquent les échelons de la complexité. Dans une première phase, les événements auront lieu simultanément, partout à la fois (échelle universelle). Plus tard, leur portée sera plus restreinte (échelle locale). Donnons quelques exemples : quand la température devient inférieure à mille milliards de degrés les quarks s’unissent, trois par trois, pour former les protons et les neutrons. Environ une minute plus tard, des nucléons s’associent quatre par quatre, pour donner naissance aux premiers noyaux d’hélium : la température est alors voisine du milliard de degrés. Les premiers atomes (hydrogène et hélium) s’élaborent quand les électrons s’attachent aux noyaux, environ un million d’années plus tard alors que la température devient inférieure à 30000.

Les premières galaxies apparaissent quelques centaines de millions d’années plus tard. Les naissances galactiques ne sont vraisemblablement pas simultanées (nous savons peu de chose sur le mécanisme de leur assemblage). Dans ces structures géantes, des fragmentations successives donneront naissance aux étoiles, tout au long de la vie galactique. Maintenant les événements associatifs se passent à une échelle beaucoup restreinte et s’étalent sur des milliards d’années.

Les étoiles associent les nucléons dans leur brasier central pour en faire des noyaux lourds (hélium, carbone, oxygène, silicium, fer, etc.). A la mort de l’étoile, ces noyaux, projetés dans l’espace interstellaire, capturent des électrons et forment des atomes. Ces atomes s’associent en molécules et aussi en structures cristallines microscopiques : les grains de poussière de l’espace sidéral. Plus tard, à la naissance de nouvelles étoiles, ces grains de poussières vont s’agglutiner en corps solides étendus ; astéroïdes, planètes avec, en certains cas, des atmosphères et des océans.

Dans ces nappes fertiles, de nouvelles interactions moléculaires se produisent, qui associent les molécules légères en molécules géantes. De là peuvent émerger les premières cellules, les organismes, enfin les cerveaux intelligents.

De nouvelles étoiles, nous l’avons dit plus haut, se forment continuellement dans la galaxie. Les plus anciennes, sans doute, n’ont pas de planètes solides : il faut d’abord engendrer les atomes constituants : silicium, oxygène, magnésium, fer. Cette tâche occupe la vie de plusieurs générations d’étoiles. Notre Soleil naît, il y a 5 milliards d’années, dans une galaxie qui à cette époque en a déjà plus de 10 milliards. Il y a sans doute des systèmes planétaires plus anciens que le système solaire et d’autres plus jeunes, parmi les 100 milliards d’étoiles qui brillent dans notre Voie Lactée.

La vie cellulaire apparaît sur la terre il y a environ 4 milliards d’années; la vie intelligente il y a quelques millions d’années seulement. En d’autres lieux stellaires, les chronologies sont sans doute différentes : n’importe ; ce que nous retiendrons de cette description c’est que l’échelle de la complexité correspond à une séquence historique liée au refroidissement de l’univers. Tour à tour, les échelons sont gravis, quand la température a suffisamment baissé pour permettre au système correspondant de survivre à la chaleur.

VARIÉTÉ OU MONOTONIE

Les systèmes complexes se forment par l’association d’un grand nombre de particules élémentaires : une molécule d’eau en incorpore 76 (électrons et quarks) ; un être humain environ 1029! Ce sont les forces naturelles : nucléaires (il y en a deux), électromagnétique, gravitationnelle qui assurent la cohésion des systèmes. Les hautes températures du début de l’univers inhibent complètement l’action de ces forces. Mais, à mesure que la température baisse, elles peuvent entrer en opération et engendrer des structures stables : étoiles, noyaux atomiques, molécules. En général ces structures peuvent encore s’associer entre elles pour obtenir une structure plus stable encore, plus puissamment liée par la force correspondante. Et ainsi de suite, jusqu’à atteindre l’état le plus stable, celui qui épuise les possibilités de liaison de ladite force.

La force nucléaire, par exemple, peut lier un grand nombre de noyaux atomiques dans des états de stabilité variée. Son « rêve » c’est de transformer toute matière en noyaux de fer, la structure la plus puissamment liée par ses soins. De même la gravitation aspire à concentrer tous les astres en trous noirs. Tandis que la force électromagnétique tend à former des structures atomiques « nobles » (hélium, néon, argon, krypton, xénon) ou des molécules analogues, comme l’eau et le gaz carbonique. Nous les appelons par la suite des « molécules nobles ».

D’où une remarque capitale pour notre discussion. Même si les systèmes complexes naissent par l’association des particules élémentaires sous l’effet des forces naturelles, ces associations n’engendrent pas systématiquement la diversité des formes si caractéristiques de notre univers. Dans un monde où les forces seraient allées au bout de leur « aspirations », il n’y aurait ni diversité ni variété ni possibilité d’imprévu. Le paysage atomique serait réduit à la monotonie du fer ; le paysage stellaire à la monotonie des trous noirs.

UNE ŒUVRE INACHEVÉE

Fer et trou noir, heureusement ces monotonies ne correspondent pas à la physionomie si riche, si colorée, si imprévisible de notre monde. Le fer existe, bien sûr, mais il y en a fort peu. Sur cent mille atomes, un seul est un atome de fer. En populations variées, toutes les espèces atomiques de la table de Mendeleïev sont présentes dans la nature. Leur existence et leur multiplicité fondent la merveilleuse diversité du cosmos.

De même, des trous noirs, vraisemblablement, existent dans le ciel. Mais leur masse totale ne dépasse pas, du moins le croit-on, 1 % de la masse de notre galaxie. Les étoiles sont bleues, jaunes ou rouges. La règle générale, encore une fois, est la variété et la diversité. Il en va de même de leurs œuvres; les familles stellaires engendrent des moissons différentes d’espèces atomiques qui viennent enrichir le paysage atomique du ciel.

On est naturellement amené à la question suivante : comment se fait-il que les forces naturelles après leur entrée en action, n’achèvent pas leur travail? Pourquoi n’épuisent-elles pas leur possibilité de liaison (laissant ainsi le champ libre à l’émergence de la variété) sans, plus tard, la réduire à la monotonie? Mais avant d’aborder cette question, il nous faut explorer un peu plus avant la relation qui existe entre la stabilité et la diversité des structures matérielles. Revenons à la force nucléaire et au système le plus stable qu’elle soit en mesure de souder : le noyau de fer composé de 26 protons et de 30 neutrons. On peut former cette structure de multiples façons. Dans les étoiles, on commence par combiner quatre protons pour créer un noyau d’hélium. L’hélium est une structure nucléaire stable, mais moins stable que le fer. Quantitativement cela s’exprime en termes d’« énergie de liaison ». Dans le noyau de fer, l’énergie de liaison est de 8,6 unités [1].

On peut considérer la formation des divers noyaux comme des étapes de stabilité intermédiaire entre les nucléons libres (pas d’énergie de liaison) et l’avènement du fer (liaison maximale). Au long de la vie stellaire, les réactions nucléaires produisent d’abord de l’hélium, puis du carbone et de l’oxygène, par l’association de ces hélium. Puis, par des chaînes de réactions complexes, qu’il n’y a pas lieu de décrire ici, naissent à leur heure toutes les autres espèces nucléaires. Si ces chaînes de réaction pouvaient se poursuivre pendant des périodes suffisantes, tous ces noyaux se retransformeraient en fer. Cela se produit effectivement dans le centre des étoiles massives. Mais il y a peu d’étoiles massives dans notre galaxie…

Nous décrirons l’état présent de l’univers en disant que la force nucléaire est entrée en action (il y a des noyaux lourds dans la nature) mais qu’elle est encore loin d’avoir épuisé ses possibilités (il y a très peu de fer, et beaucoup d’hydrogène). La variété du paysage atomique est le résultat de cette activité inachevée. Avant que la force nucléaire n’entre effectivement en opération (au début du cosmos) le paysage atomique est monotone (des protons et des neutrons libres). Si cette force achève son œuvre (probablement jamais), le monde est encore monotone, même si la monotonie implique l’association de nombreuses particules (194 particules élémentaires dans l’atome de fer).

La variété émerge du « sursis » dans lequel (et par lequel) nous vivons.

LA VARIÉTÉ ÉLECTROMAGNÉTIQUE

Sur cette variété de noyaux atomiques, se greffe une nouvelle variété infiniment plus riche : celle des molécules. Quand une étoile meurt, elle contient, distribuée sur des couches successives, une grande quantité de noyaux de carbone, d’azote, d’oxygène, de fer, etc. Ces noyaux sont éjectés de l’étoile agonisante et précipités dans les grands froids de l’espace, là où l’effet de la force nucléaire devient négligeable. Par contre, la force électromagnétique y trouve un terrain de prédilection. Elle associe les électrons aux noyaux pour en faire des atomes et les atomes entre eux pour en faire des molécules plus ou moins stables. Ce chapitre d’associations électromagnétiques se poursuit d’une façon tout à fait analogue au chapitre nucléaire auquel il succède. La force électromagnétique entre effectivement en action, crée un bon nombre de structures stables mais n’arrive pas, elle non plus, à épuiser ses possibilités de liaison. C’est, à nouveau, dans cette œuvre inachevée que naîtra la variété des molécules de notre univers.

Voyons cela de plus près. La force électromagnétique tend à associer les noyaux et les électrons éjectés des étoiles. Tels que mentionné plus haut, les systèmes les plus puissamment liés par cette force (l’équivalent du fer pour la force nucléaire) sont les systèmes que nous avons appelés « nobles » (techniquement ceux qui possèdent « des couches électroniques » fermées). Il s’agit, en particulier, des molécules d’eau et de gaz carbonique ainsi que des atomes d’hélium, de néon, etc. Chaque atome de la nature pourrait ainsi en principe s’intégrer dans une structure noble. Le gaz carbonique par exemple est le constituant essentiel de l’atmosphère de Vénus et de Mars. L’eau (glacée) est très abondante sur les satellites de Jupiter et de Saturne. Mais nous constatons fort heureusement que dans notre biosphère, en particulier, la monotonie des molécules nobles ne s’est pas imposée.

Il y a une différence importante entre la force nucléaire et la force électromagnétique quant au nombre de particules qu’elles peuvent lier en une structure unique. Les plus gros noyaux ne regroupent pas plus de 300 nucléons. Au-delà de ce nombre, la force nucléaire n’arrive plus à souder la matière (c’est d’ailleurs la répulsion électromagnétique entre les protons qui impose cette limite). Le résultat c’est qu’il y a tout juste une centaine d’espèces atomiques différentes (la table de Mendeleïev). A l’inverse, les possibilités associatives de la force électromagnétique semblent sans limites. Les molécules géantes de la biologie (protéines, etc.) regroupent, en certains cas, des millions d’atomes. La molécule d’ADN des mammifères en contient des milliards. Si on considère que ces molécules s’obtiennent en combinant des espèces atomiques différentes, on apprécie le fait que le nombre de combinaisons possibles est pratiquement illimité.

Comme le carbone par rapport au fer, les protéines représentent des structures de stabilité intermédiaire par rapport aux structures nobles. Ces structures forment la variété moléculaire greffée sur la variété des atomes. Quand le Soleil mourra, dans 5 milliards d’années, la Terre sera volatilisée et les protéines se décomposeront en structures plus stables et, même, en atomes simples. Mais, peut-être plus tard, autour de nouvelles étoiles, incorporés dans un système planétaire, ces atomes seront-ils impliqués dans la formation d’autres molécules, etc. La nature ne leur impose pas, à perpétuité, l’état de stabilité maximale…

LA FERTILITÉ DES DÉSÉQUILIBRES

En résumé, la diminution de la température cosmique amène l’association des particules élémentaires. Mais ces associations n’entraînent pas forcément la diversité des formes et des structures. On peut aussi bien obtenir la monotonie de systèmes inertes comme les noyaux de fer, les molécules nobles et les trous noirs. Pour rendre compte de la réalité de notre monde, il faut d’autres ingrédients. C’est ce que nous allons explorer maintenant. Équilibre et déséquilibre seront les termes clés de notre discussion. Brièvement, si les événements associatifs ont lieu dans un contexte d’équilibre, les monotonies se succèdent d’une façon parfaitement prévisibles. Seuls les contextes de déséquilibre peuvent engendrer le nouveau et l’imprévu.

En physique le terme « équilibre » a plusieurs connotations ; chacune a ici son importance. Si on dispose, à proximité, un nombre d’objets à différentes températures, avec le temps ils auront tendance à « équilibrer » leur température. Ils échangeront de la chaleur. Les plus chauds vont se refroidir, les plus froids se réchauffer jusqu’à atteindre une température uniforme (isothermie). C’est « l’équilibre thermique ». L’ensemble Soleil-Terre est en déséquilibre thermique : la surface du Soleil est beaucoup plus chaude que la surface de la Terre. Cette différence de température a joué et joue encore un rôle fondamental pour la vie terrestre. Sans elle, les biomolécules complexes se transformeraient rapidement en molécules nobles : eau et gaz carbonique, les états les plus puissamment liées de la force électromagnétique.

Selon nos connaissances actuelles sur le passé de l’univers, les états initiaux étaient isothermes ; la même température, excessivement élevée, régnait partout [2]. Il faut attendre plus d’un million d’années avant de voir surgir les premiers points chauds dans la purée maintenant tiède. Ces points chauds, les graines de galaxie, sont engendrés par la force de gravité : l’attraction mutuelle des éléments de la purée. En s’effondrant, la matière se réchauffe ; en se fragmentant elle donne naissance aux étoiles chaudes. Aujourd’hui l’équilibre thermique de l’univers est entièrement rompu. Dans une purée cosmique qui glisse lentement vers le zéro absolu (la température présente est inférieure à 3° c’est-à-dire moins de 270 °C) sont éparpillés des milliards d’étoiles où la température atteint plusieurs millions et même plusieurs milliards de degrés.

Des températures intermédiaires règnent au voisinage de ces étoiles, en particulier dans l’atmosphère confortable de notre globe terrestre.

Nous comprenons maintenant ce qui a permis cette transition entre l’équilibre thermique et l’apparition des structures chaudes. Brièvement, c’est la fin du règne de la force électromagnétique sur la purée cosmique. Avant cette période, il fait trop chaud pour que les électrons puissent se souder aux noyaux et former des atomes. Le monde est rempli d’électrons libres dont l’interaction avec la lumière décourage toute concentration de matière, ou plus exactement redilue toute concentration aussitôt qu’elle se forme. Ainsi, dominée par l’effet de la force électromagnétique sur les électrons et les photons, la matière cosmique est contrainte à l’homogénéité et à l’isothermie. Mais quand les électrons prennent place autour des noyaux, ils constituent entre eux une structure neutre (autant de charges positives que négatives) qui échappe quasi totalement à l’interaction de la lumière. La purée, alors, peut répondre à l’appel de la gravité (à l’échelle locale) et amorce les concentrations et la fragmentation stellaire. Pour éviter toute confusion, distinguons soigneusement deux échelles. A la dimension universelle, la matière est toujours dominée par la force de gravité. C’est elle qui règle le mode de l’expansion cosmique. Mais, au début, cette force est incapable d’engendrer des grumeaux à cause de la toute-puissante interaction électromagnétique entre les photons et les électrons libres. Quand les électrons libres s’éclipsent, la gravité peut entrer en scène, à l’échelle des galaxies et des étoiles, et réchauffer localement la matière cosmique. C’est à cet effet que nous devons l’existence de déséquilibres thermiques dans l’univers.

DÉSÉQUILIBRE D’ASSOCIATIONS

A tout événement qui peut amener l’association de deux (ou plusieurs) particules, correspond, dans la nature, un autre événement, qui peut les séparer. Un proton peut capturer un électron pour former un atome d’hydrogène (avec émission d’un photon). A l’inverse, en absorbant un photon, un atome d’hydrogène peut se dissocier en un proton et un électron.

Quand une substance quelconque, par exemple de l’hydrogène, est maintenue à température constante pendant une durée suffisamment longue, il s’établit un équilibre : il y a, à chaque instant, autant d’événements de formation que d’événements de dissociations ; c’est ce qu’on appelle l’« équilibre d’associations » [3].

Telle est la situation dans la purée cosmique des premiers temps de l’univers.

A toute fin pratique, l’équilibre associatif est atteint à chaque instant; le rythme des associations et des dissociations est égal partout. Or, et ici nous touchons un point crucial, dans une substance où les réactions sont en équilibre, les états de stabilité maximum sont toujours atteints. En d’autres termes, un univers qui se refroidirait suffisamment lentement pour conserver, à tout instant, l’équilibre d’associations se transformerait irrémédiablement en fer [4]. La diversité des formes et des structures exige l’avènement de violents déséquilibres associatifs.

A quels moments apparaissent ces déséquilibres dans l’univers? Rappelons que les durées requises pour que s’accomplissent les réactions de capture et de dissociations varient avec la température ambiante. Au début, ces durées sont très courtes. Elles s’allongent quand la chaleur décroît. De surcroît, les captures sont généralement plus rapides que les dissociations.

Les déséquilibres apparaissent quand les temps de dissociations deviennent aussi longs que l’âge de l’univers au moment où les associations se produisent. Un système engendré à cette époque ne court pratiquement aucun risque : il survivra indéfiniment.

Les systèmes naturels soudés par des forces différentes (noyaux, atomes, étoiles) ont des durées de réactions très différentes.

Au début du monde, toutes les réactions sont en équilibre et aucune structure ne réussit à survivre. Puis la décroissance thermique amène, tour à tour pour chacune de ces forces, le passage de l’équilibre au déséquilibre. Prenons le cas des deux forces nucléaires : la faible et la forte. La première transforme les protons en neutrons (et vice versa) ; la seconde associe protons et neutrons en noyaux. Les modèles d’univers montrent que la première sort de l’équilibre vers la première minute. A cette période, environ 25 % de la matière est transformé en hélium, tandis que 75 % reste intact sous forme de protons qui plus tard deviendront des atomes d’hydrogène. La production de fer est tout à fait négligeable. L’hydrogène, épargné par l’état de déséquilibre nucléaire, deviendra le principal carburant des étoiles. C’est lui qui leur assurera les longues durées indispensables à l’émergence de la vie. Dans un univers de fer, les temps de vie des étoiles se chiffreraient en millions plutôt qu’en milliards d’années. L’élaboration des molécules géantes serait doublement compromise. D’abord par l’absence d’atomes d’hydrogène, de carbone, d’azote et d’oxygène. Ensuite, à supposer qu’il y ait un peu d’hydrogène, par la trop courte durée de vie des étoiles nourricières.

La situation initiale d’équilibre par rapport à la force électromagnétique dure beaucoup plus longtemps que celle d’équilibre nucléaire.

Il faut attendre plusieurs millions d’années avant que les atomes et molécules puissent échapper à la destruction (c’est-à-dire que les réactions de dissociations de ces structures deviennent plus lentes que l’expansion universelle). Quelle est la situation que rencontre aujourd’hui une protéine, par exemple, par rapport à la température moyenne de l’univers (représenté par le rayonnement fossile à 3° au-dessus du zéro absolu). La force électromagnétique pourrait la décomposer en constituants moléculaires plus simple (eau, gaz carbonique) ; la force nucléaire pourrait recombiner tous ces atomes en fer. Mais, grâce à la situation de déséquilibre associatif qui caractérise l’univers actuel, ces possibilités ne sont plus menaçantes. Ajoutons à cela l’état de déséquilibre thermique de l’univers, représenté chez nous par la différence de température entre le Soleil et la Terre. L’arrivée des photons jaunes du Soleil sur la surface terrestre permet, en particulier, le phénomène de photosynthèse, c’est-à-dire la formation de molécules de sucre (de faible stabilité) à partir de l’eau et du gaz carbonique (plus stables). Cet événement éloigne, en fait, la matière terrestre (la biosphère) de l’état de stabilité maximale et de monotonie vers lequel elle retournerait inexorablement si elle retrouvait les états d’équilibre (thermique et associatif) des premiers âges du monde. Le présent est inédit : chaque instant est nouveau. Sorti du contexte d’équilibre, chaque événement compte à titre individuel. Rappelons que la physique atomique a rejeté le concept de déterminisme absolu. Les résultats des événements singuliers ne sont jamais complètement prévisibles. Au mieux on peut évaluer la probabilité de tel ou tel résultat. De surcroît, l’analyse par ordinateur des phénomènes dits « classiques » (physique newtonienne par exemple) montre que l’aléatoire s’introduit spontanément dans la réalité, aussitôt que le nombre de corps en interaction est élevé [5].

Or, dans tout événement de la nature, le nombre de particules est toujours extrêmement élevé. D’où la gigantesque multiplicité des événements possibles dans la réalité ; d’où leur imprévisibilité au moins partielle, d’où « l’inventivité » de la nature et, en conséquence, la « nouveauté » de chaque instant.

ORIGINE DES ÉTATS DE DÉSÉQUILIBRE

Qu’est-ce qui provoque l’avènement de ces états de déséquilibre, rendus si féconds par la genèse de la complexité? Sur ce sujet nous savons beaucoup de choses mais, en même temps, peu de choses. Le lecteur restera sur sa faim…

L’analyse précédente a montré à quoi se ramène le problème. Il faudrait comprendre pourquoi les interactions de captures et de dissociations qui, au début, sont plus rapides que le taux de refroidissement, deviennent ensuite plus lentes. La physique nous apprend que le taux de refroidissement est gouverné par l’action de la gravité sur la matière à l’échelle universelle. Elle nous apprend aussi que les taux d’interaction des particules entre elles sont gouvernés, soit par la force nucléaire, soit par la force électromagnétique. Une réponse satisfaisante à notre question exigerait une compréhension détaillée des rapports entre ces différentes forces.

Aujourd’hui, les physiciens s’affairent à établir une « théorie unifiée » des forces de la nature. Une telle théorie devrait permettre de spécifier les rapports entre ces forces et ainsi donner une réponse à notre question.

Des résultats valables ont été obtenus au sujet des relations entre la force électromagnétique et les forces nucléaires. Mais sur les rapports entre la force de gravité et les autres forces, nous n’avons encore rien de solide. En conséquence, nous ne savons pas aujourd’hui expliquer d’une façon convaincante le passage des états d’équilibre aux états de déséquilibre. Nous devons nous contenter de remarquer que, sans cette transition, nous ne serions pas ici pour chercher à l’expliquer [6].

COMPLEXITÉ ET INTELLIGENCE

Libérée des exigences de stabilité maximale par l’apparition des déséquilibres associatifs et thermiques, la nature peut se lancer à l’assaut des hauts sommets de la complexité. Sur notre planète, des niveaux élevés ont été atteints d’où émergent l’intelligence et la conscience.

Y a-t-il des civilisations extraterrestres? Cette question, très populaire aujourd’hui, peut se reformuler autrement. L’émergence de l’intelligence est-elle une étape « normale », « naturelle » de la complexité croissante? Si oui, il y a vraisemblablement « beaucoup » de planètes habitées et de « culture » extraterrestres.

Si, à l’opposé, l’émergence de la vie et de l’intelligence est un avènement tout à fait hors des sentiers de la tendance organisatrice de la matière, alors nous pourrions bien être seuls au monde [7].

Une analyse de la situation permet, me semble-t-il, de plaider la première cause. De même que la notion de stabilité a guidé les pas de la complexité aux échelons inférieurs, de même une nouvelle notion, la compétitivité, semble prendre le relais aux niveaux supérieurs pour baliser le sentier vers les hauts sommets.

Constatons d’abord que les structures des échelons inférieurs (nucléons, atomes, molécules) sont relativement invulnérables. En particulier ils n’ont pas besoin, pour garder leur identité, d’avoir des échanges avec le monde extérieur. Mais, progressivement, au long de l’ascension, la vulnérabilité et la dépendance s’introduisent et s’attachent à la nature même des systèmes complexes ; sans une relation d’échange constante avec la biosphère (matière, énergie), les cellules se décomposent et retournent à l’état de molécules. Il faut respirer, recevoir de la chaleur, se nourrir. Mais la nourriture n’est pas illimitée. Il faut gagner sa proie et éviter d’être soi-même une proie; manger et n’être pas mangé. D’où l’apparition, entre les structures complexes, de la compétition pour l’existence. Dans ce contexte hostile, les structures favorisées sont naturellement les plus compétitives, c’est-à-dire celles qui, par leur constitution, sont porteuses d’avantages adaptatifs assurant une stratégie de survie. Il peut s’agir de la dureté de la peau (carapace), adoptée par les mollusques ; de la vitesse (poissons, oiseaux, etc.) ; de la vision nocturne (serpents, etc.). Ces avantages adaptatifs, très nombreux, sont utilisés, simultanément ou séparément, par les diverses lignées animales et végétales. Ils apparaissent grâce aux mutations génétiques engendrées spontanément dans l’ADN des cellules. Ces mutations sont stabilisées dans le matériel génétique si, précisément, elles sont porteuses d’avantages adaptatifs (sélection naturelle néo-darwinienne). La possibilité de percevoir le monde extérieur est un avantage adaptatif particulièrement précieux. Elle résulte, d’une part, de l’existence de percepteurs (yeux, oreilles, nez) et d’autre part, de la présence d’un cerveau où se forment des images mentales : représentations intérieures du monde extérieur. Ajoutons que cet avantage, et la stratégie qui en résulte, n’est pas adopté par tous les systèmes complexes. Si elle est commune à (pratiquement) tout le monde animal, elle est (largement) absente du monde végétal. Cela n’a pas empêché l’apparition de structures végétales hautement sophistiquées [8].

La formation de l’image mentale est une étape fondamentale vers l’émergence de l’intelligence. Toujours dans le cadre des stratégies de survie, il sera avantageux de pouvoir associer des images mentales.

Un singe voit une pêche sur un pêcher ; il voit un bâton; il a l’idée de faire tomber la pêche avec le bâton. Ces associations multipliées sont à l’origine des techniques, des technologies et des sciences. La conscience, dans ce contexte, est la perception de soi-même en tant qu’existant dans le monde. Le sentier de l’intelligence, balisé par la compétitivité et par les avantages que procure l’association des images mentales, a été pris par plusieurs lignées animales différentes. L’être humain y côtoie ses cousins primates (chimpanzés, gorilles), mais aussi les cétacés (dauphins, morses) ainsi que bien d’autres mammifères (rats, éléphants, chiens). A l’encontre des idées reçues, on découvre aujourd’hui que des oiseaux (les corneilles) et même des insectes (les abeilles) manipulent dextrement les images mentales. Cette multiplicité des espèces intelligentes est informative. Vu sous cet angle, l’intelligence n’apparaît plus comme un phénomène isolé, super-improbable, mais plutôt comme une voie « normale » de la complexité, dans le cadre de sa vulnérabilité et de sa quête de stratégie de survie. Mieux encore, comme un boulevard bien balisé sur lequel se sont déjà engagés de nombreuses lignées animales, venant en certains cas de directions fort différentes.

Ainsi, pour résumer, avons-nous isolé deux éléments qui jalonnent la route vers les sommets de la complexité. Aux niveaux inférieurs, la situation est dominée par la quête de stabilité. Les associations provoquent un accroissement de la stabilité des systèmes. Pourtant cette quête porte en elle-même sa propre menace. Poussée trop loin, elle aurait étouffé la complexité et réduit toute matière à la monotonie du fer et des trous noirs.

Cette possibilité a été éliminée par le mode particulier d’expansion de l’univers. Dominé par l’action de la gravité à l’échelle universelle, le refroidissement entraîne l’apparition d’une séquence d’états de déséquilibre associatifs. Puis, à nouveau à l’œuvre, mais cette fois à l’échelle locale, la gravité amène l’existence de déséquilibres thermiques, manifestés par les étoiles chaudes dans un univers de plus en plus glacé. Ces situations de déséquilibre ont permis la naissance et la survivance d’une multiplicité fabuleuse de structures, de stabilités intermédiaires, aux formes infiniment variées.

La complexification de la matière se poursuit par l’association de ces nouveaux systèmes, jusqu’au niveau où elle implique la vulnérabilité et la nécessité des échanges d’énergie. Ici apparaît la compétitivité l’acquisition d’avantages adaptatifs. Parmi ces avantages, on a mis en évidence le rôle de la perception du monde extérieur, par l’image mentale et en conséquence la stratégie de l’intelligence.

On a reproché à certains biologistes darwiniens leur insistance excessive sur l’importance de la compétition comme moteur de l’évolution. Poussée à ses limites, la compétition provoquerait les mêmes dégâts que la quête acharnée de la stabilité aux niveaux inférieurs de la complexité. L’être vivant idéalement équipé, idéalement compétitif pourrait, en principe, éliminer tous ses adversaires et provoquer la « monotonie biologique ». Les 150 000 variétés de papillons, les 100 000 sortes de champignons suffisent à montrer que telle n’est pas la situation dans notre monde. Les effets négatifs de la compétitivité sont limités par la très grande diversité des conditions climatologiques sur notre planète. Le désert, la plaine, la montagne, la mer, les régions tropicales, les zones polaires exigent des stratégies de survie bien différentes. Une constitution physique avantageuse ici, peut être un handicap sérieux ailleurs. Les « niches écologiques » sont nombreuses; elles fondent la diversité des systèmes vivants.

Reconnaissons que la variété des conditions climatologiques sur la terre trouve son origine ultime dans l’avènement des déséquilibres thermiques dans l’univers. Le vent, la pluie, l’air chaud, l’air froid sont des effets de la chaleur solaire sur notre atmosphère, c’est-à-dire de la différence de température entre la surface solaire et la surface terrestre. Les déséquilibres cosmiques, qui ont limité l’effet nivelant de la stabilité, limiteraient donc aussi l’effet de la compétitivité.

Mais un autre facteur entre en jeu qui suggère une surévaluation de l’importance théorique de la compétitivité. Une observation approfondie de la nature montre de nombreux cas de symbioses et d’équilibres écologiques basés sur des relations d’échange mutuellement favorables à tous les partenaires. En parallèle avec la compétition, s’est donc instaurée une activité d’entraide qui peut être considérée comme une efficace stratégie de survie.

Un mot pour terminer sur l’influence potentiellement négative de l’être humain dans ce contexte. Contrairement à ce que j’ai écrit plus haut, il existe une stratégie quasi universelle de survie : l’intelligence. Compétiteur redoutable, l’être humain peut s’adapter à toutes les conditions climatologiques; il s’installe partout sur la planète et commence déjà à voyager dans l’espace. L’homme élimine tous ses ennemis naturels et sous l’effet de son action, des espèces animales disparaissent chaque année sans laisser de survivants. La destruction des sites naturels, la diminution accélérée du nombre de variétés de papillons illustre sous nos yeux l’effet négatif de la compétitivité poussée à outrance. L’espèce humaine pourrait bien en être l’ultime victime.

_________________________________________________________

1 L’unité conventionnelle est ici le million d’électrons-volts par nucléon du noyau ; dans le noyau d’hélium elle est de 6,8 unités. Ainsi chaque structure nucléaire est caractérisée par son énergie de liaison propre, le fer ayant la plus élevée.

2 Sauf pendant les hypothétiques épisodes inflationnaires.

3 La température, bien sûr, n’est pas constante : elle diminue. Mais dans ce milieu extrêmement chaud, les réactions de captures et de dissociations sont excessivement rapides.

4 A cause de la diminution de la température, l’équilibre ne serait jamais parfaitement réalisé. Mais on s’en approcherait suffisamment pour que le résultat soit le même.

5 Voir Ivar Ekeland, Le Calcul, l’imprévu, Le Seuil, 1984.

6 Ce n’est pas la seule condition requise pour l’émergence de la complexité dans l’univers. Il y en a plusieurs autres. Elles ont donné naissance au « principe anthropique ». On en trouvera une présentation dans le L’Homme et le cosmos de Barrow et Tipler, éd. Imago. Dans la postface de ce livre j’ai présenté quelques réflexions personnelles sur ce sujet litigieux.

7 A la réflexion, si cet avènement est aussi extravagant, aussi extraordinaire, aussi improbable que l’affirment certains biologistes, alors peut-être faudrait-il nous pincer nous-mêmes pour nous assurer de notre propre existence.

8 Voir par exemple J.-M. Pelt, La Vie sociale des plantes, Fayard.