Apprendre l'anglais n'est pas une tâche facile, comme le savent d'innombrables étudiants. Mais lorsque l'étudiant est un ordinateur, une approche fonctionne étonnamment bien : Il suffit d'alimenter un modèle mathématique géant, appelé réseau neuronal, avec des montagnes de textes provenant d'Internet. C'est le principe de fonctionnement des modèles linguistiques génératifs tels que ChatGPT d'OpenAI, dont la capacité à tenir une conversation cohérente (à défaut d'être toujours sincère) sur un large éventail de sujets a surpris les chercheurs et le public au cours de l'année écoulée.

Mais cette approche présente des inconvénients. D'une part, la procédure de "formation" nécessaire pour transformer de vastes archives textuelles en modèles linguistiques de pointe est coûteuse et prend beaucoup de temps. D'autre part, même les personnes qui forment les grands modèles linguistiques ont du mal à comprendre leur fonctionnement interne, ce qui, à son tour, rend difficile la prévision des nombreuses façons dont ils peuvent échouer.

Face à ces difficultés, certains chercheurs ont choisi d'entraîner des modèles plus petits sur des ensembles de données plus restreints, puis d'étudier leur comportement. "C'est comme le séquençage du génome de la drosophile par rapport au séquençage du génome humain", explique Ellie Pavlick, chercheuse sur les modèles de langage à l'université de Brown.

Dans un article récemment publié sur le serveur scientifique arxiv.org, deux chercheurs de Microsoft ont présenté une nouvelle méthode pour former de minuscules modèles de langage : Les élever avec un régime strict d'histoires pour enfants.

RÉSEAUX NEURONAUX

Des chercheurs acquièrent une nouvelle compréhension à partir d'une simple IA

Les chercheurs en apprentissage automatique ont compris cette leçon. GPT-3.5, le grand modèle linguistique qui alimente l'interface ChatGPT, compte près de 200 milliards de paramètres et a été entraîné sur un ensemble de données comprenant des centaines de milliards de mots (OpenAI n'a pas publié les chiffres correspondants pour son successeur, GPT-4). L'entraînement de modèles aussi vastes nécessite généralement au moins 1 000 processeurs spécialisés, appelés GPU, fonctionnant en parallèle pendant des semaines. Seules quelques entreprises peuvent réunir les ressources nécessaires, sans parler de l'entraînement et de la comparaison de différents modèles.

Les deux chercheurs ont montré que des modèles linguistiques des milliers de fois plus petits que les systèmes de pointe actuels apprenaient rapidement à raconter des histoires cohérentes et grammaticalement justes lorsqu'ils étaient formés de cette manière. Leurs résultats indiquent de nouvelles pistes de recherche qui pourraient être utiles pour former des modèles plus importants et comprendre leur comportement.

"J'ai trouvé tout ça très instructif", a déclaré Chandra Bhagavatula, chercheur sur les modèles de langage à l'Allen Institute for Artificial Intelligence de Seattle. "Le concept lui-même est très intéressant.

Il était une fois

Les réseaux neuronaux au cœur des modèles de langage sont des structures mathématiques vaguement inspirées du cerveau humain. Chacun d'entre eux contient de nombreux neurones artificiels disposés en couches, avec des connexions entre les neurones des couches adjacentes. Le comportement du réseau neuronal est régi par la force de ces connexions, appelées paramètres. Dans un modèle linguistique, les paramètres contrôlent les mots que le modèle peut produire ensuite, compte tenu d'une invite initiale et des mots qu'il a déjà générés.

Un modèle ne prend véritablement vie qu'au cours de la formation, lorsqu'il compare de manière répétée ses propres résultats au texte de son ensemble de données de formation et qu'il ajuste ses paramètres afin d'accroître la ressemblance. Un réseau non entraîné avec des paramètres aléatoires est trivialement facile à assembler à partir de quelques lignes de code, mais il ne produira que du charabia. Après l'entraînement, il peut souvent poursuivre de manière plausible un texte peu familier. Les modèles de plus grande taille sont souvent soumis à des réglages plus fins qui leur apprennent à répondre à des questions et à suivre des instructions, mais l'essentiel de la formation consiste à maîtriser la prédiction des mots.

Pour réussir à prédire des mots, un modèle linguistique doit maîtriser de nombreuses compétences différentes. Par exemple, les règles de la grammaire anglaise suggèrent que le mot suivant le mot "going" sera probablement "to", quel que soit le sujet du texte. En outre, un système a besoin de connaissances factuelles pour compléter "la capitale de la France est", et compléter un passage contenant le mot "not" nécessite une connaissance rudimentaire de la logique.

"Le langage brut est très compliqué", explique Timothy Nguyen, chercheur en apprentissage automatique chez DeepMind. "Pour que des capacités linguistiques intéressantes apparaissent, les gens ont eu recours à l'idée que plus il y a de données, mieux c'est".

(photo) Ronen Eldan s'est rendu compte qu'il pouvait utiliser les histoires d'enfants générées par de grands modèles linguistiques pour en entraîner rapidement de plus petits.

Introduction

Ronen Eldan, mathématicien qui a rejoint Microsoft Research en 2022 pour étudier les modèles de langage génératifs, souhaitait développer un moyen moins coûteux et plus rapide d'explorer leurs capacités. Le moyen naturel d'y parvenir était d'utiliser un petit ensemble de données, ce qui signifiait qu'il devait entraîner les modèles à se spécialiser dans une tâche spécifique, afin qu'ils ne s'éparpillent pas. Au départ, il voulait entraîner les modèles à résoudre une certaine catégorie de problèmes mathématiques, mais un après-midi, après avoir passé du temps avec sa fille de 5 ans, il s'est rendu compte que les histoires pour enfants convenaient parfaitement. "L'idée m'est venue littéralement après lui avoir lu une histoire", a-t-il déclaré.

Pour générer des histoires cohérentes pour les enfants, un modèle de langage devrait apprendre des faits sur le monde, suivre les personnages et les événements, et observer les règles de grammaire - des versions plus simples des défis auxquels sont confrontés les grands modèles. Mais les grands modèles formés sur des ensembles de données massives apprennent d'innombrables détails non pertinents en même temps que les règles qui comptent vraiment. Eldan espérait que la brièveté et le vocabulaire limité des histoires pour enfants rendraient l'apprentissage plus gérable pour les petits modèles, ce qui les rendrait à la fois plus faciles à former et plus faciles à comprendre.

Dans le monde des modèles de langage, cependant, le terme "petit" est relatif : Un ensemble de données mille fois plus petit que celui utilisé pour former GPT-3.5 devrait encore contenir des millions d'histoires. "Je ne sais pas combien d'argent vous voulez dépenser, mais je suppose que vous n'allez pas engager des professionnels pour écrire quelques millions de nouvelles", a déclaré M. Nguyen.

Il faudrait un auteur extraordinairement prolifique pour satisfaire des lecteurs aussi voraces, mais Eldan avait quelques candidats en tête. Qui peut mieux écrire pour un public de petits modèles linguistiques que pour de grands modèles ?

Toys stories

Eldan a immédiatement entrepris de créer une bibliothèque d'histoires synthétiques pour enfants générées par de grands modèles linguistiques. Mais il a rapidement découvert que même les modèles de pointe ne sont pas naturellement très créatifs. Si l'on demande à GPT-4 d'écrire des histoires adaptées à des enfants de 4 ans, explique Eldan, "environ un cinquième des histoires concernera des enfants qui vont au parc et qui ont peur des toboggans". C'est apparemment la quintessence des histoires pour enfants d'âge préscolaire, selon l'Internet.

La solution a consisté à ajouter un peu d'aléatoire dans le message. Tout d'abord, Eldan a utilisé le GPT-4 pour générer une liste de 1 500 noms, verbes et adjectifs qu'un enfant de 4 ans pourrait connaître - suffisamment courte pour qu'il puisse facilement la vérifier lui-même. Il a ensuite écrit un programme informatique simple qui demanderait à plusieurs reprises à GPT-3.5 ou à GPT-4 de générer une histoire adaptée à l'âge de l'enfant, comprenant trois mots aléatoires de la liste, ainsi qu'un détail supplémentaire choisi au hasard, comme une fin heureuse ou un rebondissement de l'intrigue. Les histoires obtenues, heureusement, étaient moins axées sur des diapositives effrayantes.

Eldan disposait désormais d'une procédure pour produire des données de formation à la demande, mais il n'avait aucune idée du nombre d'histoires dont il aurait besoin pour former un modèle fonctionnel, ni de la taille de ce modèle. C'est alors qu'il s'est associé à Yuanzhi Li, chercheur en apprentissage automatique chez Microsoft et à l'université Carnegie Mellon, pour essayer différentes possibilités, en tirant parti du fait que les petits modèles peuvent être formés très rapidement. La première étape consistait à décider comment évaluer leurs modèles.

Introduction

Dans la recherche sur les modèles de langage - comme dans toute salle de classe - la notation est un sujet délicat. Il n'existe pas de rubrique parfaite qui englobe tout ce que les chercheurs veulent savoir, et les modèles qui excellent dans certaines tâches échouent souvent de manière spectaculaire dans d'autres. Au fil du temps, les chercheurs ont mis au point divers critères de référence standard basés sur des questions dont les réponses ne sont pas ambiguës, ce qui est une bonne approche si vous essayez d'évaluer des compétences spécifiques. Mais Eldan et Li se sont intéressés à quelque chose de plus nébuleux : quelle doit être la taille réelle des modèles linguistiques si l'on simplifie le langage autant que possible ?

"Pour vérifier directement si le modèle parle anglais, je pense que la seule chose à faire est de laisser le modèle générer de l'anglais de manière ouverte", a déclaré M. Eldan.

Il n'y a que deux façons de mesurer les performances d'un modèle sur des questions aussi qualitatives : S'appuyer sur des évaluateurs humains ou se tourner à nouveau vers le GPT-4. Les deux chercheurs ont opté pour cette dernière solution, laissant les grands modèles à la fois rédiger les manuels et noter les dissertations.

Bhagavatula a déclaré qu'il aurait aimé voir comment les évaluations de GPT-4 se comparaient à celles des correcteurs humains - GPT-4 peut être biaisé en faveur des modèles qu'il a aidé à former, et l'opacité des modèles de langage rend difficile la quantification de tels biais. Mais il ne pense pas que de telles subtilités affecteraient les comparaisons entre différents modèles formés sur des ensembles similaires d'histoires synthétiques - l'objectif principal du travail d'Eldan et Li.

Eldan et Li ont utilisé une procédure en deux étapes pour évaluer chacun de leurs petits modèles après la formation. Tout d'abord, ils ont présenté au petit modèle la première moitié d'une histoire distincte de celles de l'ensemble des données d'apprentissage, de manière à ce qu'il génère une nouvelle fin, en répétant ce processus avec 50 histoires de test différentes. Ensuite, ils ont demandé à GPT-4 d'évaluer chacune des fins du petit modèle en fonction de trois catégories : créativité, grammaire et cohérence avec le début de l'histoire. Ils ont ensuite fait la moyenne des notes obtenues dans chaque catégorie, obtenant ainsi trois notes finales par modèle.

Avec cette procédure en main, Eldan et Li étaient enfin prêts à comparer les différents modèles et à découvrir quels étaient les étudiants les plus brillants.

Résultats des tests

Après quelques explorations préliminaires, les deux chercheurs ont opté pour un ensemble de données de formation contenant environ 2 millions d'histoires. Ils ont ensuite utilisé cet ensemble de données, baptisé TinyStories, pour entraîner des modèles dont la taille varie de 1 million à 30 millions de paramètres, avec un nombre variable de couches. Le travail a été rapide : En utilisant seulement quatre GPU, l'entraînement du plus grand de ces modèles n'a pas pris plus d'une journée.

Les plus petits modèles ont eu du mal. Par exemple, l'une des histoires testées commence par un homme à l'air méchant qui dit à une fille qu'il va lui prendre son chat. Un modèle à un million de paramètres s'est retrouvé bloqué dans une boucle où la fille répète sans cesse à l'homme qu'elle veut être son amie. Mais les modèles plus grands, qui sont encore des milliers de fois plus petits que GPT-3.5, ont obtenu des résultats surprenants. La version à 28 millions de paramètres racontait une histoire cohérente, même si la fin était sinistre : "Katie s'est mise à pleurer, mais l'homme s'en fichait. Il a emporté le chat et Katie n'a plus jamais revu son chat. Fin de l'histoire".

En plus de tester leurs propres modèles, Eldan et Li ont soumis le même défi au GPT-2 d'OpenAI, un modèle de 1,5 milliard de paramètres publié en 2019. Le résultat a été bien pire - avant la fin abrupte de l'histoire, l'homme menace d'emmener la jeune fille au tribunal, en prison, à l'hôpital, à la morgue et enfin au crématorium.

Introduction

Selon M. Nguyen, il est passionnant que des modèles aussi petits soient aussi fluides, mais il n'est peut-être pas surprenant que GPT-2 ait eu du mal à accomplir la tâche : il s'agit d'un modèle plus grand, mais loin de l'état de l'art, et il a été formé sur un ensemble de données très différent. "Un enfant en bas âge qui ne s'entraînerait qu'à des tâches d'enfant en bas âge, comme jouer avec des jouets, obtiendrait de meilleurs résultats que vous ou moi", a-t-il fait remarquer. "Nous ne nous sommes pas spécialisés dans cette chose simple.

Les comparaisons entre les différents modèles de TinyStories ne souffrent pas des mêmes facteurs de confusion. Eldan et Li ont observé que les réseaux comportant moins de couches mais plus de neurones par couche étaient plus performants pour répondre aux questions nécessitant des connaissances factuelles ; inversement, les réseaux comportant plus de couches et moins de neurones par couche étaient plus performants pour garder en mémoire les personnages et les points de l'intrigue situés plus tôt dans l'histoire. Bhagavatula a trouvé ce résultat particulièrement intriguant. S'il peut être reproduit dans des modèles plus vastes, "ce serait un résultat vraiment intéressant qui pourrait découler de ce travail", a-t-il déclaré.

Eldan et Li ont également étudié comment les capacités de leurs petits modèles dépendaient de la durée de la période de formation. Dans tous les cas, les modèles maîtrisaient d'abord la grammaire, puis la cohérence. Pour Eldan, ce schéma illustre comment les différences dans les structures de récompense entraînent des différences dans les schémas d'acquisition du langage entre les réseaux neuronaux et les enfants. Pour les modèles de langage, qui apprennent en prédisant des mots, "l'incitation pour les mots "je veux avoir" est aussi importante que pour les mots "crème glacée"", a-t-il déclaré. Les enfants, en revanche, "ne se soucient pas de savoir s'ils disent 'j'aimerais avoir de la glace' ou simplement 'glace, glace, glace'".

Qualité contre quantité

Eldan et Li espèrent que cette étude incitera d'autres chercheurs à entraîner différents modèles sur l'ensemble des données de TinyStories et à comparer leurs capacités. Mais il est souvent difficile de prédire quelles caractéristiques des petits modèles apparaîtront également dans les plus grands.

"Peut-être que les modèles de vision chez la souris sont de très bons substituts de la vision humaine, mais les modèles de dépression chez la souris sont-ils de bons modèles de la dépression chez l'homme ? a déclaré M. Pavlick. "Pour chaque cas, c'est un peu différent.

Le succès des modèles TinyStories suggère également une leçon plus large. L'approche standard pour compiler des ensembles de données de formation consiste à aspirer des textes sur l'internet, puis à filtrer les déchets. Le texte synthétique généré par des modèles de grande taille pourrait constituer une autre façon d'assembler des ensembles de données de haute qualité qui n'auraient pas besoin d'être aussi volumineux.

"Nous avons de plus en plus de preuves que cette méthode est très efficace, non seulement pour les modèles de la taille de TinyStories, mais aussi pour les modèles plus importants", a déclaré M. Eldan. Ces preuves proviennent d'une paire d'articles de suivi sur les modèles à un milliard de paramètres, rédigés par Eldan, Li et d'autres chercheurs de Microsoft. Dans le premier article, ils ont entraîné un modèle à apprendre le langage de programmation Python en utilisant des extraits de code générés par GPT-3.5 ainsi que du code soigneusement sélectionné sur l'internet. Dans le second, ils ont complété l'ensemble de données d'entraînement par des "manuels" synthétiques couvrant un large éventail de sujets, afin d'entraîner un modèle linguistique à usage général. Lors de leurs tests, les deux modèles ont été comparés favorablement à des modèles plus importants formés sur des ensembles de données plus vastes. Mais l'évaluation des modèles linguistiques est toujours délicate, et l'approche des données d'entraînement synthétiques n'en est qu'à ses balbutiements - d'autres tests indépendants sont nécessaires.

Alors que les modèles linguistiques de pointe deviennent de plus en plus volumineux, les résultats surprenants de leurs petits cousins nous rappellent qu'il y a encore beaucoup de choses que nous ne comprenons pas, même pour les modèles les plus simples. M. Nguyen s'attend à ce que de nombreux autres articles explorent l'approche inaugurée par TinyStories.

"La question est de savoir où et pourquoi la taille a de l'importance", a-t-il déclaré. "Il devrait y avoir une science à ce sujet, et cet article est, je l'espère, le début d'une riche histoire.

Le monde tel que l'imaginent ceux qui n'ont jamais vu. (I)
Depuis les opérations pratiquées par le chirurgien anglais Cheselden en 1728 sur des personnes atteintes de cataracte congénitale, redonner la vue aux aveugles ne tient plus du miracle biblique mais de la science - et les avancées extraordinaires que la médecine a effectuées dans ce domaine invitent à être optimistes pour l'avenir. Toutefois, la plupart des aveugles de naissance qui vivent aujourd'hui savent que ces progrès bénéficieront surtout aux générations futures et que, pour la majorité d'entre eux, ils quitteront ce monde sans en avoir rien vu. Pour autant, à en croire certains, il n'y a nullement là de quoi s'affliger :" Je ne regrette jamais de ne pas voir. Je vois autrement et puis je n'ai jamais vu avec les yeux, ça ne peut pas me manquer." affirme Sophie Massieu (36 ans, journaliste).
L'aveugle de naissance "ne sait pas ce qu'il perd", littéralement parlant, il n'a donc aucune raison de soupirer après un état qu'il n'a jamais connu. Ce n'est donc pas, dans son cas, sur le mode de la lamentation ou du regret lyrique qu'il faut entendre le mot "jamais", comme ce peut être le cas pour les aveugles tardifs qui restent longtemps hantés par leurs souvenirs de voyant... Non, pour l'aveugle-né, ce "jamais" fonctionne à la manière d'un levier, d'une faille où s'engouffre son imagination : à quoi peut ressembler ce monde visible dont tout le monde parle autour de lui ? Comment se représenter des notions proprement visuelles, telles que les couleurs, l'horizon, la perspective ? Toutes ces questions pourraient tenir en une seule : comment concevoir ce qu'est la vue sans voir ? Question qui a sa réciproque pour le voyant : comment se représenter ce que c'est que de ne pas voir pour quiconque a toujours vu ? Il y a là un défi lancé à l'imagination, défi d'autant plus difficile à relever que les repères auxquels chacun aura spontanément tendance à se référer seront tirés d'un univers perceptif radicalement différent de celui qu'on cherche à se représenter, et qu'ils risquent fort, par conséquent, de nous induire en erreur. Il n'est pas dit que ce fossé perceptif puisse être franchi par l'imagination - mais comme tout fossé, celui-ci appelle des passerelles : analogies puisées dans les autres sens ou dans le langage, efforts pour s'abstraire de ses automatismes de pensée - ce que Christine Cloux, aveugle de naissance, appelle une forme de "souplesse mentale"... L'enjeu, s'il est vital pour l'aveugle, peut sembler minime pour le voyant : que gagne-t-on à imaginer le monde avec un sens en moins ? On aurait tort de négliger l'intérêt d'une telle démarche intellectuelle, car s'interroger sur la perception du monde d'un aveugle de naissance, c'est remettre la nôtre en perspective, en appréhender le caractère relatif, mesurer à quel point nos représentations mentales dépendent de nos dispositions sensibles - enfin, c'est peut-être le moyen de prendre conscience des limites de notre point de vue et, le temps d'un effort d'imagination, de les dépasser...
Imaginer le monde quand on est enfant
Le jeune enfant voyant croit que les choses cessent d'exister dès lors qu'elles quittent son champ de vision : un moment très bref, dit-on, sépare le temps où il croit encore sa mère absente et celui où il la croit déjà morte. Qu'on s'imagine alors ce qu'il en est pour l'enfant aveugle de naissance... "J'avais peur de lancer un ballon, parce que je pensais qu'il allait disparaître. Mon monde s'arrêtait à un mètre, au-delà, pour moi, c'était le vide. "explique Natacha de Montmollin (38 ans, informaticienne de gestion). Comment être sûr que les objets continuent d'exister quand ils sont hors de portée, d'autant plus quand on ne les retrouve pas là où on les avait laissés ? Comment accorder sa confiance à monde aussi inconstant ? Un enfant aveugle de naissance aura nécessairement besoin de plus de temps qu'un enfant voyant pour trouver ses marques et pour comprendre le monde qui l'entoure.
Dans les premières années de sa vie, l'aveugle de naissance n'a pas conscience de son handicap... De fait, s'il ne vivait dans une société de voyants, il passerait toute sa vie sans se douter de l'existence du monde visible. Dans la nouvelle de H. G. Wells Le pays des aveugles, le héros, voyant débarqué dans une communauté d'aveugles qui vit repliée sur elle-même, découvre à ses dépens qu'on y traite ceux qui se prétendent doués de la vue non comme des dieux ou des rois, mais comme des fous, comme nous traitons ceux qui affirment voir des anges - pour le dire autrement : au royaume des aveugles de naissance, les borgnes seraient internés. C'est uniquement parce qu'il vit dans une société organisée par et pour des voyants que l'aveugle finit par contracter, avec le temps, le sentiment de sa différence. Cette découverte peut se faire de différentes manières : les parents peuvent, quand ils estiment leur enfant assez mûr, lui expliquer son infirmité ; l'enfant peut également la découvrir par lui-même, au contact des autres enfants. "On ne m'a jamais expliqué que j'étais aveugle, j'en ai pris conscience avec le temps, explique Sophie Massieu. Quand je jouais à cache-cache avec les autres enfants, je ne comprenais pas pourquoi j'étais toujours la première débusquée... Evidemment, j'étais toujours cachée sous une table, sans rien autour pour me protéger, je sautais un peu aux yeux..."
Le jeune aveugle de naissance finit donc par comprendre qu'il existe une facette de la réalité que les autres perçoivent mais qui lui demeure inaccessible. Dans un premier temps, cette "face du monde" doit lui paraître pour le moins abstraite et difficile à concevoir. Pour avoir un aperçu de l'effort d'imagination que cela exige, le voyant devrait tenter de se représenter une quatrième dimension de l'espace qui l'engloberait sans qu'il en ait conscience...
Il est inévitable que l'aveugle de naissance commence par se faire de certaines choses une représentation inexacte : ces "fourvoiements de l'imagination" constituent des étapes indispensables à l'élaboration de l'intelligence, qu'on soit aveugle ou non. En outre, ils peuvent avoir leur poésie. Un psychologue russe (cité par Pierre Villey dans son ouvrage Le monde des aveugles) mentionne l'exemple d'un jeune aveugle de naissance qui se représentait absolument tous les objets comme en mouvement, jusqu'aux plus immobiles : "pour lui les pierres sautent, les couleurs jouent et rient, les arbres se battent, gémissent, pleurent". Cette représentation peut prêter à sourire, mais après tout, la science et la philosophie ne nous ont-elles pas enseigné que l'immobilité du monde n'était qu'une illusion de la perception, découlant de l'incomplétude de notre point de vue ? A ce titre, l'imagination de ce garçon semblait lui avoir épargné certaines illusions dont l'humanité a eu tant de mal à se déprendre : par exemple, quoiqu'il ne sut rien du mouvement des corps célestes, on raconte que, lorsqu'on lui posa la question : "le soleil et la lune se meuvent-ils ?", il répondit par l'affirmative, sans aucune hésitation.
L'aveugle de naissance peut se représenter la plupart des objets en les palpant. Quand ceux-ci sont trop imposants, des maquettes ou des reproductions peuvent s'y substituer. "J'ai su comment était foutue la Tour Eiffel en ayant un porte-clefs entre les mains... " se souvient Sophie Massieu. Tant que l'objet demeure hors de sa portée, hors du champ de son expérience, il n'est pas rare que l'aveugle s'en fasse une image fantaisiste en se fondant sur la sonorité du mot ou par associations d'idées. Ce défaut n'est pas propre aux aveugles, et "chez chacun, l'imagination devance l'action des sens", pour reprendre l'expression de Pierre Villey. Mais ce défaut peut avoir des conséquences nettement plus fâcheuses chez l'aveugle de naissance, car s'il se contente de ces représentations inexactes et ne cherche pas à les corriger, il risque de méconnaître le monde qui l'entoure et de s'isoler dans un royaume fantasque construit selon les caprices de son imagination. L'aveugle-né n'a pas le choix : il doit s'efforcer de se représenter le monde le plus fidèlement possible, sous peine d'y vivre en étranger...
Imaginer les individus
Très tôt, l'aveugle va trouver des expédients pour se représenter le monde qui l'entoure, à commencer par les gens qu'il côtoie. Leur voix, pour commencer, constitue pour lui une mine d'informations précieuses : l'aveugle prête autant attention à ce que dit son interlocuteur qu'à la manière dont il le dit. La voix révèle un caractère, le ton une humeur, l'accent une origine... "On peut dire ce qu'on veut, mais notre voix parle de nous à notre insu." explique Christine Cloux (36 ans, informaticienne). Certains aveugles considèrent qu'il est beaucoup plus difficile de déguiser les expressions de sa voix que celles de son visage, et pour eux, c'est la voix qui est le miroir de l'âme : "Un monde d'aveugle aurait ses Lavater [auteur de"L'Art de connaître les hommes par la physionomie"]. Une phonognomie y tiendrait lieu de notre physiognomie." écrit Pierre Villey dans Le monde des aveugles. Mais à trop se fier au caractère révélateur d'une voix, l'aveugle s'expose parfois à de cruelles désillusions... Villey cite le cas d'une jeune aveugle qui s'était éprise d'une actrice pour le charme de sa voix : "Instruite des déportements peu recommandables de son idole elle s'écrie dans un naïf élan de désespoir : "Si une pareille voix est capable de mentir, à quoi pourrons-nous donc donner notre confiance ?".
De nombreux autres indices peuvent renseigner l'aveugle sur son interlocuteur : une poignée de main en dit long (Sophie Massieu affirme haïr "les poignées de main pas franches, mollasses...", qu'elle imagine comparables à un regard fuyant) ; le son des pas d'un individu peut renseigner sur sa corpulence et sa démarche ; les odeurs qu'il dégage peuvent donner de précieux renseignements sur son mode de vie - autant d'indices que le voyant néglige souvent, en se focalisant principalement sur les informations que lui fournit sa vue. Quant à l'apparence physique en elle-même, la perspicacité de l'aveugle atteint ici ses limites : "Il y a des choses qu'on sait par le toucher mais d'autres nous échappent : on a la forme du visage, mais on n'a pas la finesse des traits, explique Sophie Massieu. On peut toujours demander aux copines "tiens, il me plaît bien, à quoi il ressemble ?" Bon, il faut avoir des bonnes copines... " Certains aveugles de naissance sont susceptibles de se laisser influencer par les goûts de la majorité voyante : Jane Hervé mentionne la préférence d'une aveugle de naissance pour les blonds aux yeux bleus :"Je crois que les blonds sont beaux. Peut-être que c'est rare...". "D'une façon générale, je pense que la manière dont nous imaginons les choses que nous ne pouvons pas percevoir tient beaucoup à la manière dont on nous en parle, explique Sophie Massieu. Si la personne qui vous le décrit trouve ça beau, vous allez trouvez ça beau, si elle trouve ça moche, vous allez trouver ça moche...". De ce point de vue, l'aveugle dépend - littéralement - du regard des autres : "Mes amis et ma famille verbalisent beaucoup ce qu'ils voient, alors ils sont en quelque sorte mon miroir parlant..." confie Christine Cloux.
Imaginer l'espace
On a cru longtemps que l'étendue était une notion impossible à concevoir pour un aveugle. Platner, un médecin philosophe du siècle dernier, en était même arrivé à la conclusion que, pour l'aveugle-né, c'était le temps qui devait faire office d'espace : "Eloignement et proximité ne signifient pour lui que le temps plus ou moins long, le nombre plus ou moins grand d'intermédiaires dont il a besoin pour passer d'une sensation tactile à une autre.". Cette théorie est très poétique - on se prend à imaginer, dans un monde d'aveugles-nés, des cartes en relief où la place dévolue à chaque territoire ne serait pas proportionnelle à ses dimensions réelles mais à son accessibilité, au temps nécessaire pour le parcourir... Dans les faits, cependant, cette théorie nous en dit plus sur la manière dont les voyants imaginent le monde des aveugles que sur le contraire. Car s'il faut en croire les principaux intéressés, ils n'ont pas spécialement de difficulté à se figurer l'espace.
"Tout est en 3D dans ma tête, explique Christine Cloux. Si je suis chez moi, je sais exactement comment mon appartement est composé : je peux décrire l'étage inférieur sans y aller, comme si j'en avais une maquette. Vraiment une maquette, pas un dessin ou une photo. De même pour les endroits que je connais ou que j'explore : les gares, des quartiers en ville, etc. Plus je connais, plus c'est précis. Plus j'explore, plus j'agrandis mes maquettes et j'y ajoute des détails."La représentation de l'espace de l'aveugle de naissance se fait bien sous formes d'images spatiales, mais celles-ci n'en sont pas pour autant des images-vues : il faudrait plutôt parler d'images-formes, non visuelles, où l'aveugle projette à l'occasion des impressions tactiles. Pour décrire cette perception, Jane Hervé utilise une comparaison expressive :"les sensations successives et multiples constituent une toile impressionniste - tramée de mille touchers et sensations - suggérant la forme sentie, comme les taches d'or étincelant dans la mer composant l'Impression, soleil devant de Claude Monet."
A l'époque des Lumières, certains commentateurs, stupéfaits par les pouvoirs de déduction des aveugles, s'imaginaient que ceux-ci étaient capables de voir avec le bout de leurs doigts (ils étaient trompés, il faut dire, par certains aveugles qui prétendaient pouvoir reconnaître les couleurs d'un vêtement simplement en touchant son étoffe). Mais les aveugles de naissance eux-mêmes ne sont pas à l'abri de ce genre de méprises : Jane Hervé cite le cas d'une adolescente de 18 ans - tout à fait intelligente par ailleurs - qui pensait que le regard des voyants pouvait contourner les obstacles - exactement comme la main permet d'enserrer entièrement un petit objet pour en connaître la forme. Elle pensait également que les voyants pouvaient voir de face comme de dos, qu'ils étaient doués d'une vision panoramique : "Elle imaginait les voyants comme des Janus bifaces, maîtres du regard dans toutes les directions.". L'aveugle du Puiseaux dont parle Diderot dans sa Lettre sur les aveugles, ne sachant pas ce que voulait dire le mot miroir, imaginait une machine qui met l'homme en relief, hors de lui-même. Chacun imagine l'univers perceptif de l'autre à partir de son univers perceptif propre : le voyant croit que l'aveugle voit avec les doigts, l'aveugle que le voyant palpe avec les yeux. Comme dans la parabole hindoue où des individus plongés dans l'obscurité tentent de déduire la forme d'un éléphant en se fondant uniquement sur la partie du corps qu'ils ont touché (untel qui a touché la trompe prétend que l'éléphant a la forme d'un tuyau d'eau, tel autre qui a touché l'oreille lui prête la forme d'un éventail...) - semblablement les êtres humains imaginent un inconnu radical à partir de ce qu'ils connaissent, quand bien même ces repères se révèlent impropres à se le représenter.
Parmi les notions spatiales particulièrement difficiles à appréhender pour un aveugle, il y a la perspective - le fait que la taille apparente d'un objet diminue proportionnellement à son éloignement pour le sujet percevant. "En théorie je comprends ce qu'est la perspective, mais de là à parvenir à réaliser un dessin ou à en comprendre un, c'est autre chose - c'est d'ailleurs la seule mauvaise note que j'ai eu en géométrie, explique Christine Cloux. Par exemple, je comprends que deux rails au loin finissent par ne former qu'une ligne. Mais ce n'est qu'une illusion, car en réalité il y a toujours deux rails, et dans ma tête aussi. Deux rails, même très loin, restent deux rails, sans quoi le train va avoir des ennuis pour passer..." Noëlle Roy, conservatrice du musée Valentin Haüy, se souvient d'une aveugle âgée, qui, effleurant avec ses doigts une reproduction en bas-relief du tableau l'Angélus de Millet, s'était étonnée que les deux paysans au premier plan soient plus grands que le clocher dont la silhouette se découpe sur l'horizon. Quand on lui expliqua que c'était en vertu des lois de la perspective, les personnages se trouvant au premier plan et le clocher très loin dans la profondeur de champ, la dame s'étonna qu'on ne lui ait jamais expliqué cela... On peut se demander comment cette dame aurait réagi si, recouvrant l'usage de la vue suite à une opération chirurgicale, elle avait aperçu la minuscule silhouette d'un individu dans le lointain : aurait-elle pensé que c'était là sa taille réelle et que cet individu, s'approchant d'elle, n'en serait pas plus grand pour autant ? Jane Hervé cite le témoignage d'une aveugle de 62 ans qui a retrouvé la vue suite à une opération : "Tout était déformé, il n'y avait plus aucune ligne droite, tout était concave... Les murs m'emprisonnaient, les toitures des maisons paraissaient s'effondrer comme après un bombardement. Ce que je voyais ovale, je le sentais rond avec mes mains. Ce que je distinguais à distance, je le sentais sur moi. J'avais des vertiges permanents. "On peut s'imaginer le cauchemar que représente une perception du monde où la vision et la sensation tactile ne concordent pas, où les sens envoient au cerveau des signaux impossibles à concilier... D'autres aveugles de naissance, ayant recouvré l'usage de la vue suite à une opération, dirent avoir l'impression que les objets leur touchaient les yeux : ils eurent besoin de plusieurs jours pour saisir la distance et de plusieurs semaines pour apprendre à l'évaluer correctement. Cela nous rappelle que notre vision du monde en trois dimensions n'a rien d'innée, qu'elle résulte au contraire d'un apprentissage et qu'il y entre une part considérable de construction intellectuelle.

Les cellules conceptuelles aident votre cerveau à abstraire les informations et à créer des souvenirs

Les cellules individuelles du cerveau s'activent pour des idées spécifiques. Ces neurones conceptuels, autrefois connus sous le nom de " cellules de Jennifer Aniston ", nous offrent à penser, à imaginer et à nous souvenir d'épisodes de notre vie.

(image : Les représentations abstraites d'individus, d'objets et d'idées sont stockées dans des cellules cérébrales individuelles appelées neurones conceptuels. Les recherches suggèrent qu'ils jouent un rôle essentiel dans la mémoire sont.)

Imaginez que vous à votre premier rendez-vous, que vous sirotez un martini dans un bar. Vous mangez une olive et écoutez patiemment votre partenaire vous parler de son travail dans une banque. Votre cerveau traite cette scène, en partie, en la décomposant en concepts. Bar. Rendez-vous. Martini. Olive. Banque. Au plus profond de votre cerveau, des neurones appelés cellules conceptuelles s'activent.

Vous pouvez-être des cellules conceptuelles qui s'activent pour les martinis mais pas pour les olives. Ou des cellules qui s'activent pour les bars – peut-être même ce bar en particulier, si vous y êtes déjà allé. L'idée d'une " banque " a également son propre ensemble de cellules conceptuelles, peut-être des millions. Et là, dans ce bar faiblement éclairé, vous commencez à former des cellules conceptuelles pour votre rendez-vous, que vous l'aimez ou non. Ces cellules s'activeront lorsque quelque chose vous rappellera lui.

Les neurones conceptuels s'activent pour leur concept, quelle que soit la manière dont il est présenté : dans la vie réelle ou sur une photo, dans un texte ou un discours, à la télévision ou dans un podcast. " C'est plus abstrait, vraiment différent de ce que vous voyez ", a déclaré Elizabeth Buffalo, neuroscientifique à l'Université de Washington.

Pendant des décennies, les neuroscientifiques se sont moqués de l'idée selon laquelle le cerveau pouvait avoir une telle sélectivité, jusqu'au niveau d'un neurone individuel : comment pourrait-il y avoir un ou plusieurs neurones pour chacun des innombrables concepts avec lesquels nous interagissons tout au long de notre vie ? "C'est une inefficacité. Ce n'est pas économique", a déclaré le neurobiologiste Florian Mormann à l'Université de Bonn.

Mais lorsque les chercheurs ont identifié les cellules conceptuelles au début des années 2000, le rire a commencé à s'estomper. Au cours des 20 dernières années, ils ont établi que les cellules conceptuelles non seulement existent, mais sont essentielles à la façon dont le cerveau extrait et stocke l'information. De nouvelles études, dont une récemment publiée dans Nature Communications, ont suggéré qu'elles pourraient être au cœur de la façon dont nous formons et récupérons la mémoire.

Nous savons que le cerveau traite les informations sur le monde extérieur à travers le complexe dynamique des circuits de neurones, a déclaré le mathématicien Valeriy Makarov Slizneva de l'Université Complutense de Madrid, qui a réalisé des calculs théoriques pour prouver l'existence des cellules conceptuelles. Cependant, il est également possible que les cellules individuelles jouent un rôle essentiel dans la reconstruction de la réalité par le cerveau.

" La nature a utilisé, au fil du temps, des concepts simples mais efficaces au lieu d'utiliser à des calculs distribués complexes ", at-il déclaré. " Nous sommes plus simples que nous le pensions. "

Une parodie qui prend vie

Le concept de cellule conceptuelle était une blague pour les neuroscientifiques — jusqu'à ce que ce ne soit plus le cas.

En 1969, le neuroscientifique Jérôme Lettvin a donné une conférence qui est devenue célèbre au Massachusetts Institute of Technology. Sur une ton moqueur, il a raconté à ses étudiants l'histoire d'un neurochirurgien fictif qui avait vu un patient fictif qui avait une relation difficile avec sa mère. Pour l'aider, le neurochirurgien a supprimé une cellule du cerveau de son patient qui codait pour sa mère, effaçant ainsi tout souvenir d'elle. Satisfait de son exploit, il a continué ses recherches en recherchant des " cellules grand-mères ".

" Depuis lors, on ne cesse de parler de cellules de grand-mère ", a déclaré Rodrigo Quian Quiroga, neuroscientifique à l'Institut de recherche Hospital del Mar de Barcelone. En théorie, une cellule de grand-mère est un neurone unique, caché quelque part parmi les 86 milliards de votre cerveau, qui code pour l'une de vos grand-mères. Vous le supprimez et — pouf — tout ce que vous savez sur cette personne disparaît de votre cerveau.

Personne ne prenait cette idée au sérieux. Une cellule pour chaque personne que vous avez rencontrée ? " N'est-ce pas ridicule ? " a déclaré le neuroscientifique Christof Koch de l'Institut Allen pour les sciences du cerveau à Seattle. " Les gens avaient dénigré l'idée dans son ensemble. "

Mais ce n'est pas le cas de tout le monde. Dans les années 1990, un groupe de recherche de l'Université de Californie à Los Angeles, dirigé par le neurochirurgien Itzhak Fried, a développé un nouveau type d'électrode capable d'observer l'activité des neurones individuels, un niveau de résolution sans précédent à l'époque. Scientifique autant que chirurgien, Fried a toujours été curieux de la mémoire et de notre vie mentale. " D'une manière ou d'une autre, le monde extérieur tout entier se transforme en une représentation " dans le cerveau, at-il déclaré. Cette représentation pourrait se refléter dans des concepts vagues et abstraits, dépourvus de détails du monde réel. À quoi cela pourrait-il ressembler ?

Fried et Quiroga ont collaboré avec Koch pour mener leurs recherches. Les chercheurs ont reçu le consentement des patients épileptiques, qui avaient déjà des électrodes portées dans leur cerveau dans le cadre de leur traitement médical, pour enregistrer et analyser leur activité neuronale. Les électrodes ont accès au lobe temporal médian de chaque patient, la partie du cerveau qui comprend l'amygdale, le cortex entorhinal et l'hippocampe, qui est le centre des émotions et de la mémoire.

Ils ont ensuite montré aux patients des images d'objets. En 2000, les chercheurs ont rapporté que les neurones individuels semblaient représenter de larges catégories, telles que des visages, des scènes, des maisons ou des animaux, en tirant sur plusieurs images dans chaque catégorie.

Les résultats révèlent que des cellules de grand-mère pourraient exister, mais seulement si ces cellules réagissaient à plus que les seules images.

Conception cellulaire

Au début des années 2000, Quiroga a mis au point un algorithme d'analyse des données d'électrodes qui lui a permis d'identifier beaucoup plus de neurones qu'auparavant, même des cellules qui s'activaient rarement et étaient donc plus difficiles à détecter. "Je peux voir des neurones que les gens ne voyaient pas avant… parce que j'utilisais des astuces que j'avais apprises en physique et en mathématiques", a-t-il déclaré. " Et puis je me suis dit : " Eh bien, je veux voir ce que font ces neurones. "

Au début, il montrait à des patients épileptiques des images de scientifiques comme Richard Feynman et Albert Einstein pour voir si les neurones réagissaient à des individus particuliers. Lorsque les patients ne parvenaient pas à les identifier, il essayait de leur montrer des photos de lieux et de personnes plus reconnaissables, notamment Jennifer Aniston, star de la série télévisée à succès Friends .

À sa grande joie, il a découvert un neurone qui réagissait à l'actrice. Cela a soulevé une nouvelle question : " Réagit-il à cette photo de Jennifer Aniston ou au concept de " Jennifer Aniston " ? , se souvient-il. Dans une expérience de suivi, il a montré aux patients sept photos différentes d'Aniston et a découvert que le même neurone s'activait pour toutes les photos, mais pas pour les images d'autres acteurs ou objets. Il a ensuite commencé à identifier des neurones pour d'autres lieux et personnages célèbres. Il en a trouvé un qui ne réagissait qu'à Halle Berry, et un autre qui ne s'activait que pour la tour penchée de Pise.

Quiroga a écrit le nom " Oprah Winfrey ". Les mêmes neurones qui s'étaient activés pour sa photo s'étaient également activés pour son nom. Cela signifiait que les neurones ne réagissaient pas aux caractéristiques de l'image, comme la luminosité ou la couleur : ils étaient indépendants du contexte. Ils réagissaient à Oprah en tant que concept.

(image : Les cellules conceptuelles peuvent s'activer pour un concept (ici, Jennifer Aniston) dans une variété de présentations. De gauche à droite : une image ; du texte ; une image avec des concepts associés ; un discours.)

Il savait que son observation d'un neurone activé ne signifiait pas qu'il n'y avait qu'un seul neurone pour chaque concept. Si c'était vrai, "la chance de le trouver serait proche de zéro", at-il déclaré. " J'avais l'habitude de plaisanter en disant que, si c'était le cas, je devrais arrêter la science et commencer à jouer parce que je serais la personne la plus chanceuse du monde. " Il pensait que le cerveau devait avoir de nombreux neurones pour chaque concept, mais il ne savait pas combien.

En 2005, l'équipe a publié ses résultats dans Nature, et ces cellules sont devenues familialement connues sous le nom de " cellules de Jennifer Aniston ". Au début, en raison des connotations négatives de longue date autour des cellules de grand-mère, " il était très difficile de faire accepter aux gens la possibilité de telles cellules ", a déclaré Koch. Dans un article connexe , le neuroscientifique Charles Connor a écrit : " Personne ne veut être accusée de croire aux cellules de grand-mère. Mais… "

S'agissait-il de cellules de grand-mère ? "Je suis très contre cette idée", a déclaré Quiroga. Bien sûr, ces cellules étaient très sélectives, ne s'activant que pour Aniston ou parfois aussi pour des personnes proches qui pourraient l'évoquer, comme d'autres membres de la distribution de Friends . Cependant, le concept parodique de cellule de grand-mère supposait un rapport concept/cellule de un pour un, ce qui n'était pas le cas de ces cellules.

Un an après la publication de leurs données, l'équipe a fait quelques calculs. En se basant sur une estimation des psychologues selon laquelle le cerveau peut distinguer environ 20 000 concepts sémantiques, ils ont calculé que des millions de cellules coderaient pour chaque concept, et que chaque cellule de concept pourrait coder pour des dizaines de concepts différents, bien que souvent liés.

Par exemple, les cellules qui s'activent pour Harry Potter pourraient également s'activer pour ses camarades de l'école de magie Ron Weasley ou Hermione Granger. Peut-être même s'activeraient-elles pour Gandalf, le sorcier du Seigneur des anneaux . " Même métier, histoire différente ", a déclaré Mormann. " Parfois, vous avez une syntonisation étroite pour une seule personne et personne d'autre, et parfois vous avez une syntonisation plus large, peut-être pour une catégorie comme les " sorciers ". La même cellule conceptuelle pourrait également s'activer pour " baguette " ou " vieillards en robe avec barbe ", at-il ajouté.

Les cellules conceptuelles peuvent coder n'importe quoi, mais elles ne sont pas utilisées pour la reconnaissance d'objets. d'environ 300 millisecondes. " On ne sait pas pourquoi cela prend autant de temps ", explique Ueli Rutishauser , neuroscientifique au Centre médical Cedars-Sinai de Los Angeles. Ces cellules semblent plutôt s'engager dans un processus plus interne, formant une représentation abstraite informée par des expériences passées et la mémoire de Chacun à un ensemble différent de concepts et de cellules qui les codent . Au lieu de cela, les cellules conceptuelles se développent pour les personnes ou les objets qui nous tiennent à cœur ou avec lesquels nous avons une certaine histoire. " La représentation dépend de l'expérience passée de cet organisme et des choses qui ont été associées auparavant ", a déclaré Buffalo. Par exemple, votre cerveau pourrait former une association entre votre rendez-vous et le bar où vous l'avez rencontré, de sorte que vos cellules conceptuelles pour l'homme pourraient également s'activer pour le bar. Cependant, cela n'est vrai que si le bar est étroitement lié à la personne, a déclaré Mormann : si c'est un endroit où vous allez tout le temps, il est peu probable que le même neurone s'active pour les deux. Pendant des années après la publication de ses travaux, Quiroga, qui n'aimait pas être surnommé " le neurone de Jennifer Aniston ", a essayé de faire adhérer au terme " cellules conceptuelles ". Il n'a pas réussi à s'imposer jusqu'en 2012, lorsqu'il a publié un article dans Nature Intitulé " Cellules conceptuelles : les éléments constitutifs des fonctions de mémoire déclarative ".

L'article présente son hypothèse selon laquelle le cerveau utilise des cellules conceptuelles pour convertir les informations du monde en mémoire. Ce processus requiert de l'abstraction : extraire des informations pertinentes de l'expérience, les supprimer des détails inutiles et les stocker. Il a proposé que les cellules conceptuelles, en tant que représentations abstraites d'idées telles que des personnes ou des objets spécifiques, puissent se lier entre elles pour anciennes de nouvelles associations (comme des mots dans une phrase) et servir de blocs de construction pour les souvenirs (comme une histoire composée de phrases).

"C'est le squelette de la façon dont nous stockons les souvenirs", a déclaré Quiroga.

Construire une mémoire

Pour de nombreux scientifiques, l'idée selon laquelle les cellules conceptuelles s'associent et s'entremêlent pour former des souvenirs de manière intuitive est logique. Les souvenirs étant si importants pour notre survie, c'est " la meilleure explication de la raison pour laquelle notre cerveau peut se permettre le luxe d'avoir une spécialisation aussi poussée dans des concepts sémantiques indépendants ", a déclaré Sina Mackay, une étudiante diplômée de l'Université de Bonn qui travaille avec Mormann.

En effet, dans une étude récente publiée dans Nature Communications , leur équipe a découvert les indices expérimentaux les plus solides à ce jour selon lesquels les cellules conceptuelles peuvent relier des objets spécifiques à des emplacements. Dans notre mémoire à long terme. Depuis des décennies, les chercheurs étudient les cellules qui stockent les informations de localisation dans notre cerveau. L'étude a révélé que les schémas d'activation des cellules conceptuelles et des cellules de localisation étaient corrélés avec la capacité des patients à se souvenir de l'emplacement d'un objet. Les cellules conceptuelles sont le " quoi " de nos souvenirs, tandis que les cellules de localisation sont le " où ", ont écrit les auteurs.

Les cellules conceptuelles sont également liées à la mémoire de travail, qui est activée temporairement lorsque vous effectuez vos cours ou que vous vous souvenez d'un numéro de téléphone. Ce type de mémoire est " de faible capacité et très exigeant ", explique Rutishauser. " Si vous êtes légèrement distrait, elle disparaît. " En 2017, son équipe a découvert que les cellules conceptuelles restent actives pendant plusieurs secondes lorsque vous essayez de retenir des éléments dans la mémoire de travail. Et dans une étude publiée dans Neuron fin 2024, son équipe a découvert que les souvenirs de travail sont plus susceptibles de migrer vers la mémoire à long terme lorsque les cellules conceptuelles des patients sont actives.

La mémoire de travail s'active également lorsque vous imaginez un scénario ou racontez une histoire. " Shrek et Jennifer Aniston entrent dans un bar. … Peut-être que Shrek commande une bière ", suggère Pieter Roelfsema , qui étudie la vision, la perception et la mémoire à l'Institut néerlandais des neurosciences. En lisant cette phrase, les concepts d'Aniston, de Shrek et d'un bar se joignent, un par un. Il est probable que les cellules conceptuelles jouent un rôle dans cette imagination. " Vous construisez quelque chose dans votre mémoire de travail qui devient progressivement plus riche et peut-être plus réaliste ", at-il déclaré, " et ensuite l'histoire se dévoile. "

Le groupe de Roelfsema a récemment découvert que les cellules conceptuelles réagissent aux pronoms . Dans l'étude, le pronom " il ", qui remplace " Shrek ", a activé les mêmes cellules conceptuelles que " Shrek ". " Le [pronom] conserve alors l'attention sur le concept " Shrek ", qui sera le sujet de la phrase suivante ", a déclaré Roelfsema. " Je pense que c'est tout simplement magnifique de pouvoir mesurer cela. "

Cellules de l'armée suisse

Les chercheurs débattent de la manière dont les neurones conceptuels s'intègrent aux autres modèles de représentation du monde extérieur par le cerveau. " C'est une découverte fantastique ", a déclaré György Buzsák, un neuroscientifique de l'Université de New York qui étudie l'hippocampe depuis des décennies. Cependant, la représentation des concepts se produit à différentes échelles dans le cerveau – au niveau d'un seul neurone et également au niveau des populations cellulaires, at-il déclaré. " Qu'est-ce qui est le plus important ? ", a-t-il demandé.

L'un des obstacles à la recherche d'une réponse est que les cellules conceptuelles sont difficiles à localiser. Actuellement, elles ne peuvent être étudiées qu'en milieu clinique, où les patients subissent une intervention chirurgicale pour se faire implanter des électrodes pour des raisons médicales. Cela limite les personnes qui peuvent étudier ces cellules et les modalités de leur étude.

De plus, il n'est pas facile de les définir, a déclaré Cory Miller, neuroscientifique à l'Université de Californie à San Diego. Une partie du problème réside dans la définition vague du " concept " lui-même : personne ne peut dire si nous avons des cellules conceptuelles pour des expériences telles que les émotions, par exemple.

Une possibilité intéressante est que les différentes cellules de l'hippocampe puissent être réorganisées pour accomplir différentes tâches dans différents contextes. "Lorsque vous commencez à examiner l'histoire et la situation globale, vous commencez à vous gratter la tête", a déclaré Buzsáki. " Il y a des cellules temporelles, des cellules spatiales, des cellules de frontière, des cellules de vecteur de frontière, des cellules de concept. … Puis, à un moment donné, vous vous dites : " Oh, ce n'est pas possible, il y a un nombre limité de neurones dans l'hippocampe. "

Il est possible que ces neurones puissent jouer des rôles différents et adopter différentes identités en fonction de la tâche à accomplir, a déclaré Buffalo. Lorsqu'il s'agit d'une cellule conceptuelle pour Jennifer Aniston, c'est ce qu'elle est. Lorsqu'il s'agit d'une cellule de lieu pour vous aider à vous diriger vers le martini au bar, il s'agit d'une cellule de lieu " Cette cellule est comme un couteau suisse ", a suggéré Miller.

Les quelques groupes ayant accès aux patients et à la technologie permettant d'enregistrer l'activité de neurones individuels poursuivent avec enthousiasme leurs expériences. Mormann veut comprendre à quel point les cellules conceptuelles peuvent être abstraites : dans ses données préliminaires, il a trouvé des cellules conceptuelles qui réagissent à des concepts larges et amorphes, comme le gouvernement et les impôts, mais davantage à des concepts concrets, comme Jennifer Aniston, quant à lui, j'espère prouver que les cellules conceptuelles sont spécifiques aux humains – une idée très débattue qui pourrait avoir de. implications profondes. Si aucun autre animal ne peut représenter des concepts dans le cerveau, at-il déclaré, " je dirais que c'est la base de notre intelligence ".

Maintenant que vous avez lu cet article, il est possible que vous ayez formé des cellules conceptuelles qui codent pour des cellules conceptuelles – un concept que nous sommes en quelque sorte capable de comprendre dans notre cerveau.

Une nouvelle idée pour assembler la vie (Avec l'aimable autorisation de Lee Cronin)

Si nous voulons comprendre des constructions complexes, telles que nous-mêmes, la théorie de l'assemblage affirme que nous devons tenir compte de toute l'histoire de la création de ces entités, du pourquoi et comment elles sont ce qu'elles sont.

La théorie de l'assemblage explique pourquoi, étant donné les possibilités combinatoires apparemment infinies, nous n'observons qu'un certain sous-ensemble d'objets dans notre univers.

La vie sur d'autres mondes - si elle existe - pourrait être si étrangère qu'elle en serait méconnaissable. Il n'est pas certain que la biologie extraterrestre utilise la même chimie que celle de la Terre, avec des éléments constitutifs familiers tels que l'ADN et les protéines. Avec cette approche les scientifiques pourraient même repérer les signatures de ces formes de vie sans savoir qu'elles sont le fruit de la biologie.

Ce problème est loin d'être hypothétique. En avril, la sonde Juice de l'Agence spatiale européenne a décollé de la Guyane française en direction de Jupiter et de ses lunes. L'une de ces lunes, Europe, abrite un océan profond et saumâtre sous sa croûte gelée et figure parmi les endroits les plus prometteurs du système solaire pour la recherche d'une vie extraterrestre. L'année prochaine, le vaisseau spatial Europa Clipper de la NASA sera lancé, lui aussi en direction d'Europe. Les deux engins spatiaux sont équipés d'instruments embarqués qui rechercheront les empreintes de molécules organiques complexes, signe possible de vie sous la glace. En 2027, la NASA prévoit de lancer un hélicoptère ressemblant à un drone, appelé Dragonfly, pour survoler la surface de Titan, une lune de Saturne, un monde brumeux, riche en carbone, avec des lacs d'hydrocarbures liquides qui pourraient être propices à la vie, mais pas telle que nous la connaissons.

Ces missions et d'autres encore se heurteront au même obstacle que celui auquel se heurtent les scientifiques depuis qu'ils ont tenté pour la première fois de rechercher des signes de biologie martienne avec les atterrisseurs Viking dans les années 1970 : Il n'y a pas de signature définitive de la vie.

C'est peut-être sur le point de changer. En 2021, une équipe dirigée par Lee Cronin, de l'université de Glasgow, en Écosse, et Sara Walker, de l'université d'État de l'Arizona, a proposé une méthode très générale pour identifier les molécules produites par les systèmes vivants, même ceux qui utilisent des chimies inconnues. Leur méthode suppose simplement que les formes de vie extraterrestres produisent des molécules dont la complexité chimique est similaire à celle de la vie sur Terre.

Appelée théorie de l'assemblage, l'idée qui sous-tend la stratégie des deux chercheurs a des objectifs encore plus ambitieux. Comme l'indique une récente série de publications, elle tente d'expliquer pourquoi des choses apparemment improbables, telles que vous et moi, existent. Et elle cherche cette explication non pas, à la manière habituelle de la physique, dans des lois physiques intemporelles, mais dans un processus qui imprègne les objets d'histoires et de souvenirs de ce qui les a précédés. Elle cherche même à répondre à une question qui laisse les scientifiques et les philosophes perplexes depuis des millénaires : qu'est-ce que la vie, de toute façon ?

Il n'est pas surprenant qu'un projet aussi ambitieux ait suscité le scepticisme. Ses partisans n'ont pas encore précisé comment il pourrait être testé en laboratoire. Et certains scientifiques se demandent si la théorie de l'assemblage peut même tenir ses promesses les plus modestes, à savoir distinguer la vie de la non-vie et envisager la complexité d'une nouvelle manière.

La théorie de l'assemblage a évolué, en partie, pour répondre au soupçon de Lee Cronin selon lequel "les molécules complexes ne peuvent pas simplement émerger, parce que l'espace combinatoire est trop vaste".

Mais d'autres estiment que la théorie de l'assemblage n'en est qu'à ses débuts et qu'il existe une réelle possibilité qu'elle apporte une nouvelle perspective à la question de la naissance et de l'évolution de la complexité. "Il est amusant de s'engager dans cette voie", a déclaré le théoricien de l'évolution David Krakauer, président de l'Institut Santa Fe. Selon lui, la théorie de l'assemblage permet de découvrir l'histoire contingente des objets, une question ignorée par la plupart des théories de la complexité, qui ont tendance à se concentrer sur la façon dont les choses sont, mais pas sur la façon dont elles sont devenues telles. Paul Davies, physicien à l'université de l'Arizona, est d'accord avec cette idée, qu'il qualifie de "nouvelle, susceptible de transformer notre façon de penser la complexité".

Sur l'ordre des choses

La théorie de l'assemblage est née lorsque M. Cronin s'est demandé pourquoi, compte tenu du nombre astronomique de façons de combiner différents atomes, la nature fabrique certaines molécules et pas d'autres. C'est une chose de dire qu'un objet est possible selon les lois de la physique, c'en est une autre de dire qu'il existe une voie réelle pour le fabriquer à partir de ses composants. "La théorie de l'assemblage a été élaborée pour traduire mon intuition selon laquelle les molécules complexes ne peuvent pas simplement émerger parce que l'espace combinatoire est trop vaste", a déclaré M. Cronin.

Walker, quant à lui, s'est penché sur la question de l'origine de la vie - une question étroitement liée à la fabrication de molécules complexes, car celles des organismes vivants sont bien trop complexes pour avoir été assemblées par hasard. Walker s'est dit que quelque chose avait dû guider ce processus avant même que la sélection darwinienne ne prenne le dessus.

Cronin et Walker ont uni leurs forces après avoir participé à un atelier d'astrobiologie de la NASA en 2012. "Sara et moi discutions de la théorie de l'information, de la vie et des voies minimales pour construire des machines autoreproductibles", se souvient M. Cronin. "Et il m'est apparu très clairement que nous convergions tous les deux sur le fait qu'il manquait une 'force motrice' avant la biologie."

Aujourd'hui, la théorie de l'assemblage fournit une explication cohérente et mathématiquement précise de l'apparente contingence historique de la fabrication des objets - pourquoi, par exemple, ne peut-on pas développer de fusées avant d'avoir d'abord la vie multicellulaire, puis l'homme, puis la civilisation et la science. Il existe un ordre particulier dans lequel les objets peuvent apparaître.

"Nous vivons dans un univers structuré de manière récursive*", a déclaré M. Walker. "La plupart des structures doivent être construites à partir de la mémoire du passé. L'information se construit au fil du temps.

Cela peut sembler intuitivement évident, mais il est plus difficile de répondre à certaines questions sur l'ordre des choses. Les dinosaures ont-ils dû précéder les oiseaux ? Mozart devait-il précéder John Coltrane ? Peut-on dire quelles molécules ont nécessairement précédé l'ADN et les protéines ?

Quantifier la complexité

La théorie de l'assemblage repose sur l'hypothèse apparemment incontestable que les objets complexes résultent de la combinaison de nombreux objets plus simples. Selon cette théorie, il est possible de mesurer objectivement la complexité d'un objet en examinant la manière dont il a été fabriqué. Pour ce faire, on calcule le nombre minimum d'étapes nécessaires pour fabriquer l'objet à partir de ses ingrédients, que l'on quantifie en tant qu'indice d'assemblage (IA).

En outre, pour qu'un objet complexe soit intéressant d'un point de vue scientifique, il faut qu'il y en ait beaucoup. Des objets très complexes peuvent résulter de processus d'assemblage aléatoires - par exemple, on peut fabriquer des molécules de type protéine en reliant n'importe quels acides aminés en chaînes. En général, cependant, ces molécules aléatoires ne feront rien d'intéressant, comme se comporter comme une enzyme. En outre, les chances d'obtenir deux molécules identiques de cette manière sont extrêmement faibles.

En revanche, les enzymes fonctionnelles sont fabriquées de manière fiable à maintes reprises en biologie, car elles sont assemblées non pas au hasard, mais à partir d'instructions génétiques transmises de génération en génération. Ainsi, si le fait de trouver une seule molécule très complexe ne vous dit rien sur la manière dont elle a été fabriquée, il est improbable de trouver plusieurs molécules complexes identiques, à moins qu'un processus orchestré - peut-être la vie - ne soit à l'œuvre.

Cronin et Walker ont calculé que si une molécule est suffisamment abondante pour être détectable, son indice d'assemblage peut indiquer si elle a été produite par un processus organisé et réaliste. L'intérêt de cette approche est qu'elle ne suppose rien sur la chimie détaillée de la molécule elle-même, ni sur celle de l'entité vivante qui l'a produite. Elle est chimiquement agnostique. C'est ce qui la rend particulièrement précieuse lorsque nous recherchons des formes de vie qui pourraient ne pas être conformes à la biochimie terrestre, a déclaré Jonathan Lunine, planétologue à l'université Cornell et chercheur principal d'une mission proposée pour rechercher la vie sur la lune glacée de Saturne, Encelade.

"Il est bien qu'au moins une technique relativement agnostique soit embarquée à bord des missions de détection de la vie", a déclaré Jonathan Lunine.

Il ajoute qu'il est possible d'effectuer les mesures requises par la théorie de l'assemblage avec des techniques déjà utilisées pour étudier la chimie des surfaces planétaires. "La mise en œuvre de mesures permettant l'utilisation de la théorie de l'assemblage pour l'interprétation des données est éminemment réalisable", a-t-il déclaré.

La mesure du travail d'une vie

Ce qu'il faut, c'est une méthode expérimentale rapide et facile pour déterminer l'IA (indice d'assemblage) de certaines molécules. À l'aide d'une base de données de structures chimiques, Cronin, Walker et leurs collègues ont conçu un moyen de calculer le nombre minimum d'étapes nécessaires à la fabrication de différentes structures moléculaires. Leurs résultats ont montré que, pour les molécules relativement petites, l'indice d'assemblage est à peu près proportionnel au poids moléculaire. Mais pour les molécules plus grandes (tout ce qui est plus grand que les petits peptides, par exemple), cette relation est rompue.

Dans ces cas, les chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient estimer l'IA à l'aide de la spectrométrie de masse, une technique déjà utilisée par le rover Curiosity de la NASA pour identifier les composés chimiques à la surface de Mars, et par la sonde Cassini de la NASA pour étudier les molécules qui jaillissent d'Encelade.

La spectrométrie de masse décompose généralement les grosses molécules en fragments. Cronin, Walker et leurs collègues ont constaté qu'au cours de ce processus, les grosses molécules à IA élevé se fracturent en mélanges de fragments plus complexes que celles à IA faible (comme les polymères simples et répétitifs). Les chercheurs ont ainsi pu déterminer de manière fiable l'IA (indice d'assemblage) en fonction de la complexité du spectre de masse de la molécule.

Lorsque les chercheurs ont ensuite testé la technique, ils ont constaté que les mélanges complexes de molécules produites par des systèmes vivants - une culture de bactéries E. coli, des produits naturels comme le taxol (un métabolite de l'if du Pacifique aux propriétés anticancéreuses), de la bière et des cellules de levure - présentaient généralement des IA moyens nettement plus élevés que les minéraux ou les simples substances organiques.

L'analyse est susceptible de donner lieu à des faux négatifs : certains produits issus de systèmes vivants, tels que le scotch Ardbeg single malt, ont des IA qui suggèrent une origine non vivante. Mais ce qui est peut-être plus important encore, c'est que l'expérience n'a produit aucun faux positif : Les systèmes abiotiques ne peuvent pas obtenir des IA suffisamment élevés pour imiter la biologie. Les chercheurs ont donc conclu que si un échantillon doté d'un IA moléculaire élevé est mesuré sur un autre monde, il est probable qu'il ait été fabriqué par une entité que l'on pourrait qualifier de vivante.

(Photo-schéma : Une échelle de la vie)

Les chercheurs ont établi/estimé l'indice d'assemblage (IA) de substance variées par des mesures répétés de leurs structures moléculaires, Seules celles assemblées biologiquement ont un AI au-dessus d'un certain palier.

Non biologique (vert)

Indice bas moyen haut

charbon 10... 12

quarz 11... 12

granit 10 .. 12.. 15

Biologique (jaune)

levure 10 24

urine 9 ... 27

eau de mer 9 ....28

e-Coli 15 31

bière 10 .. 34

(Merrill Sherman/Quanta Magazine ; source : https://doi.org/10.1038/s41467-021-23258-x)

La spectrométrie de masse ne fonctionnerait que dans le cadre de recherches astrobiologiques ayant accès à des échantillons physiques, c'est-à-dire des missions d'atterrissage ou des orbiteurs comme Europa Clipper, qui peuvent ramasser et analyser des molécules éjectées de la surface d'un monde. Mais Cronin et ses collègues viennent de montrer qu'ils peuvent mesurer l'IA moléculaire en utilisant deux autres techniques qui donnent des résultats cohérents. L'une d'entre elles, la spectroscopie infrarouge, pourrait être utilisée par des instruments tels que ceux du télescope spatial James Webb, qui étudient à distance la composition chimique de mondes lointains.

Cela ne veut pas dire que ces méthodes de détection moléculaire offrent un instrument de mesure précis permettant de passer de la pierre au reptile. Hector Zenil, informaticien et biotechnologue à l'université de Cambridge, a souligné que la substance présentant l'IA le plus élevé de tous les échantillons testés par le groupe de Glasgow - une substance qui, selon cette mesure, pourrait être considérée comme la plus "biologique" - n'était pas une bactérie.

C'était de la bière.

Se débarrasser des chaînes du déterminisme

La théorie de l'assemblage prédit que des objets comme nous ne peuvent pas naître isolément - que certains objets complexes ne peuvent émerger qu'en conjonction avec d'autres. C'est intuitivement logique : l'univers n'a jamais pu produire un seul être humain. Pour qu'il y ait des êtres humains, il faut qu'il y en ait beaucoup.

La physique traditionnelle n'a qu'une utilité limitée lorsqu'il s'agit de prendre en compte des entités spécifiques et réelles telles que les êtres humains en général (et vous et moi en particulier). Elle fournit les lois de la nature et suppose que des résultats spécifiques sont le fruit de conditions initiales spécifiques. Selon ce point de vue, nous devrions avoir été codés d'une manière ou d'une autre dans les premiers instants de l'univers. Mais il faut certainement des conditions initiales extrêmement bien réglées pour que l'Homo sapiens (et a fortiori vous) soit inévitable.

La théorie de l'assemblage, selon ses défenseurs, échappe à ce type d'image surdéterminée. Ici, les conditions initiales n'ont pas beaucoup d'importance. Les informations nécessaires à la fabrication d'objets spécifiques tels que nous n'étaient pas présentes au départ, mais se sont accumulées au cours du processus d'évolution cosmique, ce qui nous dispense de faire porter toute la responsabilité à un Big Bang incroyablement bien réglé. L'information "est dans le chemin", a déclaré M. Walker, "pas dans les conditions initiales".

Cronin et Walker ne sont pas les seuls scientifiques à tenter d'expliquer que les clés de la réalité observée pourraient bien ne pas résider dans des lois universelles, mais dans la manière dont certains objets sont assemblés et se transforment en d'autres. La physicienne théorique Chiara Marletto, de l'université d'Oxford, développe une idée similaire avec le physicien David Deutsch. Leur approche, qu'ils appellent la théorie des constructeurs et que Marletto considère comme "proche dans l'esprit" de la théorie de l'assemblage, examine quels types de transformations sont possibles et lesquels ne le sont pas.

"La théorie des constructeurs parle de l'univers des tâches capables d'effectuer certaines transformations", explique M. Cronin. "On peut considérer qu'elle limite ce qui peut se produire dans le cadre des lois de la physique. La théorie de l'assemblage, ajoute-t-il, ajoute le temps et l'histoire à cette équation.

Pour expliquer pourquoi certains objets sont fabriqués et d'autres non, la théorie de l'assemblage identifie une hiérarchie imbriquée de quatre "univers" distincts.

1 Dans l'univers de l'assemblage, toutes les permutations des éléments de base sont autorisées. 2 Dans l'univers de l'assemblage possible, les lois de la physique limitent ces combinaisons, de sorte que seuls certains objets sont réalisables. 3 L'univers de l'assemblage contingenté élague alors le vaste éventail d'objets physiquement autorisés en sélectionnant ceux qui peuvent effectivement être assemblés selon des chemins possibles. 4 Le quatrième univers est l'assemblage observé, qui comprend uniquement les processus d'assemblage qui ont généré les objets spécifiques que nous voyons actuellement.

(Photo - schéma montrant l'univers de l'assemblage dès son origine via un entonnoir inversé présentant ces 4 étapes, qui élargissent en descendant)

1 Univers assembleur

Espace non contraint contenant toutes les permutations possibles des blocs de base de l'univers

2 Assemblage possibles

Seuls les objets physiquement possibles existent, limités par les lois de la physique.

3 Assemblages contingents

Objets qui peuvent effectivement être assemblés en utilisant des chemins possibles

4 Assemblage dans le réel

Ce que nous pouvons observer

(Merrill Sherman/Quanta Magazine ; source : https://doi.org/10.48550/arXiv.2206.02279)

La théorie de l'assemblage explore la structure de tous ces univers, en utilisant des idées tirées de l'étude mathématique des graphes, ou réseaux de nœuds interconnectés. Il s'agit d'une "théorie de l'objet d'abord", a déclaré M. Walker, selon laquelle "les choses [dans la théorie] sont les objets qui sont effectivement fabriqués, et non leurs composants".

Pour comprendre comment les processus d'assemblage fonctionnent dans ces univers notionnels, prenons le problème de l'évolution darwinienne. Conventionnellement, l'évolution est quelque chose qui "s'est produit" une fois que des molécules répliquées sont apparues par hasard - un point de vue qui risque d'être une tautologie (affirmation/certitude), parce qu'il semble dire que l'évolution a commencé une fois que des molécules évolutives ont existé. Les partisans de la théorie de l'assemblage et de la théorie du constructeur recherchent au contraire "une compréhension quantitative de l'évolution ancrée dans la physique", a déclaré M. Marletto.

Selon la théorie de l'assemblage, pour que l'évolution darwinienne puisse avoir lieu, il faut que quelque chose sélectionne de multiples copies d'objets à forte intelligence artificielle dans l'assemblage possible. Selon M. Cronin, la chimie à elle seule pourrait en être capable, en réduisant des molécules relativement complexes à un petit sous-ensemble. Les réactions chimiques ordinaires "sélectionnent" déjà certains produits parmi toutes les permutations possibles parce que leur vitesse de réaction est plus rapide.

Les conditions spécifiques de l'environnement prébiotique, telles que la température ou les surfaces minérales catalytiques, pourraient donc avoir commencé à vidanger/filtrer le pool des précurseurs moléculaires de la vie parmi ceux de l'assemblage possible. Selon la théorie de l'assemblage, ces préférences prébiotiques seront "mémorisées" dans les molécules biologiques actuelles : Elles encodent leur propre histoire. Une fois que la sélection darwinienne a pris le dessus, elle a favorisé les objets les plus aptes à se répliquer. Ce faisant, ce codage de l'histoire s'est encore renforcé. C'est précisément la raison pour laquelle les scientifiques peuvent utiliser les structures moléculaires des protéines et de l'ADN pour faire des déductions sur les relations évolutives des organismes.

Ainsi, la théorie de l'assemblage "fournit un cadre permettant d'unifier les descriptions de la sélection en physique et en biologie", écrivent Cronin, Walker et leurs collègues. Plus un objet est "assemblé", plus il faut de sélections successives pour qu'il parvienne à l'existence.

"Nous essayons d'élaborer une théorie qui explique comment la vie naît de la chimie", a déclaré M. Cronin, "et de le faire d'une manière rigoureuse et vérifiable sur le plan empirique".

Une mesure pour tous les gouverner ?

Krakauer estime que la théorie de l'assemblage et la théorie du constructeur offrent toutes deux de nouvelles façons stimulantes de réfléchir à la manière dont les objets complexes prennent naissance. "Ces théories sont davantage des télescopes que des laboratoires de chimie", a-t-il déclaré. "Elles nous permettent de voir les choses, pas de les fabriquer. Ce n'est pas du tout une mauvaise chose et cela pourrait être très puissant".

Mais il prévient que "comme pour toute la science, la preuve sera dans le pudding".

Zenil, quant à lui, estime que, compte tenu de l'existence d'une liste déjà considérable de mesures de la complexité telles que la complexité de Kolmogorov, la théorie de l'assemblage ne fait que réinventer la roue. Marletto n'est pas d'accord. "Il existe plusieurs mesures de la complexité, chacune capturant une notion différente de cette dernière", a-t-elle déclaré. Mais la plupart de ces mesures ne sont pas liées à des processus réels. Par exemple, la complexité de Kolmogorov suppose une sorte d'appareil capable d'assembler tout ce que les lois de la physique permettent. Il s'agit d'une mesure appropriée à l'assemblage possible, a déclaré Mme Marletto, mais pas nécessairement à l'assemblage observé. En revanche, la théorie de l'assemblage est "une approche prometteuse parce qu'elle se concentre sur des propriétés physiques définies de manière opérationnelle", a-t-elle déclaré, "plutôt que sur des notions abstraites de complexité".

Selon M. Cronin, ce qui manque dans les mesures de complexité précédentes, c'est un sens de l'histoire de l'objet complexe - les mesures ne font pas la distinction entre une enzyme et un polypeptide aléatoire.

Cronin et Walker espèrent que la théorie de l'assemblage permettra à terme de répondre à des questions très vastes en physique, telles que la nature du temps et l'origine de la deuxième loi de la thermodynamique. Mais ces objectifs sont encore lointains. "Le programme de la théorie de l'assemblage n'en est qu'à ses débuts", a déclaré Mme Marletto. Elle espère voir la théorie mise à l'épreuve en laboratoire. Mais cela pourrait aussi se produire dans la nature, dans le cadre de la recherche de processus réalistes se déroulant sur des mondes extraterrestres.

Les maîtres microbiens du climat terrestre

Un recueil de courts articles issus du domaine de la microbiologie climatique expose les contributions des formes de vie unicellulaires à notre système climatique, et comment nous pouvons collaborer avec elles pour lutter contre le changement climatique.

La vie influence l'atmosphère terrestre depuis des milliards d'années. Mais jusqu'à il y a deux siècles, lorsque l'humanité a commencé à brûler des combustibles fossiles à l'échelle industrielle, les principaux régulateurs du climat étaient des organismes invisibles à nos yeux : les microbes unicellulaires. Petits mais puissants, les micro-organismes sont les chimistes de la nature. À la base même de tous les processus biologiques, ils décomposent, transforment et fournissent les nutriments nécessaires à la vie et intègrent les éléments dans les cycles biochimiques à travers la planète : atmosphère, océan, terre et biosphère.

" La biodiversité microbienne que nous ne voyons pas à l'œil nu soutient la biodiversité que nous voyons " , a déclaré Tom Battin " Les microbes sont comme les chefs d’orchestre de l’orchestre biogéochimique de la Terre. Ils en sont la musique " , explique une scientifique environnementale qui étudie l’écologie microbienne à l’École polytechnique fédérale de Lausanne.

Les microbes transforment l'azote et le phosphore, par exemple, en formes utilisables par la vie pour construire les molécules d'ADN. Ils sont responsables d'au moins 50 % de la photosynthèse mondiale, qui absorbe le dioxyde de carbone de l'atmosphère. Ils restituent également du dioxyde de carbone à l'atmosphère en décomposant les organismes morts en leurs molécules constitutives. En dérivant vers les profondeurs marines, les microbes emportent avec eux du carbone, qu'ils stockent sous forme de sédiments, puis, plus profondément dans la Terre, sous forme de roche. On trouve même ces cellules dans les nuages, où elles servent de germes autour desquels se forment les cristaux de glace.

" J’aimerais que les gens soient conscients de ce monde invisible qui travaille d’arrache-pied en coulisses " , a déclaré Lisa Y. Stein. " Les plantes, les microbes, l’eau, l’air — tout cela forme un seul système fonctionnant en synergie " , explique une microbiologiste spécialiste des changements climatiques à l’Université de l’Alberta.

L’influence des microbes sur la planète remonte aux origines de la vie, lorsque les premières cellules ont commencé à émettre du méthane, un gaz à effet de serre qui a probablement réchauffé l’atmosphère primitive de la Terre. Puis, il y a environ 2,7 milliards d’années, lors d’une transition majeure pour la planète, la photosynthèse à base de chlorophylle a évolué chez les cyanobactéries, qui ont acquis la capacité d’utiliser la lumière du soleil pour produire du sucre à partir de dioxyde de carbone et d’eau – et ont libéré de l’oxygène comme sous-produit. Pendant des centaines de millions d’années, les émissions d’oxygène des microbes ont saturé l’atmosphère. Ce phénomène a entraîné l'extinction de la plupart des formes de vie anaérobies, tout en créant les conditions propices à l'apparition des plantes terrestres. Ces dernières ont ensuite transformé un paysage en grande partie mort en un paradis pour des formes de vie complexes et de grande taille comme la nôtre.

Tout au long de l'histoire de la vie sur Terre, les microbes ont joué un rôle essentiel dans la régulation du climat de notre planète. Mais aujourd'hui, nous avons dépassé leur influence climatique. Face au réchauffement climatique et à l'augmentation alarmante des émissions de gaz à effet de serre, les microbiologistes affirment qu'il est temps de mieux reconnaître l'importance de ces invisibles alliés du microbiote. Et en tant que régulateurs du climat terrestre, nous devons comprendre comment nos actions affectent les microbes et apprendre à collaborer avec eux.

Ces courts récits sur des scientifiques travaillant à la pointe de la microbiologie climatique révèlent le rôle vital que jouent les microbes dans notre biosphère et notre système climatique, et mettent en lumière de nouvelles possibilités de collaboration avec ces incroyables chimistes naturels.

Les mangeurs de méthane

Il y a très longtemps, à l'aube de la vie sur Terre, les premiers microbes ont initié la relation entre la vie et l'atmosphère qui la contient. Les cellules archéennes primitives utilisaient la réaction entre l'hydrogène et le carbone pour produire de l'énergie et libéraient du méthane comme sous-produit. Le méthane étant un puissant gaz à effet de serre, de nombreux scientifiques soupçonnent que ces premiers méthanogènes, ou producteurs de méthane, ont réchauffé la planète il y a environ 3,5 milliards d'années, la rendant ainsi habitable pour les formes de vie qui allaient apparaître par la suite.

Aujourd'hui, le méthane est devenu un problème pour la vie sur Terre. Les scientifiques estiment que ce principal composant moléculaire du gaz naturel, que les humains brûlent comme combustible, est responsable de près d'un tiers du réchauffement climatique. Ce phénomène se produit depuis le début de la révolution industrielle. Et les émissions de méthane s'accélèrent : de 2020 à 2022, elles ont augmenté au rythme le plus rapide jamais enregistré. Il est intéressant de noter que cette récente hausse… Ce phénomène n'était pas dû aux émissions humaines directes, mais à la réaction des microbes méthanogènes aux changements induits par l'homme.

" Les méthanogènes se réveillent " , a déclaré Stein. La hausse des températures favorise la prolifération de ces micro-organismes, qui se développent dans la végétation en décomposition, comme celle des zones humides tropicales et du pergélisol arctique en cours de dégel. Avec l'accélération du cycle du carbone, les méthanogènes disposent de davantage de carbone pour se nourrir et libèrent donc encore plus de méthane.

Cependant, les scientifiques de l'atmosphère et les microbiologistes entrevoient également un potentiel de réduction des niveaux de méthane et de diminution du réchauffement climatique chez les microbes. Le méthane est un puissant gaz à effet de serre, dont le pouvoir de réchauffement est au moins 80 fois supérieur à celui du dioxyde de carbone, mais sa durée de vie dans l'atmosphère est plus courte. Si nous parvenons à réduire les émissions de méthane dès aujourd'hui, affirment les experts, nous pourrions potentiellement éviter une hausse de température d'un demi-degré Celsius du réchauffement climatique prévu d'ici 2100.

Malheureusement pour nous, les microbes qui consomment du méthane, appelés méthanotrophes, se développent plus lentement que les méthanogènes. Stein estime qu'il faudrait un millénaire pour que la consommation de méthane par les méthanotrophes rattrape la production de méthane par les méthanogènes. " Ils ne se développent pas du jour au lendemain. Consommer du méthane est un processus complexe " , a-t-elle déclaré.

Pour ce faire, les méthanotrophes ont développé des enzymes capables de rompre les liaisons extrêmement fortes et stables entre les atomes de méthane. " Ces enzymes sont phénoménales " , a déclaré Jessica Swanson. Elle est biophysicienne à l'Université de l'Utah. Elle étudie l'une de ces enzymes, une protéine membranaire appelée pMMO — l'une des deux seules enzymes connues capables de métaboliser le méthane à température ambiante. De nombreux méthanotrophes sont fortement exprimés en pMMO, qui catalyse la première étape du métabolisme de ce gaz.

Swanson est spécialisée dans la modélisation de ces protéines membranaires, un travail qui permettra à d'autres chercheurs d'utiliser la pMMO pour décomposer le méthane hors des cellules. " En attendant, nous avons besoin de microbes pour consommer le méthane " , explique-t-elle. Elle collabore avec des microbiologistes à la conception de bioréacteurs permettant la culture efficace de méthanotrophes afin qu'ils puissent capter le méthane présent dans l'air ou provenant de sources comme les décharges.

L'un des défis réside dans la très faible concentration de méthane présente dans l'atmosphère : sur un million de molécules, seules deux sont du méthane. " Nous cherchons à maximiser la quantité de méthane qui atteint les microbes et à optimiser l'efficacité des réacteurs afin de cibler les émissions à faible concentration " , a déclaré Swanson.

Stein, quant à elle, s'attache à mobiliser les méthanotrophes sauvages. Elle travaille à la conception et au déploiement d'îles artificielles végétalisées, destinées à être immergées dans les lacs, les milieux marins ou les rivières afin d'attirer ces organismes. Plutôt que de modifier génétiquement les micro-organismes pour accélérer la consommation de méthane, Stein privilégie le travail avec les microbes et les écosystèmes naturels. " Il existe de nombreuses solutions naturelles pour prolonger la durée de vie de nos espèces " , a-t-elle déclaré.

(Photo : Molécules dans un nuage d'orage pluvieux )

Les faiseurs de pluie

Dans un observatoire situé au sommet du Puy de Dôme, un volcan inactif de 1 463 mètres d'altitude dans le centre de la France, le microbiologiste Pierre Amato prélève des échantillons de nuages. Le ciel, a-t-il déclaré, est loin d'être stérile. Chaque mètre cube d'air contient entre 10 et 10 millions de microbes, en fonction de l'altitude, du lieu, de la saison et de l'heure de la journée.

L'atmosphère est un milieu hostile pour les microbes. Toute cellule dérivant dans le ciel est bombardée de rayons UV et se dessèche. " Survivre dans un nuage est un véritable exploit " , explique Amato. Certains constituants de l'aéromicrobiome forment des spores défensives ou possèdent des pigments qui absorbent les UV ; d'autres y sont totalement exposés. Certains sont incapables de survivre dans ces conditions et meurent rapidement ; d'autres se développent lentement en altitude, consommant et produisant des molécules à base de carbone, qu'Amato analyse en laboratoire. " Ils doivent s'adapter et utiliser les ressources à leur disposition " , conclut-il.

Nombre de ces microbes ne se contentent pas de survivre. Ils semblent également jouer un rôle important dans la formation des nuages : ils sont à l’origine de la pluie. Sur terre, la bactérie modèle Pseudomonas syringae infecte et endommage les plantes en produisant des protéines de nucléation de la glace (PNI), qui provoquent la congélation de l’eau à des températures relativement élevées (juste en dessous de 0 °C). Lorsque la bactérie est libérée dans l’atmosphère, ces PNI génèrent des particules de glace – un processus appelé nucléation de la glace , première étape de la formation de la pluie dans les nuages ​​froids.

" Les nuages ​​sont en quelque sorte des lacs flottants qui ne tombent pas car les gouttelettes sont trop petites " , a expliqué Cindy Morris " Il faut déclencher un processus d'agrégation des gouttelettes pour qu'elles soient suffisamment grosses pour tomber " , explique une phytopathologiste de l'Institut national de la recherche agricole, alimentaire et environnementale (INRA).

Les INP semblent accélérer ce processus. Des études en laboratoire suggèrent que leur configuration hélicoïdale et bouclée interagit avec les molécules d'eau environnantes, les alignant en structures qui favorisent la formation de gouttelettes gelées appelées noyaux de glace. Lorsque les conditions sont réunies, d'autres gouttelettes froides adhèrent au noyau gelé. Et lorsque la goutte atteint une taille suffisante, elle tombe sous forme de précipitations.

Morris étudie la possibilité que ce processus résulte d'une interaction conjointe entre les microbes et les plantes. Des Pseudomonas et d'autres microbes sont libérés dans l'atmosphère par les plantes avec la vapeur d'eau. Selon cette théorie, les précipitations induites par ces microbes profitent aux plantes au sol, alimentant ainsi le cycle de bioprécipitation. Les microbes en bénéficient également. Les INP (particules intrinsèques de précipitation) sont structurellement complexes, et les microbes qui dépensent l'énergie nécessaire à leur production sont plus susceptibles de se retrouver sous forme de pluie. Les INP confèrent donc aux Pseudomonas un avantage de survie, explique Morris. Elles pourraient avoir contribué à la dissémination mondiale des souches de bactéries productrices d'INP. En effet, les Pseudomonas semblent ne pas avoir de biogéographie ; ce sont des bactéries cosmopolites, présentes partout. Seule l'Islande, isolée du courant-jet, abrite des populations uniques de ces bactéries, précise Morris.

Les Pseudomonas sont les micro-organismes nucléateurs de glace les mieux étudiés ; d’autres produisent également des nucléateurs de glace et semblent favoriser les précipitations. " Des interactions de ce type sont bénéfiques à la fois pour la végétation et pour les micro-organismes " , a déclaré Amato. Les micro-organismes se dispersent et les plantes reçoivent la pluie.

Bien que les impacts localisés semblent évidents, les chercheurs affirment que la bioprécipitation n'a pas été suffisamment étudiée pour en déterminer l'importance pour le climat planétaire. " Il nous faut un modèle " , explique Amato. Il collabore avec des physiciens pour simuler les déplacements des microbes dans l'atmosphère et établir un lien entre ces déplacements et le climat. Idéalement, dit-il, il pourrait utiliser des données météorologiques pour retracer l'origine d'un microbe trouvé dans un nuage au-dessus du Puy de Dôme. Grâce à ces données, il pourrait découvrir de nouveaux liens entre l'activité métabolique des microbes et les variations de la composition chimique de l'atmosphère.

Construire une bioéconomie

Pamela Silver, biologiste de synthèse de l'université Harvard, estime que les microbes joueront un rôle crucial dans la lutte contre le changement climatique. Quanta s'est entretenu avec elle au sujet de sa vision : concevoir des microbes capables de fabriquer des produits à base de carbone et de remplacer l'économie actuelle fondée sur les énergies fossiles.

(Q) - Pourquoi s'intéresser aux microbes dans le contexte du changement climatique ?

(PS) - Ils fixent le dioxyde de carbone. Ils peuvent consommer du méthane. Ils se reproduisent très rapidement. On peut les modifier génétiquement. Ils sont capables de presque tout ! La biologie est, par essence, la meilleure chimiste qui soit.

(Q) -Que peuvent produire des micro-organismes génétiquement modifiés à partir de dioxyde de carbone ?

(PS) - Nous avons démontré qu’il est possible de les modifier génétiquement pour qu’ils produisent des vitamines ; or, nombre d’entre elles sont issues du pétrole. Nous les avons modifiés génétiquement pour qu’ils produisent des précurseurs de bioplastiques véritablement biodégradables. Nous les avons modifiés génétiquement pour qu’ils produisent des précurseurs de biocarburants. Il s’agit d’un processus totalement neutre en carbone, voire à bilan carbone négatif.

(Q) - Quels types de microbes utilisez-vous ?

(PS) - Nous explorons le monde microbien et nous nous demandons : si nous cherchons à synthétiser une molécule, pouvons-nous partir d’un organisme naturel qui nous en rapproche ? Par exemple, Cupriavidus necator et de nombreuses autres bactéries produisent du PHB, un précurseur du plastique. Ce sera donc notre point de départ pour la synthèse des plastiques.

(Q) - Les produits issus de micro-organismes peuvent-ils concurrencer les produits pétroliers ?

(PS) - Si un produit est fabriqué à partir de pétrole, il est produit par une industrie déjà mature et moins coûteuse. Cela a freiné le développement de la biotechnologie depuis toujours. Mon argument est clair : si nous ne nous y mettons pas sérieusement dès maintenant, nous sommes fichus. Il est indispensable d'investir pour lancer la bioéconomie.

(Q) - Maîtrisez-vous la diversité des microbes et comment vous pourriez les utiliser ?

(PS) - Non, loin de là. Il y en a des milliards. Non !

Les guerres de l'azote

Les plantes ont toujours vécu en symbiose avec les microbes. Avant même que les plantes primitives ne développent des racines, il y a environ 400 millions d'années, les microbes les aidaient à absorber les nutriments, et ils leur apportent encore aujourd'hui un soutien précieux. L'azote en est un parfait exemple. Le diazote est omniprésent, constituant 78 % de l'atmosphère. Tous les êtres vivants ont besoin de cet élément pour synthétiser des biomolécules comme l'ADN, mais la plupart des espèces sont incapables d'utiliser la molécule de N₂ , la forme gazeuse de l'azote. Les microbes libèrent le diazote inerte et le transforment en formes réactives d'azote, telles que le nitrate et l'ammoniac, que les plantes et d'autres organismes peuvent assimiler.

Mais il existe aussi des relations plus antagonistes. Les micro-organismes nitrifiants, qui oxydent l'ammoniac avant que les plantes puissent l'absorber, sont depuis longtemps en compétition avec elles pour l'azote. En réalité, seulement 50 % environ de l'azote apporté par les engrais est absorbé par les cultures ; le reste ruisselle vers les cours d'eau sous forme de pollution nitrique ou est consommé par des micro-organismes, dont certains le transforment en protoxyde d'azote, un puissant gaz à effet de serre. Le protoxyde d'azote est responsable de plus de 10 % du réchauffement climatique à ce jour, et ses émissions ont augmenté entre 1980 et 2020 de 40%.

Pour garantir un apport suffisant en nutriments à leurs cultures, les agriculteurs utilisent toujours plus d'engrais. Or, les plantes ne peuvent absorber l'azote que jusqu'à un certain rythme. Les bactéries nitrifiantes comblent ce manque, métabolisant plus rapidement tout excès d'engrais et libérant ainsi des polluants azotés.

" L’ajout d’engrais ne résout pas les carences en azote des plantes " , a déclaré Christina Hazard. " Nous avons besoin de stratégies pour aider les plantes à absorber l’azote plus efficacement " , explique une microbiologiste environnementale du CNRS.

Une approche en cours de développement consiste à enrichir le sol avec des molécules naturellement produites par les plantes, qui inhibent les micro-organismes nitrifiants. Cependant, ces molécules naturelles se dissipent rapidement, et des versions synthétiques plus durables de ces composés peuvent avoir un effet néfaste. " Le composé lui-même peut impacter la biodiversité des micro-organismes du sol " , dont beaucoup sont essentiels à la santé des plantes, a expliqué Hazard.

Son approche, quant à elle, s'intéresse au microbiome lui-même. Son équipe a identifié des types de virus qui infectent les microbes nitrifiants et ralentissent leur activité. Point crucial, ces virus sont spécifiques à leurs hôtes, et ceux qui ciblent les bactéries nitrifiantes ne devraient pas nuire aux autres micro-organismes du sol. L'équipe de Hazard teste actuellement ces virus en laboratoire et les testera prochainement sur le terrain. D'autres biothérapies à base de virus sont déjà commercialisées, notamment une pour traiter une maladie des agrumes.

Ce type de traitement ralentirait l'activité microbienne, donnerait aux plantes plus de temps pour absorber l'azote et réduirait la production microbienne d'oxyde nitreux. " Les engrais accélèrent le cycle de l'azote " , a déclaré Hazard. En privilégiant la gestion du microbiome du sol, il serait possible d'améliorer les rendements agricoles tout en réduisant les émissions de gaz à effet de serre.

La glace vivante

La beauté irréelle des glaciers et le spectacle saisissant du vêlage des calottes glaciaires sont devenus des images emblématiques du changement climatique. Mais la glace est bien plus que de l'eau gelée.

" La glace est vivante " , a déclaré Battin. Des microbes comme des bactéries, des algues et des virus vivent sur, dans et sous les glaciers. Lorsqu'un glacier fond, ce n'est pas seulement la perte d'une masse d'eau gelée — un effet géophysique du changement climatique — mais aussi la disparition d'un écosystème.

La glace abrite des communautés biologiques qu'on ne trouve nulle part ailleurs sur Terre. Alexandre Anesio, microbiologiste spécialiste de l'Arctique à l'université d'Aarhus au Danemark, affirme que la glace est un biome au même titre que la forêt ou le désert. " Sur la glace, on trouve des plantes microscopiques [des algues] et toute une chaîne alimentaire ; elles sont simplement moins visibles " , explique Anesio, qui étudie la calotte glaciaire du Groenland, la deuxième plus grande au monde.

En été, la surface de la glace fond, remplissant d'eau de minuscules pores. Sous le soleil intense de l'été, les algues prolifèrent. Des bactéries se développent sur ces algues, des virus les infectent et des champignons décomposent la matière organique morte. Ces écosystèmes microbiens peuvent abriter des organismes plus grands, tels que les tardigrades et les larves d'insectes

(Photo : l’algue Chlamydomonas nivalis, qui affectionne la glace, possède un pigment caroténoïde rouge qui colore la neige en rose ou en rouge – un phénomène connu sous le nom de " neige pastèque " ou " neige sanglante ".)

Les microbes de glace sont parfaitement adaptés à leur environnement extrême. Leurs enzymes doivent fonctionner à des températures bien plus basses que celles des autres organismes. Ils sont également exposés à un rayonnement solaire intense : au Groenland, en plein été, le soleil brille presque 24 heures sur 24. Pour protéger leur chlorophylle des radiations solaires incessantes, les algues de glace produisent des pigments orange et rouges, ce qui donne à certaines calottes glaciaires une teinte brun-violacé. " Certains de ces organismes se trouvent ailleurs ; d’autres, on ne les trouve que dans les glaciers " , a déclaré Anesio.

Lorsqu'un glacier fond, sa biodiversité microbienne cryophile disparaît. Même si le réchauffement climatique est limité à 1,5 degré Celsius, un objectif qui semble de plus en plus hors d'atteinte, les modèles prévoient que la moitié des glaciers terrestres auront fondu d'ici 2100. Nombre d'entre eux ont déjà disparu, notamment tous les glaciers du Venezuela et de Slovénie, emportant avec eux leurs micro-organismes.

Les cryomicrobiologistes étudient ces microbes glaciaires dans leur milieu naturel tant qu'ils le peuvent, et ils créeront une biobanque pour conserver des données de sauvegarde au cas où certaines espèces viendraient à disparaître. Battin prévoit de collecter des cellules, des échantillons de sol pergélisolé, de l'ADN et d'autres prélèvements pour une conservation à long terme. " Nous découvrons cette biodiversité, et en même temps, elle est déjà en train de disparaître " , a-t-il déclaré.

Le microbiome du microbiome

Les phytoplanctons, ces micro-organismes qui dérivent dans l'océan et qui comprennent des algues unicellulaires, des cyanobactéries et des dinoflagellés, produisent leur propre nourriture à partir de presque rien. Maîtres de la photosynthèse, ils utilisent l'énergie solaire pour déclencher des réactions entre le dioxyde de carbone et l'eau dans des organites spécialisés, créant ainsi de l'oxygène et du carbone organique. Mais les phytoplanctons ne peuvent pas survivre uniquement grâce au dioxyde de carbone. Pour obtenir tous les nutriments essentiels dont ils ont besoin, ils doivent échanger avec d'autres micro-organismes qui dérivent avec eux.

" Aucun organisme sur Terre ne vit isolé " , a déclaré Shady Amin , océanographe spécialisé dans les micro-organismes à l'Université de New York à Abu Dhabi. Mais comment une cellule flottant dans l'immensité de l'océan parvient-elle à maintenir sa communauté à proximité ?

Le phytoplancton tire parti de la dynamique des fluides, qui fonctionne différemment à l'échelle unicellulaire, explique Amin. Les poissons et autres grands animaux nagent librement, remontent le courant et laissent derrière eux une traînée de molécules. Mais les microbes océaniques microscopiques se laissent porter par le courant. Leurs excréments se déplacent avec eux dans un minuscule nuage chimique qui se diffuse lentement.

Cela signifie que le phytoplancton peut créer un microenvironnement dans l'eau qui l'entoure. Il sécrète des substances alimentaires et chimiques pour attirer d'autres micro-organismes. Certains produisent des polymères sucrés appelés polysaccharides auxquels d'autres bactéries s'attachent physiquement, comme si elles étaient accrochées à une corde. D'autres phytoplanctons libèrent des composés pour inhiber la croissance des bactéries pathogènes. Cette communauté microbienne qui entoure une cellule de phytoplancton est appelée la phycosphère.

( Photo : Les cellules des cyanobactéries s'alignent comme les perles d'un collier. Les cyanobactéries, une sorte de phytoplancton. )

Un exemple typique d'échange bénéfique est celui des diatomées photosynthétiques et des bactéries Roseobacter . Ces bactéries fournissent aux diatomées des nutriments qu'elles ne peuvent synthétiser elles-mêmes, comme la vitamine B12, explique Amin ; en retour, les diatomées nourrissent les bactéries avec du carbone organique dissous. Ces relations peuvent devenir très étroites , les bactéries pouvant même s'installer à l'intérieur de la coque silicatée de la diatomée, voire pénétrer dans sa membrane cellulaire et perdre ainsi une partie de leur génome.

À plus grande échelle, ces partenariats microbiens permettent aux océans de stocker du carbone. Au moins la moitié de l'absorption mondiale de carbone par photosynthèse se produit dans les océans, et 90 % de cette absorption est assurée par le phytoplancton ; en 2023, les océans ont absorbé environ 10,6 milliards de tonnes métriques . de dioxyde de carbone. Lorsque les restes de plancton se déposent sur le fond marin, ils sont efficacement séquestrés dans les sédiments profonds. Par conséquent, la productivité du plancton et de ses partenaires microbiens détermine la quantité de dioxyde de carbone que l'océan peut absorber de l'atmosphère.

Le réchauffement des océans semble mettre à l'épreuve ce type d'interactions. Par exemple, lorsque l'eau de mer devient trop chaude, les coraux expulsent les algues qui vivent dans leurs tissus. Des scientifiques, dont Amin, cherchent à déterminer si ce même phénomène s'observe pour les symbioses entre micro-organismes. Il étudie actuellement les microbiomes bactériens des coraux du golfe Persique, l'une des mers les plus chaudes du monde. S'il parvient à comprendre comment ces interactions se sont adaptées à des conditions qui deviendront bientôt plus fréquentes, nous serons mieux armés pour préserver ces symbioses dans un monde qui se réchauffe.

De quoi l'espace-temps est-il réellement fait ?

L'espace-temps pourrait émerger d'une réalité plus fondamentale. La découverte de cette réalité pourrait débloquer l'objectif le plus urgent de la physique

Natalie Paquette passe son temps à réfléchir à la manière de faire croître une dimension supplémentaire. Elle commence par de petits cercles, dispersés en tout point de l'espace et du temps - une dimension en forme de boucle, qui se referme sur elle-même. Puis on rétrécit ces cercles, de plus en plus petits, en resserrant la boucle, jusqu'à ce qu'une curieuse transformation se produise : la dimension cesse de sembler minuscule et devient énorme, comme lorsqu'on réalise que quelque chose qui semble petit et proche est en fait énorme et distant. "Nous réduisons une direction spatiale", explique Paquette. "Mais lorsque nous essayons de la rétrécir au-delà d'un certain point, une nouvelle et grande direction spatiale émerge à la place."

Paquette, physicien théoricien à l'université de Washington, n'est pas le seul à penser à cette étrange sorte de transmutation dimensionnelle. Un nombre croissant de physiciens, travaillant dans différents domaines de la discipline avec des approches différentes, convergent de plus en plus vers une idée profonde : l'espace - et peut-être même le temps - n'est pas fondamental. Au contraire, l'espace et le temps pourraient être émergents : ils pourraient découler de la structure et du comportement de composants plus fondamentaux de la nature. Au niveau le plus profond de la réalité, des questions comme "Où ?" et "Quand ?" n'ont peut-être aucune réponse. "La physique nous donne de nombreux indices selon lesquels l'espace-temps tel que nous le concevons n'est pas la chose fondamentale", déclare M. Paquette.

Ces notions radicales proviennent des derniers rebondissements de la chasse à la théorie de la gravité quantique, qui dure depuis un siècle. La meilleure théorie des physiciens sur la gravité est la relativité générale, la célèbre conception d'Albert Einstein sur la façon dont la matière déforme l'espace et le temps. Leur meilleure théorie sur tout le reste est la physique quantique, qui est d'une précision étonnante en ce qui concerne les propriétés de la matière, de l'énergie et des particules subatomiques. Les deux théories ont facilement passé tous les tests que les physiciens ont pu concevoir au cours du siècle dernier. On pourrait penser qu'en les réunissant, on obtiendrait une "théorie du tout".

Mais les deux théories ne s'entendent pas bien. Demandez à la relativité générale ce qui se passe dans le contexte de la physique quantique, et vous obtiendrez des réponses contradictoires, avec des infinis indomptés se déchaînant sur vos calculs. La nature sait comment appliquer la gravité dans des contextes quantiques - cela s'est produit dans les premiers instants du big bang, et cela se produit encore au cœur des trous noirs - mais nous, les humains, avons encore du mal à comprendre comment le tour se joue. Une partie du problème réside dans la manière dont les deux théories traitent l'espace et le temps. Alors que la physique quantique considère l'espace et le temps comme immuables, la relativité générale les déforme au petit déjeuner.

D'une manière ou d'une autre, une théorie de la gravité quantique devrait concilier ces idées sur l'espace et le temps. Une façon d'y parvenir serait d'éliminer le problème à sa source, l'espace-temps lui-même, en faisant émerger l'espace et le temps de quelque chose de plus fondamental. Ces dernières années, plusieurs pistes de recherche différentes ont toutes suggéré qu'au niveau le plus profond de la réalité, l'espace et le temps n'existent pas de la même manière que dans notre monde quotidien. Au cours de la dernière décennie, ces idées ont radicalement changé la façon dont les physiciens envisagent les trous noirs. Aujourd'hui, les chercheurs utilisent ces concepts pour élucider le fonctionnement d'un phénomène encore plus exotique : les trous de ver, connexions hypothétiques en forme de tunnel entre des points distants de l'espace-temps. Ces succès ont entretenu l'espoir d'une percée encore plus profonde. Si l'espace-temps est émergent, alors comprendre d'où il vient - et comment il pourrait naître de n'importe quoi d'autre - pourrait être la clé manquante qui ouvrirait enfin la porte à une théorie du tout.

LE MONDE DANS UN DUO DE CORDES

Aujourd'hui, la théorie candidate à la gravité quantique la plus populaire parmi les physiciens est la théorie des cordes. Selon cette idée, les cordes éponymes sont les constituants fondamentaux de la matière et de l'énergie, donnant naissance à la myriade de particules subatomiques fondamentales observées dans les accélérateurs de particules du monde entier. Elles sont même responsables de la gravité - une particule hypothétique porteuse de la force gravitationnelle, un "graviton", est une conséquence inévitable de la théorie.

Mais la théorie des cordes est difficile à comprendre : elle se situe dans un territoire mathématique que les physiciens et les mathématiciens ont mis des décennies à explorer. Une grande partie de la structure de la théorie est encore inexplorée, des expéditions sont encore prévues et des cartes restent à établir. Dans ce nouveau domaine, la principale technique de navigation consiste à utiliser des dualités mathématiques, c'est-à-dire des correspondances entre un type de système et un autre.

La dualité évoquée au début de cet article, entre les petites dimensions et les grandes, en est un exemple. Si vous essayez de faire entrer une dimension dans un petit espace, la théorie des cordes vous dit que vous obtiendrez quelque chose de mathématiquement identique à un monde où cette dimension est énorme. Selon la théorie des cordes, les deux situations sont identiques : vous pouvez aller et venir librement de l'une à l'autre et utiliser les techniques d'une situation pour comprendre le fonctionnement de l'autre. "Si vous gardez soigneusement la trace des éléments fondamentaux de la théorie, dit Paquette, vous pouvez naturellement trouver parfois que... vous pourriez faire croître une nouvelle dimension spatiale."

Une dualité similaire suggère à de nombreux théoriciens des cordes que l'espace lui-même est émergeant. L'idée a germé en 1997, lorsque Juan Maldacena, physicien à l'Institute for Advanced Study, a découvert une dualité entre une théorie quantique bien comprise, connue sous le nom de théorie des champs conforme (CFT), et un type particulier d'espace-temps issu de la relativité générale, appelé espace anti-de Sitter (AdS). Ces deux théories semblent très différentes : la CFT ne comporte aucune gravité, tandis que l'espace AdS intègre toute la théorie de la gravité d'Einstein. Pourtant, les mêmes mathématiques peuvent décrire les deux mondes. Lorsqu'elle a été découverte, cette correspondance AdS/CFT a fourni un lien mathématique tangible entre une théorie quantique et un univers complet comportant une gravité.

Curieusement, l'espace AdS dans la correspondance AdS/CFT comportait une dimension de plus que la CFT quantique. Mais les physiciens se sont délectés de ce décalage, car il s'agissait d'un exemple parfaitement élaboré d'un autre type de correspondance conçu quelques années plus tôt par les physiciens Gerard 't Hooft de l'université d'Utrecht aux Pays-Bas et Leonard Susskind de l'université de Stanford, connu sous le nom de principe holographique. Se fondant sur certaines des caractéristiques particulières des trous noirs, Gerard 't Hooft et Leonard Susskind soupçonnaient que les propriétés d'une région de l'espace pouvaient être entièrement "codées" par sa frontière. En d'autres termes, la surface bidimensionnelle d'un trou noir contiendrait toutes les informations nécessaires pour savoir ce qui se trouve dans son intérieur tridimensionnel, comme un hologramme. "Je pense que beaucoup de gens ont pensé que nous étions fous", dit Susskind. "Deux bons physiciens devenusdingues".

De même, dans la correspondance AdS/CFT, la CFT quadridimensionnelle encode tout ce qui concerne l'espace AdS à cinq dimensions auquel elle est associée. Dans ce système, la région entière de l'espace-temps est construite à partir des interactions entre les composants du système quantique dans la théorie des champs conforme. Maldacena compare ce processus à la lecture d'un roman. "Si vous racontez une histoire dans un livre, il y a les personnages du livre qui font quelque chose", dit-il. "Mais tout ce qu'il y a, c'est une ligne de texte, non ? Ce que font les personnages est déduit de cette ligne de texte. Les personnages du livre seraient comme la théorie [AdS] globale. Et la ligne de texte est la [CFT]."

Mais d'où vient l'espace de l'espace AdS ? Si cet espace est émergent, de quoi émerge-t-il ? La réponse est un type d'interaction spécial et étrangement quantique dans la CFT : l'intrication, une connexion à longue distance entre des objets, corrélant instantanément leur comportement de manière statistiquement improbable. L'intrication a beaucoup troublé Einstein, qui l'a qualifiée d'"action étrange à distance".

Connaîtrons-nous un jour la véritable nature de l'espace et du temps ?

Pourtant, malgré son caractère effrayant, l'intrication est une caractéristique essentielle de la physique quantique. Lorsque deux objets interagissent en mécanique quantique, ils s'intriquent généralement et le resteront tant qu'ils resteront isolés du reste du monde, quelle que soit la distance qui les sépare. Dans des expériences, les physiciens ont maintenu l'intrication entre des particules distantes de plus de 1 000 kilomètres et même entre des particules au sol et d'autres envoyées vers des satellites en orbite. En principe, deux particules intriquées pourraient maintenir leur connexion sur des côtés opposés de la galaxie ou de l'univers. La distance ne semble tout simplement pas avoir d'importance pour l'intrication, une énigme qui a troublé de nombreux physiciens pendant des décennies.

Mais si l'espace est émergent, la capacité de l'intrication à persister sur de grandes distances n'est peut-être pas si mystérieuse - après tout, la distance est une construction. Selon les études de la correspondance AdS/CFT menées par les physiciens Shinsei Ryu de l'université de Princeton et Tadashi Takayanagi de l'université de Kyoto, l'intrication est ce qui produit les distances dans l'espace AdS en premier lieu. Deux régions d'espace proches du côté AdS de la dualité correspondent à deux composantes quantiques hautement intriquées de la CFT. Plus elles sont intriquées, plus les régions de l'espace sont proches les unes des autres.

Ces dernières années, les physiciens en sont venus à soupçonner que cette relation pourrait également s'appliquer à notre univers. "Qu'est-ce qui maintient l'espace ensemble et l'empêche de se désagréger en sous-régions distinctes ? La réponse est l'intrication entre deux parties de l'espace", déclare Susskind. "La continuité et la connectivité de l'espace doivent leur existence à l'intrication quantique-mécanique". L'intrication pourrait donc sous-tendre la structure de l'espace lui-même, formant la chaîne et la trame qui donnent naissance à la géométrie du monde. "Si l'on pouvait, d'une manière ou d'une autre, détruire l'intrication entre deux parties [de l'espace], l'espace se désagrégerait", déclare Susskind. "Il ferait le contraire de l'émergence. Il désémergerait."

Si l'espace est fait d'intrication, l'énigme de la gravité quantique semble beaucoup plus facile à résoudre : au lieu d'essayer de rendre compte de la déformation de l'espace de manière quantique, l'espace lui-même émerge d'un phénomène fondamentalement quantique. Susskind pense que c'est la raison pour laquelle une théorie de la gravité quantique a été si difficile à trouver en premier lieu. "Je pense que la raison pour laquelle elle n'a jamais très bien fonctionné est qu'elle a commencé par une image de deux choses différentes, [la relativité générale] et la mécanique quantique, et qu'elle les a mises ensemble", dit-il. "Et je pense que l'idée est qu'elles sont beaucoup trop étroitement liées pour être séparées puis réunies à nouveau. La gravité n'existe pas sans la mécanique quantique".

Pourtant, la prise en compte de l'espace émergent ne représente que la moitié du travail. L'espace et le temps étant si intimement liés dans la relativité, tout compte rendu de l'émergence de l'espace doit également expliquer le temps. "Le temps doit également émerger d'une manière ou d'une autre", déclare Mark van Raamsdonk, physicien à l'université de Colombie-Britannique et pionnier du lien entre intrication et espace-temps. "Mais cela n'est pas bien compris et constitue un domaine de recherche actif".

Un autre domaine actif, dit-il, consiste à utiliser des modèles d'espace-temps émergent pour comprendre les trous de ver. Auparavant, de nombreux physiciens pensaient que l'envoi d'objets à travers un trou de ver était impossible, même en théorie. Mais ces dernières années, les physiciens travaillant sur la correspondance AdS/CFT et sur des modèles similaires ont trouvé de nouvelles façons de construire des trous de ver. "Nous ne savons pas si nous pourrions le faire dans notre univers", dit van Raamsdonk. "Mais ce que nous savons maintenant, c'est que certains types de trous de ver traversables sont théoriquement possibles". Deux articles - l'un en 2016 et l'autre en 2018 - ont conduit à une rafale de travaux en cours dans ce domaine. Mais même si des trous de ver traversables pouvaient être construits, ils ne seraient pas d'une grande utilité pour les voyages spatiaux. Comme le souligne Susskind, "on ne peut pas traverser ce trou de ver plus vite qu'il ne faudrait à [la lumière] pour faire le chemin inverse."

Si les théoriciens des cordes ont raison, alors l'espace est construit à partir de l'intrication quantique, et le temps pourrait l'être aussi. Mais qu'est-ce que cela signifie vraiment ? Comment l'espace peut-il être "fait" d'intrication entre des objets, à moins que ces objets ne soient eux-mêmes quelque part ? Comment ces objets peuvent-ils s'enchevêtrer s'ils ne connaissent pas le temps et le changement ? Et quel type d'existence les choses pourraient-elles avoir sans habiter un espace et un temps véritables ?

Ces questions frisent la philosophie, et les philosophes de la physique les prennent au sérieux. "Comment diable l'espace-temps pourrait-il être le genre de chose qui pourrait être émergent ?" demande Eleanor Knox, philosophe de la physique au King's College de Londres. Intuitivement, dit-elle, cela semble impossible. Mais Knox ne pense pas que ce soit un problème. "Nos intuitions sont parfois catastrophiques", dit-elle. Elles "ont évolué dans la savane africaine en interagissant avec des macro-objets, des macro-fluides et des animaux biologiques" et ont tendance à ne pas être transférées au monde de la mécanique quantique. En ce qui concerne la gravité quantique, "Où sont les objets ?" et "Où vivent-ils ?" ne sont pas les bonnes questions à poser", conclut Mme Knox.

Il est certainement vrai que les objets vivent dans des lieux dans la vie de tous les jours. Mais comme Knox et bien d'autres le soulignent, cela ne signifie pas que l'espace et le temps doivent être fondamentaux, mais simplement qu'ils doivent émerger de manière fiable de ce qui est fondamental. Prenons un liquide, explique Christian Wüthrich, philosophe de la physique à l'université de Genève. "En fin de compte, il s'agit de particules élémentaires, comme les électrons, les protons et les neutrons ou, plus fondamental encore, les quarks et les leptons. Les quarks et les leptons ont-ils des propriétés liquides ? Cela n'a aucun sens... Néanmoins, lorsque ces particules fondamentales se rassemblent en nombre suffisant et montrent un certain comportement ensemble, un comportement collectif, alors elles agiront d'une manière qui ressemble à un liquide."

Selon Wüthrich, l'espace et le temps pourraient fonctionner de la même manière dans la théorie des cordes et d'autres théories de la gravité quantique. Plus précisément, l'espace-temps pourrait émerger des matériaux que nous considérons habituellement comme vivant dans l'univers - la matière et l'énergie elles-mêmes. "Ce n'est pas que nous ayons d'abord l'espace et le temps, puis nous ajoutons de la matière", explique Wüthrich. "Au contraire, quelque chose de matériel peut être une condition nécessaire pour qu'il y ait de l'espace et du temps. Cela reste un lien très étroit, mais c'est juste l'inverse de ce que l'on aurait pu penser à l'origine."

Mais il existe d'autres façons d'interpréter les dernières découvertes. La correspondance AdS/CFT est souvent considérée comme un exemple de la façon dont l'espace-temps pourrait émerger d'un système quantique, mais ce n'est peut-être pas vraiment ce qu'elle montre, selon Alyssa Ney, philosophe de la physique à l'université de Californie, à Davis. "AdS/CFT vous donne cette capacité de fournir un manuel de traduction entre les faits concernant l'espace-temps et les faits de la théorie quantique", dit Ney. "C'est compatible avec l'affirmation selon laquelle l'espace-temps est émergent, et une certaine théorie quantique est fondamentale." Mais l'inverse est également vrai, dit-elle. La correspondance pourrait signifier que la théorie quantique est émergente et que l'espace-temps est fondamental, ou qu'aucun des deux n'est fondamental et qu'il existe une théorie fondamentale encore plus profonde. L'émergence est une affirmation forte, dit Ney, et elle est ouverte à la possibilité qu'elle soit vraie. "Mais, du moins si l'on s'en tient à AdS/CFT, je ne vois toujours pas d'argument clair en faveur de l'émergence."

Un défi sans doute plus important pour l'image de la théorie des cordes de l'espace-temps émergent est caché à la vue de tous, juste au nom de la correspondance AdS/CFT elle-même. "Nous ne vivons pas dans un espace anti-de Sitter", dit Susskind. "Nous vivons dans quelque chose de beaucoup plus proche de l'espace de Sitter". L'espace de Sitter décrit un univers en accélération et en expansion, comme le nôtre. "Nous n'avons pas la moindre idée de la façon dont [l'holographie] s'y applique", conclut M. Susskind. Trouver comment établir ce type de correspondance pour un espace qui ressemble davantage à l'univers réel est l'un des problèmes les plus urgents pour les théoriciens des cordes. "Je pense que nous allons être en mesure de mieux comprendre comment entrer dans une version cosmologique de ceci", dit van Raamsdonk.

Enfin, il y a les nouvelles - ou l'absence de nouvelles - provenant des derniers accélérateurs de particules, qui n'ont trouvé aucune preuve de l'existence des particules supplémentaires prévues par la supersymétrie, une idée sur laquelle repose la théorie des cordes. Selon la supersymétrie, toutes les particules connues auraient leurs propres "superpartenaires", ce qui doublerait le nombre de particules fondamentales. Mais le Grand collisionneur de hadrons du CERN, près de Genève, conçu en partie pour rechercher des superpartenaires, n'en a vu aucun signe. "Toutes les versions vraiment précises de [l'espace-temps émergent] dont nous disposons se trouvent dans des théories supersymétriques", déclare Susskind. "Une fois que vous n'avez plus de supersymétrie, la capacité à suivre mathématiquement les équations s'évapore tout simplement de vos mains".

LES ATOMES DE L'ESPACE-TEMPS

La théorie des cordes n'est pas la seule idée qui suggère que l'espace-temps est émergent. La théorie des cordes "n'a pas réussi à tenir [ses] promesses en tant que moyen d'unir la gravité et la mécanique quantique", déclare Abhay Ashtekar, physicien à l'université d'État de Pennsylvanie. "La puissance de la théorie des cordes réside désormais dans le fait qu'elle fournit un ensemble d'outils extrêmement riche, qui ont été largement utilisés dans tout le spectre de la physique." Ashtekar est l'un des pionniers originaux de l'alternative la plus populaire à la théorie des cordes, connue sous le nom de gravité quantique à boucles. Dans la gravité quantique à boucles, l'espace et le temps ne sont pas lisses et continus, comme c'est le cas dans la relativité générale, mais ils sont constitués de composants discrets, ce qu'Ashtekar appelle des "morceaux ou atomes d'espace-temps".

Ces atomes d'espace-temps sont connectés en réseau, avec des surfaces unidimensionnelles et bidimensionnelles qui les réunissent en ce que les praticiens de la gravité quantique à boucle appellent une mousse de spin. Et bien que cette mousse soit limitée à deux dimensions, elle donne naissance à notre monde quadridimensionnel, avec trois dimensions d'espace et une de temps. Ashtekar compare ce monde à un vêtement. "Si vous regardez votre chemise, elle ressemble à une surface bidimensionnelle", dit-il. "Si vous prenez une loupe, vous verrez immédiatement qu'il s'agit de fils unidimensionnels. C'est juste que ces fils sont si denses que, pour des raisons pratiques, vous pouvez considérer la chemise comme une surface bidimensionnelle. De même, l'espace qui nous entoure ressemble à un continuum tridimensionnel. Mais il y a vraiment un entrecroisement par ces [atomes d'espace-temps]".

Bien que la théorie des cordes et la gravité quantique à boucles suggèrent toutes deux que l'espace-temps est émergent, le type d'émergence est différent dans les deux théories. La théorie des cordes suggère que l'espace-temps (ou du moins l'espace) émerge du comportement d'un système apparemment sans rapport, sous forme d'intrication. Pensez à la façon dont les embouteillages émergent des décisions collectives des conducteurs individuels. Les voitures ne sont pas faites de la circulation - ce sont les voitures qui font la circulation. Dans la gravité quantique à boucles, par contre, l'émergence de l'espace-temps ressemble davantage à une dune de sable en pente émergeant du mouvement collectif des grains de sable dans le vent. L'espace-temps lisse et familier provient du comportement collectif de minuscules "grains" d'espace-temps ; comme les dunes, les grains sont toujours du sable, même si les gros grains cristallins n'ont pas l'apparence ou le comportement des dunes ondulantes.

Malgré ces différences, gravité quantique à boucles et théorie des cordes suggèrent toutes deux que l'espace-temps émerge d'une réalité sous-jacente. Elles ne sont pas non plus les seules théories proposées de la gravité quantique qui vont dans ce sens. La théorie de l'ensemble causal, un autre prétendant à une théorie de la gravité quantique, postule que l'espace et le temps sont également constitués de composants plus fondamentaux. "Il est vraiment frappant de constater que, pour la plupart des théories plausibles de la gravité quantique dont nous disposons, leur message est, en quelque sorte, que l'espace-temps relativiste général n'existe pas au niveau fondamental", déclare Knox. "Les gens sont très enthousiastes lorsque différentes théories de la gravité quantique s'accordent au moins sur quelque chose."

L'AVENIR DE L'ESPACE AUX CONFINS DU TEMPS

La physique moderne est victime de son propre succès. La physique quantique et la relativité générale étant toutes deux d'une précision phénoménale, la gravité quantique n'est nécessaire que pour décrire des situations extrêmes, lorsque des masses énormes sont entassées dans des espaces insondables. Ces conditions n'existent que dans quelques endroits de la nature, comme le centre d'un trou noir, et surtout pas dans les laboratoires de physique, même les plus grands et les plus puissants. Il faudrait un accélérateur de particules de la taille d'une galaxie pour tester directement le comportement de la nature dans des conditions où règne la gravité quantique. Ce manque de données expérimentales directes explique en grande partie pourquoi la recherche d'une théorie de la gravité quantique par les scientifiques a été si longue.

Face à l'absence de preuves, la plupart des physiciens ont placé leurs espoirs dans le ciel. Dans les premiers instants du big bang, l'univers entier était phénoménalement petit et dense - une situation qui exige une gravité quantique pour le décrire. Et des échos de cette époque peuvent subsister dans le ciel aujourd'hui. "Je pense que notre meilleure chance [de tester la gravité quantique] passe par la cosmologie", déclare Maldacena. "Peut-être quelque chose en cosmologie que nous pensons maintenant être imprévisible, qui pourra peut-être être prédit une fois que nous aurons compris la théorie complète, ou une nouvelle chose à laquelle nous n'avions même pas pensé."

Les expériences de laboratoire pourraient toutefois s'avérer utiles pour tester la théorie des cordes, du moins indirectement. Les scientifiques espèrent étudier la correspondance AdS/CFT non pas en sondant l'espace-temps, mais en construisant des systèmes d'atomes fortement intriqués et en observant si un analogue à l'espace-temps et à la gravité apparaît dans leur comportement. De telles expériences pourraient "présenter certaines caractéristiques de la gravité, mais peut-être pas toutes", déclare Maldacena. "Cela dépend aussi de ce que l'on appelle exactement la gravité".

Connaîtrons-nous un jour la véritable nature de l'espace et du temps ? Les données d'observation du ciel ne seront peut-être pas disponibles de sitôt. Les expériences en laboratoire pourraient être un échec. Et comme les philosophes le savent bien, les questions sur la véritable nature de l'espace et du temps sont très anciennes. Ce qui existe "est maintenant tout ensemble, un, continu", disait le philosophe Parménide il y a 2 500 ans. "Tout est plein de ce qui est". Parménide insistait sur le fait que le temps et le changement étaient des illusions, que tout partout était un et le même. Son élève Zénon a créé de célèbres paradoxes pour prouver le point de vue de son professeur, prétendant démontrer que le mouvement sur n'importe quelle distance était impossible. Leurs travaux ont soulevé la question de savoir si le temps et l'espace étaient en quelque sorte illusoires, une perspective troublante qui a hanté la philosophie occidentale pendant plus de deux millénaires.

Le fait que les Grecs de l'Antiquité aient posé des questions telles que "Qu'est-ce que l'espace ?", "Qu'est-ce que le temps ?", "Qu'est-ce que le changement ?" et que nous posions encore des versions de ces questions aujourd'hui signifie qu'il s'agissait des bonnes questions à poser", explique M. Wüthrich. "C'est en réfléchissant à ce genre de questions que nous avons appris beaucoup de choses sur la physique".

Cette langue ancienne use de la seule grammaire basée entièrement sur le corps humain

Une famille de langues en voie de disparition suggère que les premiers humains utilisaient leur corps comme modèle de réalité

Un matin de décembre 2004, des adultes et des enfants erraient sur le rivage de Strait Island dans le golfe du Bengale lorsque l'un d'eux a remarqué quelque chose d'étrange. Le niveau de la mer était bas et des créatures étranges qui habitent normalement la zone crépusculaire profonde de l'océan se balançaient près de la surface de l'eau. “ Sare ukkuburuko ! ”— la mer s'est renversée! — cria Nao Junior, un des derniers héritiers d'une sagesse transmise sur des milliers de générations à travers sa langue maternelle. Il savait ce que signifiait ce phénomène bizarre. Tout comme d'autres peuples autochtones des îles Andaman. Ils se sont tous précipités à l'intérieur des terres et en hauteur, leurs connaissances ancestrales les sauvant du tsunami dévastateur qui s'est abattu sur les côtes de l'océan Indien quelques minutes plus tard et qui a emporté quelque 225 000 personnes.

Lorsque j'ai rencontré Nao Jr. pour la première fois, au tournant du millénaire, il était dans la quarantaine et l'un des neuf seuls membres de son groupe autochtone, le Grand Andamanais, qui parlait encore l'idiome de ses ancêtres ; les jeunes préférant l'hindi. En tant que linguiste passionnée par le décodage de structure, j'avais étudié plus de 80 langues indiennes de cinq familles différentes : indo-européenne (à laquelle appartient l'hindi), dravidienne, austroasiatique, tibéto-birmane et taï-kadaï. J'étais sur les îles pour documenter leurs voix autochtones avant qu'elles ne se transforment en murmures. Le peu que j'ai entendu était si déconcertant que j'y suis retourné plusieurs fois au cours des années suivantes pour essayer de cerner les principes qui sous-tendent les grandes langues andamanaises.

Ici mes principaux professeurs, Nao Jr. et une femme nommée Licho, parlaient un pastiche de langues qui comptaient encore quelque 5 000 locuteurs au milieu du 19e siècle. Le vocabulaire moderne étant très variable, dérivé de plusieurs langues parlées à l'origine sur l'île d'Andaman du Nord. Ce qui m'était vraiment étranger, cependant, c'était leur grammaire, qui ne ressemblait à rien de ce que j'avais jamais rencontré.

Une langue incarne une vision du monde et, alors qu'une civilisation, change et se développe par couches. Les mots ou les phrases fréquemment utilisés se transforment en formes grammaticales de plus en plus abstraites et compressées. Par exemple, le suffixe "-ed", signifiant le passé en anglais moderne, provient de "did" (c'est-à-dire que "did use" est devenu "used") ; Le vieil anglais où in steed et sur gemong sont devenus respectivement "instead" et "among". Ces types de transitions font de la linguistique historique un peu comme l'archéologie. Tout comme un archéologue fouille soigneusement un monticule pour révéler différentes époques d'une cité-État empilées les unes sur les autres, un linguiste peut séparer les couches d'une langue pour découvrir les étapes de son évolution. Il faudra des années à Nao Jr. et Licho endurant patiemment mes interrogatoires et mes tâtonnements pour que j'apprenne enfin la règle fondamentale de leur langue.

Il s'avère que le grand andamanais est exceptionnel parmi les langues du monde de par son anthropocentrisme. Il utilise des catégories dérivées du corps humain pour décrire des concepts abstraits tels que l'orientation spatiale et les relations entre les objets. Bien sûr, en anglais, nous pourrions dire des choses comme "la pièce fait face à la baie", "la jambe de la chaise s'est cassée" et "elle dirige l'entreprise". Mais en Grand Andamanais, de telles descriptions prennent une forme extrême, avec des morphèmes, ou segments sonores significatifs, qui désignent différentes zones du corps s'attachant aux noms, verbes, adjectifs et adverbes - en fait, à chaque partie du discours - pour créer des significations diverses. Parce qu'aucune autre langue connue n'a une grammaire basée sur le corps humain et/ou un partage des mots apparentés - des mots qui ont une signification et une prononciation similaires, ce qui indique un lien généalogique - avec le grand andamanais, la langue constitue sa propre famille .

L'aspect le plus durable d'une langue est sa structure, qui peut perdurer sur des millénaires. Mes études indiquent que les Grands Andamanais furent effectivement isolés pendant des milliers d'années, au cours desquelles leurs langues ont évolué sans influence perceptible d'autres cultures. La recherche génétique corrobore ce point de vue, montrant que ces peuples autochtones descendent d'un des premiers groupes d'humains modernes qui a migré hors d'Afrique. En suivant le littoral du sous-continent indien, ils ont atteint l'archipel d'Andaman il y a peut-être 50 000 ans et y vivent depuis dans un isolement virtuel. Les principes fondamentaux de leurs langues révèlent que ces humains anciens ont conceptualisé le monde à travers leur corps.

PIÈCES DU CASSE-TÊTE

Lorsque je suis arrivé en 2001 à Port Blair, la principale ville de la région, pour mener une enquête préliminaire sur les langues autochtones, j'ai été dirigé vers Adi Basera, une maison que le gouvernement indien autorisait les Grands Andamanais à utiliser lorsqu'ils étaient en ville. C'était un bâtiment délabré avec de la peinture écaillée et des pièces sales ; enfants et adultes flânaient nonchalamment dans la cour. Quelqu'un m'a apporté une chaise en plastique. J'ai expliqué ma quête en hindi.

"Pourquoi es-tu venu ?" demanda Boro Senior, une femme âgée. "Nous ne nous souvenons pas de notre langue. Nous ne le parlons ni ne le comprenons. Il s'est avéré que toute la communauté conversait principalement en hindi, une langue essentielle pour se débrouiller dans la société indienne et la seule que les enfants apprenaient." Pendant que je le sondais cependant, Nao Jr. a avoué qu'il connaissait le Jero, mais parce qu'il n'avait personne avec qui en parler, il l'oubliait. Boro Sr. s'est avéré être la dernière personne à se souvenir de Khora, et Licho, alors dans la fin de la trentaine, qui était la dernière à parler le sare, la langue de sa grand-mère. Lorsqu'ils conversaient entre eux, ces individus utilisaient ce que j'appelle le Grand Andamanais actuel (PGA), un mélange de Jero, Sare, Bo et Khora - toutes langues des Andaman du Nord.

Lorsque les autorités britanniques ont établi une colonie pénitentiaire à Port Blair en 1858, les forêts tropicales de Great Andaman - comprenant le nord, le centre et le sud d'Andaman, ainsi que quelques petites îles à proximité - étaient habitées par 10 tribus de chasseurs et de cueilleurs qui semblaient culturellement liées. Les habitants du Great Andaman ont résisté aux envahisseurs, mais leurs arcs et leurs flèches n'étaient pas à la hauteur des fusils et, à une occasion, des canons de navires. Encore plus mortels furent les germes apportés par les étrangers, contre lesquels les insulaires n'avaient aucune immunité. Dans les années 1960, époque à laquelle les Andamans appartenaient à l'Inde, il ne restait plus que 19 Grands Andamanais, vivant principalement dans les forêts du nord d'Andaman. Les autorités indiennes les ont alors installés sur la petite île du détroit.

Un autre groupe de chasseurs-cueilleurs, les Jarawa, vivaient dans le sud d'Andaman, et lorsque les Grands Andamanais s'éteignirent , les Jarawa s'installèrent dans leurs territoires évacués du Moyen Andaman. Les Jarawa ont résisté au contact - et aux germes qui l'accompagnent - jusqu'en 1998 et sont maintenant au nombre d'environ 450. Leur culture avait des liens avec celle des Onge, qui vivaient sur Little Andaman et qui ont été sous controle des Britanniques dans les années 1880. Apparemment, les habitants de North Sentinel Island étaient également apparentés aux Jarawa. Ils continuent d'ailleurs de vivre dans un isolement volontaire, qu'ils ont imposé en 2018 en tuant un missionnaire américain.

(photo-schéma avec détails et statistiques des langage des iles adamans)

Mon enquête initiale a établi que les langues des Grands Andamanais n'avaient aucun lien avec celles des Jarawa et des Onge, qui pourraient constituer leur propre famille de langues. Réalisant que je devais documenter le Grand Andamanais avant qu'il ne soit réduit au silence, je suis revenu avec une équipe d'étudiants en 2005. C'était peu de temps après le tsunami, et les autorités avaient évacué les 53 Grands Andamanais vers un camp de secours à côté d'Adi Basera. Ils avaient survécu, mais leurs maisons avaient été inondées et leurs biens perdus, et un sentiment de bouleversement et de chagrin flottait dans l'air. Dans cette situation, Licho a donné naissance à un garçon nommé Berebe, source de joie. J'ai appris que les bébés étaient nommés dans l'utérus. Pas étonnant que les grands noms andamanais soient non sexistes !

Au camp, j'ai rencontré l'octogénaire Boa Senior, dernier locuteur de Bo et gardien de nombreuses chansons. Nous deviendrons très proches. Les grands jeunes andamanais avaient répondu au mépris des Indiens dominants pour les cultures autochtones en se détournant de leur héritage. Boa Sr me tenait la main et ne me laissait pas partir car elle était convaincue que ma seule présence, en tant qu'étranger rare qui valorisait sa langue, motiverait les jeunes à parler le grand andamanais. Pourtant, je l'ai appris principalement de Nao Jr. et Licho, dont l'intérêt pour leurs langues avait été enflammé par le mien. Il s'est avéré que Nao Jr. en savait beaucoup sur l'environnement local et Licho sur l'étymologie, étant souvent capable de me dire quel mot venait de quelle langue. J'ai passé de longues heures avec eux à Adi Basera et sur Strait Island, les accompagnant partout où ils allaient - pour nous prélasser à l'extérieur de leurs huttes, errer dans la jungle ou pêcher sur la plage. Plus ils s'efforçaient de répondre à mes questions, plus ils puisaient dans les profondeurs de la mémoire. J'ai fini par collecter plus de 150 grands noms andamanais pour différentsespèces de poissons et 109 pour les oiseaux .

Les responsables britanniques avaient observé que les langues andamanaises étaient un peu comme les maillons d'une chaîne : les membres des tribus voisines des Grands Andamans se comprenaient, mais les langues parlées aux extrémités opposées de l'archipel, dans les Andamans du Nord et du Sud, étaient mutuellement inintelligibles. En 1887, l'administrateur militaire britannique Maurice Vidal Portman publia un lexique comparatif de quatre langues, ainsi que quelques phrases avec leurs traductions en anglais. Et vers 1920, Edward Horace Man compila un dictionnaire exhaustif de Bea, une langue des Andaman du Sud. C'étaient des enregistrements importants, mais aucun n'a résolu le puzzle que la grammaire posait.

Moi non plus. D'une manière ou d'une autre, ma vaste expérience avec les cinq familles de langue indienne ne m'aidait pas. Une fois, j'ai demandé à Nao Jr. de me dire le mot pour "sang". Il m'a regardé comme si j'étais une imbécile et n'a pas répondu. Quand j'ai insisté, il a dit: "Dis-moi d'où ça vient." J'ai répondu: "De nulle part." Irrité, il répéta : "Où l'as-tu vu ?" Il fallait que j'invente quelque chose, alors j'ai dit : "sur mon doigt. Sa réponse est venue rapidement — "ongtei !" – puis il débita plusieurs mots pour désigner le sang sur différentes parties du corps. Si le sang sortait des pieds ou des jambes, c'était otei ; l'hémorragie interne était etei; et un caillot sur la peau était ertei . Quelque chose d'aussi basique qu'un nom changeait de forme en fonction de l'emplacement.

Chaque fois que j'avais une pause dans mon enseignement et d'autres tâches, je visitais les Andamans, pendant des semaines ou parfois des mois. Il m'a fallu un an d'étude concertée pour entrevoir le modèle de cette langue - et quand je l'ai fait, toutes les pièces éparses du puzzle se sont mises en place. Très excité, je voulus tout de suite tester mes phrases inventées. J'étais à l'Institut Max Planck d'anthropologie évolutive à Leipzig, en Allemagne, mais j'ai téléphoné à Licho et je lui ai dit : "a Joe-engio eole be". Licho a été bouleversé et m'a fait un compliment chéri : "Vous avez appris notre langue, madame !"

Ma phrase était simplement "Joe te voit". Joe était un jeune Grand Andamanais, et -engio était "seulement toi". Ma percée avait été de réaliser que le préfixe e- , qui dérivait à l'origine d'un mot inconnu désignant une partie interne du corps, s'était transformé au fil des éons en un marqueur grammatical signifiant tout attribut, processus ou activité interne. Donc l'acte de voir, ole, étant une activité interne, devait être eole. Le même préfixe pourrait être attaché à -bungoi , ou "beau", pour former ebungoi, signifiant intérieurement beau ou gentil ; de sare , pour "mer", pour former esare, ou "salé", une qualité inhérente ; et au mot racine -biinye, "pensant", pour donner ebiinye , "penser".

LE CODE CORPOREL

La grammaire que j'étais en train de reconstituer était basée principalement sur Jero, mais un coup d'œil dans les livres de Portman et de Man m'a convaincu que les langues du sud du Grand Andamanais avaient des structures similaires. Le lexique se composait de deux classes de mots : libre et lié. Les mots libres étaient tous des noms faisant référence à l'environnement et à ses habitants, tels que ra pour "cochon". Ils pourraient se produire seuls. Les mots liés étaient des noms, des verbes, des adjectifs et des adverbes qui existaient toujours avec des marqueurs indiquant une relation avec d'autres objets, événements ou états. Les marqueurs (spécifiquement, a- ; er- ; ong- ; ot- ou ut- ; e- ou i- ; ara- ; eto- ) dérivaient de sept zones du corps et étaient attaché à un mot racine, généralement sous forme de préfixe, pour décrire des concepts tels que "dedans", "dehors", "supérieur" et "inférieur". Par exemple, le morphème er- , qui qualifiait presque tout ce qui concernait une partie externe du corps, pouvait être collé à -cho pour donner ercho , signifiant "tête". Une tête de porc était ainsi raercho.

(Photo/schéma désignant les 7 zones du corps humain qui font référence ici)

Zone Marqueur Parties corps/sémantique

1 a - en rapport avec la bouche/origine

2 er - corps et parties externes supérieures

3 ong - extrémités (doigts main, pied)

4 ut/ot - (cerveau/intellect) produits corporels, partie-tout,

5 e / i - organes internes

6 ara - organes sexuels et formes latérales/rondes

7 o - jambes/partie basse

Cette dépendance conceptuelle n'était pas toujours le signe d'un lien physique. Par exemple, si la tête du porc était coupée pour être rôtie, le marqueur t- pour un objet inanimé serait attaché à er- pour donner ratercho ; ce n'était plus vivant mais toujours une tête de cochon. Le suffixe -icho indiquait des possessions véritablement séparables. Par exemple, Boa-icho julu signifiait "les vêtements de Boa".

Tout comme une tête, un nom, ne pouvait pas exister conceptuellement par lui-même, le mode et l'effet d'une action ne pouvaient être séparés du verbe décrivant l'action. Les Grands Andamanais n'avaient pas de mots pour l'agriculture ou la culture mais un grand nombre pour la chasse et la pêche, principalement avec un arc et des flèches. Ainsi, la racine du mot shile , qui signifie "viser", avait plusieurs versions : utshile , viser d'en haut (par exemple, un poisson) ; arashile, viser à distance (comme un cochon); et eshile, visant à percer.

Inséparables également de leurs préfixes, qui les dotaient de sens, étaient les adjectifs et les adverbes. Par exemple, le préfixe er- , pour "externe", a donné l'adjectif erbungoi , pour "beau" ; le verbe eranye, signifiant "assembler" ; et l'adverbe erchek, ou "rapide". Le préfixe ong- , la zone des extrémités, fournissait ongcho , "piquer", quelque chose que l'on faisait avec les doigts, ainsi que l'adverbe ongkochil, signifiant "précipitamment", qui s'appliquait généralement aux mouvements impliquant une main ou un pied. Important aussi était le morphème a-, qui renvoyait à la bouche et, plus largement, aux origines. Il a contribué aux noms aphong, pour "bouche", et Aka-Jero , pour "son langage Jero" ; les adjectifs ajom , "avide", et amu, "muet" ; les verbes atekho, "parler", et aathitul , "se taire" ; et l'adverbe aulu, "avant".

Ces études ont établi que les 10 langues originales du grand andamanais appartenaient à une seule famille. De plus, cette famille était unique en ce qu'elle avait un système grammatical basé sur le corps humain à tous les niveaux structurels. Une poignée d'autres langues autochtones, telles que le papantla totonaque, parlé au Mexique, et le matsés, parlé au Pérou et au Brésil, utilisaient également des termes faisant référence à des parties du corps pour former des mots. Mais ces termes ne s'étaient pas transformés en symboles abstraits, ni ne se sont propagés à toutes les autres parties du discours.

(Photo - tableau - schéma avec exemples de mots - verbes - adverbes, dérivés des 7 parties)

Plus important encore, la famille des langues semble être d'origine vraiment archaïque. Dans un processus d'évolution en plusieurs étapes, les mots décrivant diverses parties du corps s'étaient transformés en morphèmes faisant référence à différentes zones pour fusionner avec des mots basiques pour donner un sens. Parallèlement aux preuves génétiques, qui indiquent que les Grands Andamanais ont vécu isolés pendant des dizaines de milliers d'années, la grammaire suggère que la famille des langues est née très tôt, à une époque où les êtres humains conceptualisaient leur monde à travers leur corps. La structure à elle seule donne un aperçu d'une ancienne vision du monde dans laquelle le macrocosme reflète le microcosme, et tout ce qui est ou qui se passe est inextricablement lié à tout le reste.

ANCÊTRES, OISEAUX

Un matin sur Strait Island, j'ai entendu Boa Sr. parler aux oiseaux qu'elle nourrissait. J'ai écouté pendant un bon moment derrière une porte, puis je me suis montrée pour lui demander pourquoi elle leur parlait.

"Ils sont les seuls à me comprendre", a-t-elle répondu.

"Comment ça se fait?" J'ai demandé.

"Ne sais-tu pas qu'pas sont nos ancêtres ?"

J'ai essayé de réprimer un rire étonné, mais Boa l'a perçu. "Oui, ce sont nos ancêtres", a-t-elle affirmé. "C'est pourquoi nous ne les tuons ni ne les chassons. Tu devrais demander à Nao Jr.; il connaît peut-être l'histoire."

Nao ne s'en souvint pas tout de suite, mais quelques jours plus tard, il raconta l'histoire d'un garçon nommé Mithe qui était allé à la pêche. Il a attrapé un calmar, et en le nettoyant sur la plage, il a été avalé par un Bol , un gros poisson. Ses amis et sa famille sont venus le chercher et ont réalisé qu'un Bol l'avait mangé. Phatka, le plus intelligent des jeunes, a suivi la piste sale laissée par le poisson et a trouvé le Bol en eau peu profonde, la tête dans le sable. C'était un très grand, alors Phatka, Benge et d'autres ont appelé à haute voix Kaulo, le plus fort d'entre eux, qui est arrivé et a tué le poisson.

Mithe est sorti vivant, mais ses membres étaient engourdis. Ils allumèrent un feu sur la plage et le réchauffèrent, et une fois qu'il eut récupéré, ils décidèrent de manger le poisson. Ils le mirent sur le feu pour le faire rôtir. Mais ils avaient négligé de nettoyer correctement le poisson, et il éclata, transformant toutes les personnes présentes en oiseaux. Depuis ce moment-là, les Grands Andamanais conservent une affinité particulière avec Mithe, la Colombe Coucou Andaman ; Phatka, le corbeau indien ; Benge, l'aigle serpent Andaman; Kaulo, l'aigle de mer à ventre blanc ; Celene, le crabe pluvier; et d'autres oiseaux qu'ils considéraient comme des ancêtres.

Dans la vision de la nature des Grands Andamanais, la principale distinction était entre tajio, le vivant, et eleo , le non-vivant. Les créatures étaient tajio-tut-bech, "êtres vivants avec des plumes" - c'est-à-dire de l'air; tajio-tot chor, "êtres vivants à écailles", ou de l'eau ; ou tajio-chola, "êtres vivants de la terre". Parmi les créatures terrestres, il y avait des ishongo, des humains et d'autres animaux, et des tong, des plantes et des arbres. Ces catégories, ainsi que de multiples attributs d'apparence, de mouvement et d'habitudes, constituaient un système élaboré de classification et de nomenclature, que j'ai documenté pour les oiseaux en particulier. Parfois, l'étymologie d'un nom grand andamanais ressemblait à celle de l'anglais. Par exemple, Celene, composé de mots racines pour "crabe" et "épine", a été ainsi nommé parce qu'il craque et mange des crabes avec son bec dur et pointu.

La compréhension extrêmement détaillée de l'environnement naturel détenue par le peuple des Grands Andamanais (Nao Jr. nomma au moins six variétés de bords de mer et plus de 18 types d'odeurs) indique une culture qui a observé la nature avec un amour profond et un intérêt aigu. Considérant la nature comme un tout, ils ont cherché à examiner l'imbrication des forces qui construisent cet ensemble. L'espace était une construction culturelle, définie par le mouvement des esprits, des animaux et des humains le long d'axes verticaux et horizontaux. Dans la vision du monde des Grands Andamanais, l'espace et tous ses éléments naturels - le soleil, la lune, la marée, les vents, la terre et la forêt - constituaient ensemble le cosmos. Dans cette vision holistique, les oiseaux, les autres créatures et les esprits étaient tous interdépendants et faisaient partie intégrante du concept d'espace.

Le temps aussi était relatif, catégorisé en fonction d'événements naturels tels que la floraison des fleurs saisonnières, la disponibilité du miel - le calendrier du miel, pourrait-on l'appeler - le mouvement du soleil et de la lune, la direction des vents, la disponibilité des ressources alimentaires et le meilleur moment pour chasser le poisson ou d'autres animaux. Ainsi, lorsque la fleur de koroiny auro fleurit, les tortues et les poissons sont gras ; lorsque le bop taulo fleurit, les poissons bikhir, liot et bere sont abondants ; lorsque le loto taulo fleurit, c'est le meilleur moment pour attraper les poissons phiku et nyuri ; et quand le chokhoro taulo fleurissent, les cochons sont les plus gras et c'est le meilleur moment pour les chasser.

Même le "matin" et le "soir" étaient relatifs, selon la personne qui les vivait. Pour dire, par exemple, "Je te rendrai visite demain", on utiliserait ngambikhir, pour "ton demain". Mais dans la phrase "je finirai ça demain", le mot serait tambikhir, "mon demain". Le temps dépendait de la perspective de celui qui était impliqué dans l'événement.

Les mythes des Grands Andamanais indiquaient que leurs premiers ancêtres résidaient dans le ciel, comme dans une autre histoire que Nao Jr. m'a racontée.

Le premier homme, sortant du creux d'un bambou, trouva de l'eau, des tubercules, de l'argile fine et de la résine. Il modela un pot en argile, alluma un feu avec la résine, fit bouillir les tubercules dans le pot et savoura un repas copieux. Puis il fabriqua une figurine en argile et ll laissa sur le feu. À son étonnement et à sa joie, elle se transforma en femme. Ils eurent beaucoup d'enfants et étaient très heureux. Après un long séjour sur Terre, le couple partit pour un endroit au-dessus des nuages, rompant tous les liens avec ce monde.

Des larmes ont coulé sur les joues de Nao Jr. alors qu'il racontait ce conte de création, qui présentait tous les éléments de la vie : l'eau, le feu, la terre, l'espace et l'air. Pour cet homme solitaire - sa femme l'avait quitté il y a des années pour un autre homme -, créer une partenaire selon ses désirs était la fable romantique ultime. Alors que je lui avais demandé des histoires pour la première fois, il avait dit ne pas en avoir entendu depuis 40 ans et qu'il n'en avait pas pour moi faute de mémoire. Mais au cours de nombreuses soirées, avec le gazouillis des grillons et les cris des grenouilles à l'extérieur, il m'a raconté 10 histoires précieuses, presque inédites pour une langue au bord de l'extinction. Peut-être que l'une des raisons pour lesquelles nous nous sommes tellement liés était que nous étions tous les deux raupuch - quelqu'un qui a perdu un frère ou une sœur. Nao Jr. a été choqué d'apprendre que ni l'anglais ni aucune langue indienne n'a un tel mot. "Pourquoi?" Il a demandé. "n'aimez-vous pas vos frères et soeurs"

Nao Jr. a quitté ce monde en février 2009. Avec cette mort prématurée, il a emporté avec lui un trésor de connaissances qui ne pourra jamais être ressuscité et m'a laissé raupuch à nouveau. Boro Sr. est décédé en novembre et Boa Sr. en janvier 2010, laissant sa voix au travers de plusieurs chansons. Licho est décédé en avril 2020. À l'heure actuelle, seules trois personnes - Peje, Golat et Noe - parlent encore une langue de la grande famille andamanaise, dans leur cas le Jero. Ils ont tous plus de 50 ans et souffrent de diverses affections. Toute la famille de ces langues est menacée d'extinction imminente.

Sur les quelque 7 000 langues parlées par les humains aujourd'hui, la moitié se taira d'ici la fin de ce siècle. La survie à l'ère de la mondialisation, de l'urbanisation et des changements climatiques oblige les communautés autochtones à remplacer leurs modes de vie et leurs langues traditionnels par ceux de la société dominante. Quand l'ancienne génération ne peut plus enseigner la langue aux plus jeunes, une langue est condamnée. Et avec chaque langue perdue, nous perdons une mine de connaissances sur l'existence humaine, la perception, la nature et la survie. Pour donner le dernier mot à Boa Sr. : "Tout est parti, il ne reste plus rien – nos jungles, notre eau, notre peuple, notre langue. Ne laissez pas la langue vous échapper ! Tiens bon !"

Conversation avec A A sur les mystères les plus profonds de la physique quantique

A A est spécialiste de physique quantique. En 2022, il a obtenu le prix Nobel de physique pour ses travaux sur le phénomène d'" intrication quantique ", qui est au cœur de nombreuses technologies quantiques de nos jours.

Il a aussi plus largement contribué au domaine, souvent en explorant d'autres situations où les prédictions de la physique quantique sont très éloignées de notre intuition du monde physique. À cause de cette étrangeté, la physique quantique est souvent considérée comme inaccessible.

Dans cet entretien, sans prétendre tout expliquer de la mécanique quantique, Elsa Couderc et Benoît Tonson, chefs de rubrique Sciences et Technologies à The Conversation, espéraient transmettre ce qui fait le sel de la physique quantique et qui attise les passions encore aujourd'hui. Monsieur Aspect a bien voulu se prêter au jeu et revenir avec eux sur quelques étapes marquantes de sa carrière, les limites du monde quantique et l'essor des technologies quantiques aujourd'hui, entre recherche publique et recherche industrielle.

The Conversation : Pour aborder les travaux qui vous ont valu le prix Nobel, il faut revenir un peu en arrière, aux débuts de la théorie quantique. En effet, au tout début du XXe siècle, deux pères fondateurs de la physique quantique, Albert Einstein et Nils Bohr, s'écharpaient sur l'interprétation de la nouvelle théorie. Un des points de désaccord était lié au phénomène d'" intrication quantique ". L'intrication quantique, c'est le fait que deux particules séparées dans l'espace partagent des propriétés - à un point tel que l'on ne peut pas décrire complètement l'une sans décrire l'autre : il faut les décrire comme un tout. Einstein avait un problème avec cette idée, car cela signifiait pour lui que deux particules intriquées pourraient échanger de l'information instantanément sur de très grandes distances, c'est-à-dire plus rapidement que la vitesse de la lumière.

Avec vos expériences, vous avez montré qu'Einstein avait tort de ne pas admettre cette idée - ce que dit bien le titre de votre récent livre, paru chez Odile Jacob, Si Einstein avait su. Vous avez réalisé ces travaux à la fin des années 1970 et au début des années 1980, mais votre passion pour le sujet reste intacte. Pouvez-vous nous expliquer pourquoi ?

A A : Cette expérience m'a passionné parce qu'elle met vraiment en jeu la conception du monde d'Einstein.

Pour compléter le cours de l'histoire que vous soulignez, entre le débat Einstein-Bohr et mes travaux, il y a eu, en 1964, un physicien appelé John Bell. Bell a écrit des équations qui formalisent le désaccord historique entre Einstein et Bohr. À la suite des travaux de John Bell, John Clauser puis moi, puis d’autres encore, avons travaillé expérimentalement sur leur désaccord. J'ai eu l'honneur de montrer qu'Einstein avait tort dans une certaine mesure, mais j'ai mis ainsi en relief son immense mérite d'avoir mis le doigt sur une propriété extraordinaire de la physique quantique, l'intrication, dont les gens n'avaient probablement pas réalisé toute l'importance auparavant.

Mais j'ai beau avoir démontré qu'Einstein avait eu tort sur un sujet bien particulier, il reste pour moi un héros absolu ! Je l'admire énormément pour ses contributions à la physique quantique entre 1900 et 1925 et pour son article de 1935. Il faut ajouter que la clarté de tout ce qu'il a écrit est incroyable. John Bell l'avait aussi remarqué et avait résumé les choses ainsi :

" Bohr était incohérent, peu clair, obscur à dessein, mais il avait raison. Einstein était cohérent, clair, terre-à-terre, mais il avait tort. (Bohr was inconsistent, unclear, willfully obscure, and right. Einstein was consistent, clear, down-to-earth, and wrong). " Propos de John Bell, rapportés par Graham Farmelo, le 11 juin 2010, dans le New York Times.

The Conversation : Vous avez fait d'autres travaux importants par la suite. Est-ce que vous pouvez nous parler de vos préférés ?

A A : D'une part, à la fin des années 1980, j'ai travaillé avec Claude Cohen-Tannoudji au développement d'une méthode pour refroidir les atomes - qui est sa spécialité.

Comme la température est associée à la vitesse d'agitation des atomes, pour les refroidir, il faut en fait les ralentir. Notre méthode s'appelle le refroidissement " en dessous du recul du photon " parce qu'on a réussi à ralentir l'agitation thermique par de toutes petites quantités - plus petites que ce que l'on croyait possible avec les lois de la physique quantique, de l'ordre du milliardième de degré. Ainsi, je suis heureux et fier d'avoir un peu contribué au prix Nobel de Claude Cohen-Tannoudji, comme mes amis Jean Dalibard et Christophe Salomon en ce qui concerne un autre volet de son travail.

Une autre première mondiale me tient à cœur. C'est un sujet dont nous avons eu l'idée avec mon collaborateur Philippe Bouyer, en sortant d'une conférence au début des années 2000. Les chercheurs en physique de la matière condensée cherchaient depuis la fin des années 1950 à observer directement un phénomène appelé " localisation d'Anderson ", qui concerne des électrons dans un matériau désordonné. Le conférencier avait dit quelque chose du style " Il serait intéressant de mettre des atomes dans un milieu désordonné " (un milieu désordonné est un endroit où règne le désordre, par exemple avec des obstacles irréguliers). Avec Philippe, on s'est regardés dans la voiture et on s'est dit : " Cette expérience, que nous avons développée au laboratoire, nous pourrions la modifier pour essayer d'observer la localisation d'Anderson des atomes dans un désordre optique ». En effet, le but du groupe de recherche d'optique atomique, que j'ai monté à l'Institut d'optique, est de faire avec des atomes ce que l'on sait faire avec les photons ou les électrons. Par exemple, le groupe - dont je ne fais plus partie bien sûr, je suis à la retraite - essaye aujourd'hui de refaire mon expérience sur l'intrication quantique avec des atomes.

Pour revenir à la localisation d'Anderson, grâce au potentiel que nous créons avec des lasers, nous avons réussi à coincer des atomes ultrafroids (un milliardième de degré) dans un paysage désordonné, ce qui nous a permis d'observer directement la localisation d'Anderson. Nous avons aussi pu photographier une " fonction d'onde atomique ", c'est-à-dire la " forme " d'un atome bloqué dans notre structure de lasers. Cet article est très cité par la communauté de la matière condensée qui s'intéresse à ce sujet - ils ont été tellement étonnés de voir directement une fonction d'onde photographiée ! La localisation d'Anderson est un phénomène quantique très subtil, et je suis particulièrement fier de notre travail sur ce sujet.

The Conversation : Vous avez beaucoup travaillé sur les propriétés de particules individuelles, sur le refroidissement par exemple, ou celles de duos de particules pour l'intrication. Que se passe-t-il quand il y a de nombreuses particules ? Plus spécifiquement, pourquoi les lois de la physique ne semblent-elles pas les mêmes à petite et grande échelle, alors que les grandes structures sont constituées de petites particules ?

A A : Je vais vous donner la réponse standard à cette question - mais je dois préciser qu'à mon avis, cette réponse standard ne fait que reculer le problème d'un cran.

Voici la réponse standard : il est clair que, quand on a beaucoup de particules, on n'observe plus les propriétés quantiques. Sinon, on pourrait observer le fameux chat de Schrödinger, qui est à la fois vivant et mort - et on ne l'observe pas. On dit que c'est à cause de la " décohérence ".

La décohérence, c'est le fait que, quand des objets quantiques sont en interaction avec le monde extérieur, leurs propriétés quantiques disparaissent plus ou moins vite, d'une façon plus ou moins nette, mais de façon inévitable. Une partie de l'information quantique va en quelque sorte se diluer dans le monde extérieur, et donc les particules n'ont plus toutes leurs caractéristiques quantiques. Or, on peut montrer théoriquement que plus vous avez un grand nombre de particules, plus il faut que les perturbations de l'extérieur soient petites pour conserver les caractéristiques quantiques. En d'autres termes, pour pouvoir observer des propriétés quantiques avec un grand nombre de particules, il faut donc les isoler davantage du monde extérieur.

C'est l'objectif de tous les gens qui essayent aujourd'hui de construire un ordinateur quantique, dans lequel il faut avoir des centaines, des milliers, des dizaines de milliers de ce que l'on appelle des " bits quantiques ". Ce sont des particules quantiques que l'on arrive à intriquer sans qu'elles interagissent avec le monde extérieur.

The Conversation : Pour faire cet ordinateur quantique, est-ce que la difficulté est purement technologique, celle d'isoler davantage du monde extérieur, ou bien est-ce qu'il y a une limite intrinsèque, un nombre de particules que l'on ne peut plus intriquer ? Où est la limite entre le monde quantique et le monde classique ?

A A : Aujourd'hui, on a réussi à observer le phénomène d'intrication avec 1 000 particules, peut-être quelques milliers. Mais, de l'autre côté, dans n'importe quel objet à notre échelle, il y a 1023 particules (1 suivi de 23 zéros, soit cent mille milliards de milliards). Il y a une vingtaine d'ordres de grandeur entre les deux échelles, c'est un intervalle absolument gigantesque. D'où la question : et s'il y avait une limite absolue entre les deux mondes ? Ce serait une nouvelle loi de la physique, mais pour l'instant, on ne connaît pas cette limite.

Découvrir une telle loi serait formidable, même si, selon où cette limite se place, elle pourrait balayer nos espoirs de développer des ordinateurs quantiques.

Il se trouve que je suis cofondateur d'une start-up française, Pasqal, qui essaye de construire un ordinateur quantique qui soit une machine facile à utiliser pour les utilisateurs. Du coup, j'ai très envie que l'ordinateur quantique tienne ses promesses. Mais, d'un autre côté, si, en essayant de développer cet ordinateur quantique, on trouve qu'il y a une limite fondamentale entre monde quantique et monde macroscopique, je serais très heureux en tant que physicien ! En fait, je pense que je serais gagnant dans les deux cas : soit l'ordinateur quantique marche, et je suis gagnant parce qu'il y a une application à des phénomènes que j'ai étudiés il y a longtemps ; soit on aura trouvé une nouvelle loi de la physique, et ce serait absolument extraordinaire.

The Conversation : Est-ce que vous pouvez nous en dire un petit peu plus sur cette idée de limite fondamentale entre monde quantique et monde classique ?

A A : Non, pour l'instant, on n'en sait pas plus que ce que je vous ai dit, c'est-à-dire que la décohérence est le fait qu'il y a une partie de l'" information quantique " qui fuite vers l'extérieur, et que cela détruit les superpositions quantiques. Et que plus le nombre de particules intriquées est grand et plus la décohérence va être nocive -- donc il faut isoler les systèmes de plus en plus si on veut qu'ils restent quantiques.

Cependant, il y aurait tout de même peut-être une échappatoire à la décohérence, dont rêvent les physiciens.

En effet, on décrit les particules quantiques grâce à leur " état " - c'est-à-dire ce qui décrit tous les aspects de la particule. Quand vous avez de nombreuses particules intriquées, vous imaginez bien que décrire l'ensemble de particules peut devenir un peu long. Pour un grand nombre de particules, l'" espace des états ", c'est-à-dire l'ensemble de toutes les possibilités, est d'une taille absolument extraordinaire. Il suffit d'avoir 200 ou 300 bits quantiques intriqués pour que le nombre d'états possibles soit plus grand que le nombre de particules dans l'univers. Dans cet espace des états, on n'est pas à l'abri d'un coup de chance, comme on dit, qui nous fournirait un endroit protégé de la décohérence - un petit sous-ensemble de l'espace des états qui ne souffrirait pas de la décohérence. Si cet endroit existe, quelques états particuliers dans l'immense espace des états ne seraient pas détruits par les interactions avec le monde extérieur.

Il y a des efforts sérieux en ce sens. Quand vous entendez parler de bit quantique " topologique " par exemple, c'est bien de cela qu'il s'agit. Mais jusqu'à présent, on tâtonne encore dans ce domaine.

The Conversation : Pourquoi parlez-vous de la décohérence comme de quelque chose qui cache le problème, qui le repousse d'un cran ?

A A : En physique, il y a des choses que l'on peut expliquer rigoureusement à partir des lois fondamentales. Mais il y en a d'autres, qui sont absolument fonctionnelles - on sait qu'elles décrivent correctement les phénomènes que l'on observe - mais qu'on ne sait pas encore les démontrer à partir des premiers principes. Il faut les ajouter " à la main ", comme on dit. C'est le cas de la décohérence, mais c'est aussi le cas du second principe de la thermodynamique. La décohérence est une théorie fonctionnelle pour expliquer la perte des caractéristiques quantiques, mais on ne sait pas encore complètement la démontrer en toute généralité.

The Conversation : Quelles sont les frontières de la recherche fondamentale en mécanique quantique aujourd'hui, les grandes questions que se posent les chercheuses et les chercheurs ?

A A: Je vais d'abord préciser que cela fait douze ans que je ne dirige plus de groupe de recherche... Je m'intéresse à ces questionnements, mais je ne contribue plus à les formuler.

Cela étant, il me semble qu'il faut distinguer entre les problèmes à très long terme et ceux à plus court terme. Dans les problèmes à très long terme, on sait par exemple qu'il y a un problème entre la relativité générale et la physique quantique. C'est un problème de théoriciens, bien en dehors de mon domaine de compétences.

En revanche, dans les perspectives à plus court terme, et que je comprends, il y a les gens qui essayent d'observer le régime quantique avec des objets " macroscopiques ", en l'occurrence une membrane extrêmement tendue, qui vibre donc à une fréquence très élevée, et sur laquelle on commence à observer la quantification du mouvement oscillatoire. On touche là au problème que l'on a évoqué précédemment, celui de la limite entre monde quantique et monde macroscopique, puisqu'on commence à pouvoir étudier un objet qui est de dimension macroscopique et qui pourtant présente des phénomènes quantiques.

C'est une voie de recherche qui a l'avantage de ne pas être à l'échelle de décennies, mais plutôt à l'échelle des années, et qui peut nous aider à mieux comprendre cette limite entre le monde quantique et le monde classique. Pour cela, plusieurs systèmes sont envisagés, pas seulement les membranes, également des micromiroirs qui interagissent avec des photons.

The Conversation : Quelle taille font ces membranes ?

A A : Ces membranes peuvent être par exemple faites de matériaux 2D, un peu comme le graphène (réseau bidimensionnel d'atomes de carbone) : elles peuvent faire quelques millimètres de diamètre quand on les regarde par le dessus, mais seulement un atome d'épaisseur.

Ceci étant, ce n'est pas tant leur taille, mais leur fréquence de vibration qui est importante ici - c'est ça qui leur permet d'exhiber des propriétés quantiques. Les fréquences de vibration sont tellement élevées, comme quand on tend une corde de guitare, que l'on atteint des gammes de millions de hertz, soit des millions de vibrations par seconde. Quand le " quantum de vibration " (défini par Einstein en 1905 comme la fréquence multipliée par la constante de Planck) devient comparable à l'énergie thermique typique, c'est-à-dire quand la membrane vibre assez haut, l'agitation thermique vous gêne moins et vous pouvez observer des effets quantiques, à condition de refroidir suffisamment le système.

The Conversation : Y a-t-il d'autres avancées que vous suivez particulièrement et qui repoussent les limites fondamentales de la physique quantique ?

A A : Il faut bien sûr parler de tous ces efforts pour réaliser l'ordinateur quantique, qui suivent des voies toutes très intéressantes d'un point de vue de la physique fondamentale.

Il y a les voies qui utilisent des atomes neutres, ou des ions, ou des photons, pour fabriquer des bits quantiques. Ce sont des objets quantiques qui nous sont donnés par la nature. Par ailleurs, en matière condensée, que je connais personnellement moins bien, il y a des bits quantiques artificiels, basés sur des circuits supraconducteurs. Les matériaux supraconducteurs sont des matériaux bien particuliers, dans lesquels l'électricité peut se propager sans résistance - encore un phénomène quantique. Certains circuits, conçus spécialement, présentent des états quantiques spécifiques que l'on peut exploiter comme bits quantiques. À l'heure actuelle, on ne sait rendre des matériaux supraconducteurs qu'à très basse température.

L'avantage des objets quantiques naturels comme les photons, les ions et les atomes, c'est qu'ils sont parfaits par définition : tous les atomes de rubidium sont les mêmes, tous les photons de même fréquence sont les mêmes. Pour un expérimentateur, c'est une bénédiction.

Dans le domaine de la matière condensée, au contraire, les scientifiques fabriquent des circuits quantiques de façon artificielle, avec des supraconducteurs. Il faut les réaliser suffisamment bien pour que les circuits soient vraiment quantiques, tous identiques et avec les mêmes performances.

Et, en fait, quand on regarde l'histoire de la physique, on s'aperçoit qu'il y a des phénomènes qui sont démontrés avec des objets quantiques naturels. À partir du moment où on trouve que le phénomène est suffisamment intéressant, en particulier pour des applications, les ingénieurs arrivent progressivement à développer des systèmes artificiels qui permettent de reproduire le phénomène d'une façon beaucoup plus simple ou contrôlée. C'est pour cela je trouve que c'est intéressant de commencer par essayer l'ordinateur quantique avec des objets quantiques naturels, comme le fait Antoine Browaeys ici, à l'Institut d'optique, ou la start-up Quandela avec des photons.

The Conversation : On observe un fort engouement pour les technologies quantiques, dont certaines sont déjà opérationnelles, par exemple les gravimètres quantiques ou les simulateurs quantiques : quels sont les " avantages quantiques " déjà démontrés par les technologies opérationnelles aujourd'hui ?

A A : En ce qui concerne les gravimètres, c'est-à-dire les appareils qui mesurent la gravitation, la performance des gravimètres quantiques n'est pas meilleure que le meilleur des gravimètres classiques... sauf qu'au lieu de peser une tonne et d'avoir besoin de le déplacer avec une grue là où vous voulez aller mesurer la gravitation, c'est un appareil qui fait quelques dizaines de kilos et on peut le déplacer facilement sur les flancs d'un volcan pour savoir si le magma a des mouvements soudains, ce qui peut être un signe précurseur d'éruption. Dans ce cas-là, les performances ultimes des gravimètres quantiques ne sont pas meilleures que les performances ultimes des meilleurs systèmes classiques, mais la miniaturisation apporte des avantages certains.

The Conversation : Et pour l'ordinateur quantique ?

A A : En ce qui concerne l'ordinateur quantique, il faut d'abord définir le terme " avantage quantique ". Lorsqu'on vous annonce un avantage quantique obtenu en résolvant un problème que personne ne s'était jamais posé, on peut douter de l'intérêt. Par exemple, si vous faites passer un faisceau laser à travers un verre de lait, la figure lumineuse qui est derrière est une figure extrêmement compliquée à calculer. Ce calcul prendrait des années avec un ordinateur classique. Est-ce que je vais dire pour autant que mon verre de lait est un calculateur extraordinaire parce qu'il me donne le résultat d'un calcul infaisable ? Bien sûr que non. Certaines annonces d'avantage quantique relèvent d'une présentation analogue.

Par contre, ici à l'Institut d'optique, Antoine Browaeys a un simulateur quantique qui a répondu à un problème posé depuis longtemps : un problème de physiciens appelé le " problème d'Ising ". Il s'agit de trouver la configuration d'énergie minimale d'un ensemble de particules disposées régulièrement sur un réseau. Avec les ordinateurs classiques, on peut répondre au problème avec 80 particules maximum, je dirais. Tandis qu'avec son simulateur quantique, Antoine Browaeys a résolu le problème avec 300 particules. Il a incontestablement l'" avantage quantique ".

Il faut bien voir cependant que les physiciens qui étudiaient le problème avec des ordinateurs classiques ont été stimulés ! Ils ont alors développé des approximations qui permettent d'approximer le résultat à 300 particules, mais ils n'étaient pas certains que leurs approximations étaient correctes. Quant à Browaeys, il avait trouvé un résultat, mais il n'avait rien pour le vérifier. Quand ils ont constaté qu'ils ont trouvé la même chose, ils étaient tous contents. C'est une compétition saine -- c'est l'essence de la méthode scientifique, la comparaison de résultats obtenus par diverses méthodes.

J'en profite pour dire qu'il y a une deuxième acception du terme " avantage quantique ". Elle se situe sur le plan énergétique, c'est-à-dire qu'on a de bonnes raisons de penser qu'on pourra faire, avec des ordinateurs quantiques, des calculs accessibles aux ordinateurs classiques, mais en dépensant moins d'énergie. Dans le contexte actuel de crise de l'énergie, c'est un avantage quantique qui mérite d'être creusé. On sait ce qu'il faudrait faire en principe pour exploiter cet avantage énergétique : il faudrait augmenter la cadence des calculs : passer d'une opération toutes les secondes ou dixièmes de seconde à mille par seconde. C'est vraiment un problème technologique qui paraît surmontable.

En somme, l'avantage quantique, ça peut être soit la possibilité de faire des calculs inaccessibles aux ordinateurs classiques, soit la possibilité de répondre à des problèmes auxquels on pourrait répondre avec un ordinateur classique, mais en dépensant moins d'énergie.

The Conversation : Certaines technologies quantiques ne sont pas encore suffisamment matures pour être largement utilisables - par exemple l'ordinateur quantique. Pourtant, de grandes entreprises annoncent ces derniers mois des avancées notables : Google en décembre 2024 et Amazon Web Services en février 2025 sur les codes correcteurs d'erreurs, Microsoft en février aussi avec des qubits " topologiques ". Quel regard portez-vous sur cette arrivée des géants du numérique dans le domaine ?

A A : L'arrivée des géants du numérique, c'est tout simplement parce qu'ils ont énormément d'argent et qu'ils veulent ne pas rater une éventuelle révolution. Comme nous tous, ils ne savent pas si la révolution de l'ordinateur quantique aura lieu ou non. Mais si elle a lieu, ils veulent être dans la course.

En ce qui concerne les annonces, je veux être très clair en ce qui concerne celle de Microsoft au sujet des bits quantiques " topologiques ". Cette annonce est faite par un communiqué de presse des services de communication de Microsoft, et elle n'est vraiment pas étayée par l'article publié par les chercheurs de Microsoft dans Nature, qui est une revue scientifique avec évaluation par les pairs - c'est-à-dire des chercheurs qui savent de quoi il en retourne et qui ne laissent pas publier des affirmations non justifiées.

Le communiqué de presse prétend qu'ils ont observé les fameux " fermions de Majorana " - un candidat au poste de bit quantique " topologique ", c'est-à-dire dans le fameux sous-ensemble de l'espace des états qui serait protégé de la décohérence.

De leur côté, les chercheurs, dans l'article, disent qu'ils ont observé un phénomène qui pourrait - qui pourrait ! - être interprété, peut-être, par des fermions de Majorana. C'est extrêmement différent. De plus, le communiqué de presse évoque déjà le fait qu'ils vont avoir une puce dans laquelle il y aura un million de fermions de Majorana, alors qu'on n'est même pas sûr d'en avoir un seul. Je vous laisse apprécier !

The Conversation : Cette implication de la recherche privée risque-t-elle de déplacer l'engouement de la recherche publique vers d'autres sujets ? Quel regard portez-vous sur l'équilibre entre recherche publique et recherche privée ?

A A : Il y a des choses qui sont à la mode à un moment, puis qu'on oublie. Mais c'est normal, car il y a une forme de sélection naturelle des idées dans la recherche. Par exemple, en ce qui concerne les bits quantiques, cela fait quinze ans que la Commission européenne me demande sur quel type de bit quantique focaliser les efforts - on les a répertoriés tout à l'heure : photons, atomes, ions, circuits supraconducteurs, silicium... Je leur réponds, encore aujourd'hui, que je suis incapable de le leur dire. C'est le rôle de la puissance publique de financer le long terme.

Il faut laisser les chercheurs avancer et, à un moment donné, il y aura probablement une ou deux pistes qui se révéleront meilleures que les autres. Et bien sûr, on ralentira la recherche sur les autres. C'est ça, la sélection naturelle des idées.

The Conversation : Les acteurs privés ont d'ailleurs tous misé sur des candidats différents pour leurs bits quantiques...

A A : C'est vrai, mais une des caractéristiques du privé, c'est d'être très réactif. Donc le jour où ils réaliseront que leur choix de bit quantique n'est pas le bon, ils vont instantanément arrêter et passer à un choix qui s'est révélé meilleur. D'ailleurs, sur le plan de l'ingénierie, je dois dire que ce qui se fait dans le privé est tout à fait remarquable du point de vue de la réactivité. La recherche académique est meilleure pour laisser mûrir les idées, ce qui est une phase indispensable.

Il faut reconnaître que ces acteurs privés mettent beaucoup plus d'argent que le public, en revanche, ils n'ont pas le long terme devant eux. Or, il ne suffit pas de déverser des sommes énormes d'argent pour accélérer la recherche.

La recherche demande aussi une maturation des idées ; et ce n'est pas parce que vous avez dix fois plus d'argent que vous allez dix fois plus vite. Il y a à la fois des évolutions dans les idées et, parfois aussi, des évolutions technologiques inattendues. J'ai pu observer ces effets de maturation et de paliers lors de ma longue expérience d'évaluation des systèmes de recherche en France, en Allemagne et dans d'autres pays.

De ce point de vue, il est primordial que la recherche publique conserve des financements non fléchés, qu'on appelle " blancs ". Je pense qu'il n'est pas illégitime qu'un État qui met beaucoup d'argent dans la recherche signale que, sur tel et tel sujet, il aimerait que les gens travaillent et qu'il mette de l'argent là-dedans. Le point essentiel, c'est de laisser la place à d'authentiques sujets blancs, proposés par les chercheurs alors qu'ils ne figuraient dans aucun programme. C'est grâce à un projet non fléché que nous avons pu observer la localisation d'Anderson, par exemple. On ne peut pas tout prévoir sur le long terme.

Et puis il faut aussi que l'information circule pour que d'autres chercheurs s'emparent des avancées, et puissent les adopter. D'où l'importance des publications, qui sont l'occasion de partager ses résultats avec les autres chercheurs ; et d'où les réserves que l'on doit avoir sur la confidentialité, même s'il est clair que cette confidentialité est nécessaire dans certains domaines spécifiques.

Il arrive parfois qu’une personne puisse nommer le moment exact où sa vie a changé de manière irrévocable. Pour Cleve Backster, ce fut tôt le matin du 2 février 1966, treize minutes et cinquante-cinq secondes après le début d'un test polygraphique qu'il administrait. Backster, un expert en polygraphie de premier plan dont le test de comparaison de zones Backster est la norme mondiale en matière de détection de mensonge, avait à ce moment-là menacé le bien-être de son sujet de test. Le sujet répondit électrochimiquement à sa menace. Le sujet était une plante.

Depuis lors, Backster a mené des centaines d’expériences démontrant non seulement que les plantes réagissent à nos émotions et à nos intentions, mais aussi les feuilles coupées, les œufs (fécondés ou non), les yaourts et les échantillons de cellules humaines. Il a découvert, par exemple, que les globules blancs prélevés dans la bouche d'une personne et placés dans un tube à essai réagissent toujours électrochimiquement aux états émotionnels du donneur, même lorsque celui-ci est hors de la pièce, du bâtiment ou de l'État.

J'ai entendu parler du travail de Backster pour la première fois quand j'étais enfant. Ses observations ont confirmé une compréhension que j’avais alors, une compréhension que même un diplôme en physique ne pourrait éradiquer plus tard : que le monde est vivant et sensible.

J'ai parlé avec Backster à San Diego, trente et un ans et vingt-deux jours après sa première observation, et à un continent entier du bureau de Times Square à New York où il avait autrefois travaillé et vécu. Avant de commencer, il a placé du yaourt dans un tube à essai stérilisé, a inséré deux électrodes en or et a allumé la mire d'enregistrement. J'étais excité, mais dubitatif. Nous avons commencé à parler et le stylo s'est tortillé de haut en bas. Puis, juste au moment où je reprenais mon souffle avant d'être en désaccord avec quelque chose qu'il avait dit, le stylo sembla vaciller. Mais est-ce que ça avait vraiment bougé, ou est-ce que je voyais seulement ce que je voulais voir ?

À un moment donné, alors que Backster était hors de la pièce, j'ai essayé d'exprimer ma colère en pensant aux forêts coupées à blanc et aux politiciens qui les sanctionnent, aux enfants maltraités et à leurs agresseurs. Mais la ligne représentant la réponse électrochimique du yaourt est restée parfaitement plate. Peut-être que le yaourt ne m'intéressait pas. Perdant moi-même tout intérêt, j'ai commencé à errer dans le laboratoire. Mes yeux sont tombés sur un calendrier qui, après une inspection plus approfondie, s'est avéré être une publicité pour une compagnie maritime. J’ai ressenti une soudaine montée de colère face à l’omniprésence de la publicité. Puis j'ai réalisé : une émotion spontanée ! Je me suis précipité vers le graphique et j'y ai vu un pic soudain correspondant apparemment au moment où j'avais vu l'annonce.

Au retour de Backster, j’ai continué l’entretien, toujours excité et peut-être un peu moins sceptique.

Jensen : Pouvez-vous nous raconter en détail comment vous avez remarqué pour la première fois une réaction électrochimique dans une plante ?

Backster : C'était une plante de canne à sucre dracaena que j'avais dans mon laboratoire à Manhattan. Les plantes ne m'intéressaient pas particulièrement, mais il y avait une vente suite à une cessation d'activité chez un fleuriste au rez-de-chaussée de l'immeuble, et la secrétaire avait acheté quelques plantes pour le bureau : une plante à caoutchouc et cette dracaena. J'avais arrosé ces plantes jusqu'à saturation – en les mettant sous le robinet jusqu'à ce que l'eau coule du fond des pots – et j'étais curieux de voir combien de temps il faudrait à l'humidité pour atteindre le sommet. J'étais particulièrement intéressé par le dracaena, car l'eau devait remonter le long d'un long tronc, puis ressortir jusqu'au bout des longues feuilles. Je pensais que si je plaçais le détecteur de réponse galvanique cutanée du polygraphe au bout de la feuille, une baisse de résistance serait enregistrée sur le papier à mesure que l'humidité arriverait entre les électrodes.

C’est du moins ma façon de voir les choses. Je ne sais pas s’il y avait une autre raison, plus profonde, à mon action. Il se pourrait que mon subconscient m'ait poussé à faire ça – je ne sais pas.

En tout cas, j’ai remarqué quelque chose sur le graphique qui ressemblait à une réponse humaine sur un polygraphe : ce n’est pas du tout ce à quoi j’aurais pu m’attendre si de l’eau pénétrait dans une feuille. Les détecteurs de mensonge fonctionnent sur le principe selon lequel lorsque les gens perçoivent une menace pour leur bien-être, ils réagissent physiologiquement de manière prévisible. Par exemple, si vous effectuez un test polygraphique dans le cadre d’une enquête pour meurtre, vous pourriez demander à un suspect : " Est-ce vous qui avez tiré le coup mortel ? " Si la vraie réponse était oui , le suspect craindrait de mentir et les électrodes placées sur sa peau détecteraient la réponse physiologique à cette peur. J’ai donc commencé à réfléchir à des moyens de menacer le bien-être de la plante. J’ai d’abord essayé de tremper une de ses feuilles dans une tasse de café chaud. La plante, au contraire, montrait de l’ennui – la ligne sur le graphique continuait de baisser.

Puis, à treize minutes et cinquante-cinq secondes de temps graphique, l'idée m'est venue à l'esprit de brûler la feuille. Je n'ai pas verbalisé l'idée ; Je n'ai pas touché à la plante ; Je n'ai pas touché au matériel. Pourtant, la plante s'est comme affolée. Le stylo a sauté du haut du graphique. La seule chose à laquelle il avait pu réagir était mon image mentale.

Ensuite, j'ai récupéré quelques allumettes sur le bureau de mon secrétaire et, en allumant une, j'ai fait quelques passages sur la feuille. Cependant, j'ai réalisé que je constatais déjà une réaction si extrême qu'aucune augmentation ne serait perceptible. J'ai donc essayé une approche différente : j'ai éloigné la menace en remettant les allumettes sur le bureau du secrétaire. La plante s'est immédiatement calmée.

J’ai tout de suite compris qu’il se passait quelque chose d’important. Je ne trouvais aucune explication scientifique conventionnelle. Il n'y avait personne d'autre dans le laboratoire et je ne faisais rien qui aurait pu déclencher un mécanisme de déclenchement. A partir de ce moment, ma conscience n'a plus été la même. Toute ma vie a été consacrée à étudier ce phénomène.

Après cette première observation, j’ai parlé à des scientifiques de différents domaines pour obtenir leurs explications sur ce qui se passait. Mais cela leur était totalement étranger. J’ai donc conçu une expérience pour explorer plus en profondeur ce que j’ai commencé à appeler la perception primaire.

Jensen : Pourquoi " perception primaire " ?

Backster : Je ne puis nommer ce dont j'ai été témoin perception extrasensorielle, car les plantes ne possèdent pas la plupart des cinq sens. Cette perception de la part de la plante semblait se produire à un niveau beaucoup plus basique – ou primaire.

Quoi qu’il en soit, ce qui a émergé est une expérience dans laquelle j’ai fait tomber automatiquement les crevettes de saumure, à intervalles aléatoires, dans de l’eau frémissante, tandis que la réaction des plantes était enregistrée à l’autre bout du laboratoire.

Jensen : Comment pouviez-vous savoir si les plantes réagissaient à la mort de la crevette ou à vos émotions ?

Backster : Il est très difficile d'éliminer le lien entre l'expérimentateur et les plantes testées. Même une brève association avec les plantes – quelques heures seulement – ​​suffit pour qu’elles s’adaptent à vous. Ensuite, même si vous automatisez et randomisez l’expérience et quittez le laboratoire, ce qui garantit que vous ignorez totalement le moment où l’expérience commence, les plantes resteront à votre écoute, peu importe où vous irez. Au début, mon partenaire et moi allions dans un bar situé à un pâté de maisons, mais au bout d'un certain temps, nous avons commencé à soupçonner que les plantes réagissaient, non pas à la mort des crevettes saumâtres, mais à l'augmentation et à la diminution du niveau d'excitation dans nos conversations.

Finalement, quelqu'un d'autre a acheté les plantes et les a stockées dans une autre partie du bâtiment. Le jour de l’expérience, nous sommes allés chercher les plantes, les avons amenées, les avons branchées et sommes partis. Cela signifiait que les plantes étaient seules dans un environnement étrange, avec seulement la pression des électrodes et un petit filet d'électricité traversant leurs feuilles. Parce qu’il n’y avait pas d’humains avec lesquels s’harmoniser, elles ont commencé à " regarder autour " de leur environnement. Ce n’est qu’à ce moment-là que quelque chose d’aussi subtil que la mort des artémias a été capté par les plantes.

Jensen : Les plantes s'adaptent-elles uniquement aux humains, ou également aux autres créatures vivantes de leur environnement ?

Backster : Je vais répondre à cette question avec un exemple. Souvent, je branche une plante et je m'occupe de mes affaires, puis j'observe ce qui la fait réagir. Un jour, je faisais bouillir de l'eau dans une bouilloire pour faire du café. Puis j’ai réalisé que j’avais besoin de la bouilloire pour autre chose, alors j’ai versé l’eau bouillante dans l’évier. Le végétal en question, surveillé, a réagi énormément à cela. Maintenant, si vous ne mettez pas de produits chimiques ou d’eau chaude dans l’évier pendant une longue période, une jungle microscopique commence à s’y développer. Il s’est avéré que la plante réagissait à la mort des microbes présents dans les égouts.

À maintes reprises, j'ai été étonné de constater que la capacité de perception s'étend jusqu'au niveau bactérien. Un échantillon de yaourt, par exemple, réagira lorsqu'un autre est nourri, comme pour dire : " Celui-là reçoit de la nourriture. Où est la mienne? " Cela se produit avec un certain degré de répétabilité. Ou si vous déposez des antibiotiques dans l’autre échantillon, le premier échantillon de yaourt montre une énorme réponse à la mort de l’autre. Et il n’est même pas nécessaire qu’il s’agisse de bactéries du même type pour que cela se produise. Mon premier chat siamois ne mangeait que du poulet. J'en gardais un cuit dans le réfrigérateur du laboratoire et en retirais un morceau chaque jour pour nourrir le chat. Au moment où j'arriverais à la fin, la carcasse serait assez vieille et des bactéries auraient commencé à s'y développer. Un jour, j'ai fait brancher du yaourt, et alors que je sortais le poulet du réfrigérateur et commençais à retirer des lanières de viande, le yaourt a répondu. Ensuite, je mets le poulet sous une lampe chauffante pour le ramener à température ambiante.

Jensen : Vous avez visiblement chouchouté votre chat.

Backster : Je n'aurais pas voulu que le chat doive manger du poulet froid ! Quoi qu’il en soit, la chaleur frappant les bactéries a provoqué une énorme réaction dans le yaourt.

Jensen : Comment saviez-vous que vous n'aviez pas d'influence sur cela ?

Backster : Je n’étais pas au courant de la réaction à l’époque. Vous voyez, j'avais installé des commutateurs pip partout dans le laboratoire ; chaque fois que j'effectuais une action, j'appuyais sur un interrupteur, ce qui plaçait une marque sur un tableau distant. Ce n’est que plus tard que j’ai comparé la réaction du yaourt à ce qui s’était passé en laboratoire.

Jensen : Et quand le chat a commencé à ingérer le poulet ?

Backster : Chose intéressante, les bactéries semblent avoir un mécanisme de défense tel qu'un danger extrême les amène dans un état similaire à un choc : en fait, elles s'évanouissent. De nombreuses plantes font cela également ; si vous les harcelez suffisamment, elles se bloquent. C'est apparemment ce que les bactéries ont fait, car dès qu'elles ont touché le système digestif du chat, le signal s'est éteint. À partir de ce moment-là, la ligne est plate.

Jensen : Le Dr David Livingstone, l'explorateur africain, a été mutilé par un lion. Il a déclaré plus tard que lors de l'attaque, il n'avait pas ressenti de douleur, mais plutôt un sentiment de bonheur. Il a dit que cela n'aurait posé aucun problème de se livrer au lion.

Backster : Une fois, j'étais dans un avion et j'avais avec moi un petit compteur à réponse galvanique alimenté par batterie. Juste au moment où les agents de bord commençaient à servir le déjeuner, j'ai dit à l'homme assis à côté de moi : " Vous voulez voir quelque chose d'intéressant ? J'ai mis un morceau de laitue entre les électrodes, et quand les gens ont commencé à manger leurs salades, nous avons eu des réactions, mais elles se sont arrêtées car les feuilles étaient en état de choc. " Attendez qu'ils récupèrent les plateaux ", dis-je, "et voyez ce qui se passe." Lorsque les préposés ont retiré nos repas, la laitue a retrouvé sa réactivité. Le fait est que la laitue passait dans un état de latence pour ne pas souffrir. Quand le danger est parti, la réactivité est revenue. Cet arrêt de l’énergie électrique au niveau cellulaire est lié, je crois, à l’état de choc chez les humains.

Les cellules extérieures au corps réagissent toujours aux émotions que vous ressentez, même si vous êtes à des kilomètres de vous. La plus grande distance que nous avons testée est d’environ trois cents milles.

Jensen : Vous avez donc testé des plantes, des bactéries, des feuilles de laitue. . .

Backster : Et des œufs. J'ai eu un Doberman pinscher pendant un certain temps et je lui donnais un œuf par jour. Un jour, j'avais une plante reliée à un grand compteur à réponse galvanique, et alors que je cassais un œuf pour nourrir le chien, le compteur est devenu fou. Après cela, j’ai passé des centaines d’heures à surveiller les œufs, fécondés et non fécondés, c'est pareil ; c'est toujours une cellule vivante.

Après avoir travaillé avec des plantes, des bactéries et des œufs, j’ai commencé à me demander comment les animaux réagiraient. Mais je n’arrivais pas à faire en sorte qu’un chat ou un chien reste immobile assez longtemps pour effectuer une surveillance significative. J'ai donc pensé essayer les spermatozoïdes humains, qui sont capables de rester vivants en dehors du corps pendant de longues périodes et sont certainement assez faciles à obtenir. Dans cette expérience, l’échantillon du donneur était placé dans un tube à essai doté d’électrodes et le donneur était séparé du sperme par plusieurs pièces. Ensuite, le donneur a inhalé du nitrite d'amyle, qui dilate les vaisseaux sanguins et est classiquement utilisé pour arrêter un accident vasculaire cérébral. Le simple fait d’écraser le nitrite d’amyle a provoqué une réaction importante du sperme, et lorsque le donneur a inhalé, le sperme s’est déchaîné.

Cependant, je ne pouvais pas poursuivre ces recherches. Cela aurait été scientifiquement valable, mais politiquement stupide. Les sceptiques dévoués m'auraient sans doute ridiculisé en me demandant où se trouvait mon masturbatorium, etc.

Puis j’ai rencontré un chercheur dentaire qui avait mis au point une méthode de collecte de globules blancs dans la bouche. C’était politiquement faisable, facile à réaliser et ne nécessitait aucune surveillance médicale. J'ai commencé à faire des expériences enregistrées sur écran partagé, avec l'affichage du graphique superposé au bas d'un écran montrant les activités du donneur. Nous avons prélevé des échantillons de globules blancs, puis renvoyé les gens chez eux pour regarder un programme télévisé présélectionné susceptible de susciter une réaction émotionnelle – par exemple, montrer à un vétéran de Pearl Harbor un documentaire sur les attaques aériennes japonaises. Ce que nous avons découvert, c'est que les cellules situées à l'extérieur du corps réagissent toujours aux émotions que vous ressentez, même si elles sont à des kilomètres de vous.

La plus grande distance que nous avons testée est d’environ trois cents milles. Brian O'Leary, qui a écrit Exploring Inner and Outer Space , a laissé ses globules blancs ici à San Diego, puis s'est envolé pour Phoenix. En chemin, il a gardé une trace des événements qui l'avaient agacé, en notant soigneusement l'heure de chacun. La corrélation est restée, même sur cette distance.

Jensen : Les implications de tout cela...

Backster : – sont stupéfiantes, oui. J'ai des tiroirs remplis de données anecdotiques de haute qualité montrant à maintes reprises comment les bactéries, les plantes, etc. sont toutes incroyablement en harmonie les unes avec les autres. Les cellules humaines ont elles aussi cette capacité de perception primaire, mais d'une manière ou d'une autre, elle s'est perdue au niveau conscient. Ou peut-être n’avons-nous jamais eu un tel talent.

Je soupçonne que lorsqu’une personne est suffisamment avancée spirituellement pour gérer de telles perceptions, elle sera correctement à l’écoute. En attendant, il serait peut-être préférable de ne pas être à l’écoute, à cause des dommages que nous pourrions causer en manipulant mal les informations reçues.

Nous avons tendance à nous considérer comme la forme de vie la plus évoluée de la planète. C'est vrai, nous réussissons très bien dans nos efforts intellectuels. Mais ce n’est peut-être pas le critère ultime permettant de juger. Il se pourrait que d’autres formes de vie soient plus avancées spirituellement. Il se pourrait également que nous nous approchons de quelque chose qui nous permettra d'améliorer notre perception en toute sécurité. De plus en plus de personnes travaillent ouvertement dans ces domaines de recherche encore marginalisés. Par exemple, avez-vous entendu parler du travail de Rupert Sheldrake avec les chiens ? Il installe une caméra d'enregistrement du temps sur le chien à la maison et sur le compagnon humain au travail. Il a découvert que, même si les gens rentrent du travail à une heure différente chaque jour, au moment où la personne quitte le travail, le chien de la maison se dirige vers la porte.

Jensen : Comment la communauté scientifique a-t-elle accueilli votre travail ?

Backster : À l’exception de scientifiques marginalisés comme Sheldrake, la réponse a été d’abord la dérision, puis l’hostilité, et maintenant surtout le silence.

Au début, les scientifiques appelaient la perception primaire " l’effet Backster ", espérant peut-être pouvoir banaliser les observations en leur donnant le nom de cet homme sauvage qui prétendait voir des choses qui avaient échappé à la science dominante. Le nom est resté, mais comme la perception primaire ne peut pas être facilement écartée, ce n'est plus un terme de mépris.

Au moment même où les scientifiques ridiculisaient mon travail, la presse populaire lui prêtait une très grande attention, dans des dizaines d'articles et dans des livres, comme The Secret Life of Plants de Peter Tompkins . Je n’ai jamais demandé aucune attention et je n’en ai jamais profité. Les gens sont toujours venus me chercher des informations.

Pendant ce temps, la communauté botanique était de plus en plus mécontente. Ils voulaient " aller au fond de toutes ces absurdités " et prévoyaient de résoudre le problème lors de la réunion de 1975 de l’Association américaine pour l’avancement de la science à New York. Arthur Galston, un botaniste bien connu de l'Université de Yale, a réuni un groupe restreint de scientifiques pour, à mon avis, tenter de discréditer mon travail ; il s’agit d’une réponse typique de la communauté scientifique aux théories controversées. J'avais déjà appris qu'on ne se lance pas dans ces combats pour gagner ; vous y allez pour survivre. Et c’est exactement ce que j’ai pu faire.

Ils en sont maintenant arrivés au point où ils ne peuvent plus contrer mes recherches, leur stratégie consiste donc simplement à m'ignorer et à espérer que je m'en aille. Bien sûr, cela ne fonctionne pas non plus.

Jensen : Quelle est leur principale critique ?

Backster : Le gros problème – et c’est un gros problème en ce qui concerne la recherche sur la conscience en général – est la répétabilité. Les événements que j'ai observés ont tous été spontanés. Elles doivent être. Si vous les planifiez à l'avance, vous les avez déjà modifiés. Tout se résume à ceci : répétabilité et spontanéité ne font pas bon ménage, et aussi longtemps que les membres de la communauté scientifique insisteront trop sur la répétabilité dans la méthodologie scientifique, ils n’iront pas très loin dans la recherche sur la conscience.

Non seulement la spontanéité est importante, mais l’intention l’est aussi. Vous ne pouvez pas faire semblant. Si vous dites que vous allez brûler une feuille sur la plante, mais que vous ne le pensez pas, rien ne se passera. J'entends constamment des gens de tout le pays vouloir savoir comment provoquer des réactions chez les plantes. Je leur dis : " Ne faites rien. Allez à votre travail; prenez des notes sur ce que vous faites à des moments précis et comparez-les plus tard à votre enregistrement graphique. Mais ne planifiez rien, sinon l’expérience ne fonctionnera pas. " Les gens qui font cela obtiennent souvent les mêmes résultats que moi et remportent le premier prix aux expo-sciences. Mais lorsqu'ils arrivent au cours de biologie 101, on leur dit que ce qu'ils ont vécu n'est pas important.

Il y a eu quelques tentatives de la part des scientifiques pour reproduire mon expérience avec les crevettes Artemia, mais elles se sont toutes révélées inadéquates sur le plan méthodologique. Lorsqu’ils ont appris qu’ils devaient automatiser l’expérience, ils se sont simplement rendus de l’autre côté d’un mur et ont utilisé la télévision en circuit fermé pour regarder ce qui se passait. De toute évidence, ils ne retiraient pas leur conscience de l’expérience, il leur était donc très facile d’échouer. Et soyons honnêtes : certains scientifiques ont été soulagés lorsqu’ils ont échoué, car le succès aurait été contraire à l’ensemble des connaissances scientifiques.

Jensen : L'accent mis sur la répétabilité semble anti-vie, car la vie elle-même n'est pas reproductible. Comme Francis Bacon l’a clairement indiqué, la répétabilité est inextricablement liée au contrôle, et le contrôle est fondamentalement l’essence même de la science occidentale, de la culture occidentale. Pour que les scientifiques abandonnent la répétabilité, ils devraient abandonner le contrôle, ce qui signifie qu’ils devraient abandonner la culture occidentale, et cela n’arrivera pas tant que cette civilisation ne s’effondrera pas sous le poids de ses propres excès écologiques.

Backster : J’ai renoncé à lutter contre d’autres scientifiques sur ce point. Mais je sais que s’ils réalisent mon expérience, même si elle échoue, ils verront quand même des choses qui changeront leur conscience. Ils ne seront plus jamais tout à fait les mêmes.

Des gens qui n’auraient rien dit il y a vingt ans me disent souvent : " Je pense que je peux maintenant vous dire en toute sécurité à quel point vous avez vraiment changé ma vie avec ce que vous faisiez au début des années soixante-dix. " À l’époque, ces scientifiques ne pensaient pas avoir le luxe de faire bouger les choses ; leur crédibilité, et donc leurs demandes de subvention, en auraient été affectées.

Jensen : En regardant votre travail, nous sommes confrontés à plusieurs options : Nous pouvons croire que vous mentez, ainsi que tous ceux qui ont déjà fait des observations similaires. On peut croire que ce que vous dites est vrai, ce qui nécessiterait de retravailler toute la notion de répétabilité dans la méthode scientifique, ainsi que nos notions de conscience, de communication, de perception, etc. Ou bien on peut croire que vous avez commis une erreur. Est-il possible que vous ayez négligé une explication strictement mécaniste de vos observations ? Un scientifique a dit qu’il devait y avoir un fil lâche dans votre détecteur de mensonge.

Backster : En trente et un ans de recherche, c'est comme si j'avais " desserré tous les noeuds ". Non, je ne vois aucune solution mécaniste. Certains parapsychologues pensent que je maîtrise l'art de la psychokinésie, que je fait bouger les aiguilles et autres indicateurs avec mon esprit – ce qui serait en soi une très bonne astuce. Mais ils négligent le fait que j'ai automatisé et randomisé de nombreuses expériences, de sorte que je ne suis même conscient de ce qui se passe que plus tard, lorsque j'étudie les graphiques et les bandes vidéo qui en résultent. Les explications conventionnelles sont devenues assez minces. L’une de ces explications, proposée dans un article du Harper’s, était l’électricité statique : si vous vous déplacez à travers la pièce et touchez la plante, vous obtenez une réponse. Mais bien sûr, je touche rarement la plante pendant l'observation, et de toute façon cette réaction serait totalement différente.

Jensen : Alors, quel est le signal capté par la plante ?

Backster : Je ne sais pas. Quoi qu’il en soit, je ne crois pas que le signal se dissipe à distance, comme ce serait le cas si nous avions affaire à un phénomène électromagnétique. Le signal de Phoenix, par exemple, était aussi fort que si Brian O'Leary avait été dans la pièce voisine.

Nous avons également tenté d'obstruer le signal à l'aide de plomb et d'autres matériaux, mais nous ne pouvons pas l'arrêter. Cela me fait penser que le signal ne va pas réellement d'ici à là, mais se manifeste plutôt à différents endroits. Je soupçonne que le signal ne prend pas de temps pour se déplacer. Il n'y a aucun moyen, en utilisant les distances terrestres, de tester cela, car si le signal était électromagnétique, il se propagerait à la vitesse de la lumière, et les retards biologiques consommeraient plus que la fraction de seconde qu'il faudrait au signal pour se propager. La seule façon de tester cela serait dans l’espace.

Certains physiciens quantiques soutiennent cette conviction – selon laquelle le signal ne dépend ni du temps ni de la distance. Il existe une théorie quantique appelée théorème de Bell, qui stipule que deux atomes éloignés l'un de l'autre changent parfois simultanément la direction de leur rotation.

Bien entendu, tout cela nous amène fermement sur le territoire du métaphysique et du spirituel. Pensez à la prière, par exemple. Si vous deviez prier Dieu, et que Dieu se trouvait de l’autre côté de la galaxie, et que votre prière voyageait à la vitesse de la lumière, vos os seraient depuis longtemps poussière avant que Dieu puisse répondre. Mais si Dieu – quelle que soit la manière dont vous définissez Dieu – est partout, la prière n'a pas besoin de voyager.

Jensen : Soyons plus concrets. Vous avez une image mentale de la plante en train de brûler et la plante réagit. Que se passe-t-il précisément à cet instant ? Comment la plante sait-elle réagir ?

Backster : Je ne prétends pas savoir. En fait, j’ai attribué une grande partie de ma réussite à pouvoir rester actif dans ce domaine – et à ne pas avoir été discrédité – au fait que je ne prétends pas le savoir. Vous voyez, si je donne une explication erronée, peu importe la quantité de données dont je dispose ou le nombre d’observations de qualité que j’ai faites. La communauté scientifique dominante utilisera l’explication incorrecte comme excuse pour rejeter mes données et mes observations. J'ai donc toujours dit que je ne savais pas comment cela se produisait. Je suis un expérimentateur, pas un théoricien.

Jensen : La capacité des plantes à percevoir l'intention me suggère une redéfinition radicale de la conscience.

Backster : Vous voulez dire que cela supprimerait la notion de conscience comme quelque chose sur lequel les humains ont le monopole ?

Jensen : Les humains et autres animaux dits supérieurs. Selon la pensée occidentale, parce que les plantes n’ont pas de cerveau, elles ne peuvent pas avoir de conscience.

Backster : Je pense que la science occidentale exagère le rôle du cerveau dans la conscience. Des livres entiers ont été écrits sur la conscience de l’atome. La conscience pourrait exister à un tout autre niveau. De très bonnes recherches ont été réalisées sur la survie de la conscience après la mort corporelle. Tout cela pointe vers l’idée selon laquelle la conscience n’a pas besoin d’être spécifiquement liée à la matière grise. Cette notion est une autre camisole de force dont nous devons nous débarrasser. Le cerveau a peut-être quelque chose à voir avec la mémoire, mais on peut affirmer avec force qu’une grande partie de notre mémoire n’y est pas stockée.

Jensen : La notion de mémoire corporelle est familière à tout athlète : lorsque vous vous entraînez, vous essayez de créer des souvenirs dans vos muscles.

Backster : Le cerveau ne fait peut-être même pas partie de cette boucle.

Jensen : J'ai également lu des articles sur les séquelles physiologiques des traumatismes – maltraitance des enfants, viol, guerre. De nombreuses recherches montrent que le traumatisme s’imprime sur différentes parties du corps ; une victime de viol pourrait plus tard ressentir une brûlure dans son vagin, par exemple.

Backster : Si je me cogne, j'explique aux tissus de cette zone ce qui s'est passé. Je ne sais pas à quel point cette méthode de guérison est efficace, mais elle ne peut pas faire de mal.

Jensen : Avez-vous également travaillé avec ce que l'on appelle normalement des matériaux inanimés ?

Backster : J'ai déchiqueté certaines substances et je les ai mises en suspension dans de la gélose. Je reçois des signaux électriques, mais ils ne sont pas nécessairement liés à quoi que ce soit qui se passe dans l'environnement. Les schémas sont trop grossiers pour que je puisse les déchiffrer. Mais je soupçonne que la conscience est plus répandue.

En 1987, j'ai participé à un programme de l'Université du Missouri qui comprenait une conférence du Dr Sidney Fox, qui était alors lié à l'Institut pour l'évolution moléculaire et cellulaire de l'Université de Miami. Fox avait enregistré des signaux électriques provenant d’un matériau semblable à une protéine qui présentait des propriétés étonnamment similaires à celles des cellules vivantes. La simplicité du matériel qu'il a utilisé et la capacité d'auto-organisation dont il fait preuve me suggèrent que la biocommunication était présente dès les tout premiers stades de l'évolution de la vie sur cette planète.

Bien sûr, l’hypothèse de Gaia – selon laquelle la Terre est un grand, grand organisme fonctionnel – s’inscrit parfaitement dans ce contexte. La planète va avoir le dernier mot concernant les dégâts que les humains lui infligent. Il ne lui faudra qu'un certain nombre d'abus, et alors il pourrait bien roter et renifler un peu, et détruire une bonne partie de la population. Je ne pense pas qu'il serait exagéré de pousser l'hypothèse un peu plus loin et d'attribuer une telle stratégie de défense à une sorte d'intelligence planétaire.

Jensen : Comment votre travail a-t-il été reçu dans d'autres parties du monde ?

Backster : Les Russes ont toujours été très intéressés et n'ont pas eu peur de s'aventurer dans ces domaines de recherche. À bien des égards, ils semblent beaucoup plus sensibles aux concepts spirituels que la plupart des scientifiques occidentaux. Et chaque fois que je parle de ce que je fais avec des scientifiques indiens – bouddhistes ou hindous –, ils me demandent : " Qu’est-ce qui vous a pris autant de temps ? " Mon travail s'accorde très bien avec de nombreux concepts adoptés par l'hindouisme et le bouddhisme.

Jensen : De quoi avons-nous peur, nous, les Occidentaux ?

Backster : La crainte est que, si ce que j’observe est exact, bon nombre des théories sur lesquelles nous avons construit nos vies doivent être complètement remaniées. J'ai connu des biologistes dire : " Si Backster a raison, nous sommes dans la merde . " Cela signifierait une refonte radicale de notre place dans le monde. Je pense que nous le voyons déjà.

Notre communauté scientifique occidentale en général se trouve dans une situation difficile car, pour maintenir notre mode de pensée scientifique actuel, nous devons ignorer une énorme quantité d’informations. Et de plus en plus d’informations de ce type sont recueillies en permanence. Les chercheurs butent partout sur ce phénomène de biocommunication. Il semble impossible, compte tenu de la sophistication des instruments modernes, de passer à côté de cette harmonisation fondamentale entre les êtres vivants. Seulement pendant un certain temps, ils pourront prétendre qu’il s’agit que de " cables déconnectés ".

Il est difficile d'imaginer un univers atemporel, non pas parce que le temps est un concept techniquement complexe ou philosophiquement insaisissable mais pour une raison plus structurelle.

Imaginer la non temporalité implique que le temps s'écoule. Même lorsqu'on essayez d'imaginer son absence, on le sent passer à mesure que nos pensées changent, que notre cœur pompe le sang vers votre cerveau et que les images, sons et odeurs bougent autour de nous. Le temps semble ne jamais s'arrêter. On peut même avoir l'impression d'être tissé dans son tissu en un perpétuel mouvement, alors que l'Univers se contracte et se rétracte. Mais est-ce vraiment ainsi que le temps fonctionne ?

Selon Albert Einstein, notre expérience du passé, du présent et du futur n'est rien d'autre qu'une " illusion obstinément persistante". Selon Isaac Newton, le temps n'est rien d'autre qu'une toile de fond, en dehors de la vie. Et selon les lois de la thermodynamique, le temps n'est rien d'autre que de l'entropie et de la chaleur. Dans l'histoire de la physique moderne, il n'y a jamais eu de théorie largement acceptée dans laquelle un sens du temps mobile et directionnel soit fondamental. Nombre de nos descriptions les plus fondamentales de la nature - des lois du mouvement aux propriétés des molécules et de la matière - semblent exister dans un univers où le temps ne s'écoule pas vraiment. Cependant, des recherches récentes menées dans divers domaines suggèrent que le mouvement du temps pourrait être plus important que la plupart des physiciens ne l'avaient supposé.

Une nouvelle forme de physique appelée théorie de l'assemblage suggère que le sens d'un temps en mouvement et directionnel est réel et fondamental. Elle suggère que les objets complexes de notre univers qui ont été fabriqués par la vie, y compris les microbes, les ordinateurs et les villes, n'existent pas hors du temps : impossibles sans un mouvement temporel. De ce point de vue, le passage du temps n'est pas seulement intrinsèque à l'évolution de la vie ou à notre expérience de l'univers. Il est aussi le tissu matériel en perpétuel mouvement de l'Univers lui-même. Le temps est un objet. Il a une taille physique, comme l'espace. Il peut être mesuré au niveau moléculaire dans les laboratoires.

L'unification du temps et de l'espace a radicalement changé la trajectoire de la physique au 20e siècle. Elle a ouvert de nouvelles perspectives sur la façon dont nous concevons la réalité. Que pourrait faire l'unification du temps et de la matière à notre époque ? Que se passe-t-il lorsque le temps est un objet ?

Pour Newton, le temps était fixe. Dans ses lois du mouvement et de la gravité, qui décrivent comment les objets changent de position dans l'espace, le temps est une toile de fond absolue. Le temps newtonien passe, mais ne change jamais. Cette vision temporelle perdure dans la physique moderne - même dans les fonctions d'onde de la mécanique quantique, le temps reste une toile de fond et non une caractéristique fondamentale. Pour Einstein, cependant, le temps n'est pas absolu. Il était relatif à chaque observateur. Il a décrit notre expérience du temps qui passe comme "une illusion obstinément persistante". Le temps einsteinien est mesuré par le tic-tac des horloges ; l'espace est mesuré par le tic-tac des règles qui enregistrent les distances. En étudiant les mouvements relatifs des horloges et des règles, Einstein a pu combiner les concepts de mesure de l'espace et du temps en une structure unifiée que nous appelons aujourd'hui "espace-temps". Dans cette structure, l'espace est infini et tous les points existent en même temps. Mais le temps, tel que décrit par Einstein, possède également cette propriété, ce qui signifie que tous les temps - passé, présent et futur - sont pareillement vrais. Le résultat est parfois appelé "univers bloc", qui contient tout ce qui s'est passé et se passera dans l'espace et le temps. Aujourd'hui, la plupart des physiciens soutiennent cette notion d'univers-bloc.

Mais l'univers-bloc avait été fissuré avant même d'exister. Au début du XIXe siècle, près d'un siècle avant qu'Einstein ne développe le concept d'espace-temps, Nicolas Léonard Sadi Carnot et d'autres physiciens s'interrogeaient déjà sur l'idée que le temps était soit une toile de fond, soit une illusion. Ces questions se poursuivront au XIXe siècle, lorsque des physiciens tels que Ludwig Boltzmann commenceront à s'intéresser aux problèmes posés par une technologie d'un genre nouveau : la machine (engine - ou moteur : nous par exemple)

Bien que les machines puissent être reproduites mécaniquement, les physiciens ne savent pas exactement comment elles fonctionnent. La mécanique newtonienne est réversible, ce qui n'est pas le cas des machines. Le système solaire de Newton fonctionnait aussi bien en avançant qu'en reculant dans le temps. En revanche, si vous conduisez une voiture et qu'elle tombe en panne d'essence, vous ne pouvez pas faire tourner le moteur en marche arrière, récupérer la chaleur générée et désenflammer le carburant. Les physiciens de l'époque pensaient que les moteurs devaient obéir à certaines lois, même si ces lois étaient inconnues. Ils ont découvert que les moteurs ne fonctionnaient pas si le temps ne s'écoulait pas et n'avait pas de direction. En exploitant les différences de température, les moteurs entraînent un mouvement de chaleur des parties chaudes vers les parties froides. Plus le temps passe, plus la différence de température diminue et moins le "travail" peut être effectué. Telle est l'essence de la deuxième loi de la thermodynamique (également connue sous le nom de loi de l'entropie) qui fut proposée par Carnot et expliquée plus tard de manière statistique par Boltzmann. Cette loi décrit la manière dont un moteur peut effectuer moins de "travail" utile au fil du temps. Vous devez de temps en temps faire le plein de votre voiture, et l'entropie doit toujours être en augmentation.

Vivons-nous vraiment dans un univers qui n'a pas besoin du temps comme caractéristique fondamentale ?

Tout ça a du sens dans le contexte des machines ou d'autres objets complexes, mais n'est pas utile lorsqu'il s'agit d'une simple particule. Parler de la température d'une seule particule n'a aucun sens, car la température est un moyen de quantifier l'énergie cinétique moyenne de nombreuses particules. Dans les lois de la thermodynamique, l'écoulement et la directionnalité du temps sont considérés comme une propriété émergente plutôt que comme une toile de fond ou une illusion - une propriété associée au comportement d'un grand nombre d'objets. Bien que la théorie thermodynamique ait introduit la notion de directionnalité du temps, cette propriété n'était pas fondamentale. En physique, les propriétés "fondamentales" sont réservées aux propriétés qui ne peuvent être décrites par d'autres termes. La flèche du temps en thermodynamique est donc considérée comme "émergente" parce qu'elle peut être expliquée en termes de concepts plus fondamentaux, tels que l'entropie et la chaleur.

Charles Darwin, qui vécut et travailla entre l'ère de la machine à vapeur de Carnot et l'émergence de l'univers en bloc d'Einstein, fut un des premiers à voir clairement comment la vie doit exister dans le temps. Dans la dernière phrase de L'origine des espèces (1859), il résume avec éloquence cette perspective : "Alors que cette planète a continué de tourner selon la loi fixe de la gravité, à partir d'un commencement aussi simple... des formes infinies, les plus belles et les plus merveilleuses, ont été et sont en train d'évoluer". L'arrivée des "formes infinies" de Darwin ne peut s'expliquer que dans un univers où le temps existe et possède une direction claire.

Au cours des derniers milliards d'années, la vie a évolué d'organismes unicellulaires vers des organismes multicellulaires complexes. Elle est passée de sociétés simples à des villes grouillantes et, aujourd'hui, à une planète potentiellement capable de reproduire sa vie sur d'autres mondes. Ces choses mettent du temps à apparaître parce qu'elles ne peuvent émerger qu'à travers les processus de sélection et d'évolution.

Nous pensons que l'intuition de Darwin n'est pas assez profonde. L'évolution décrit avec précision les changements observés dans les différentes formes de vie, mais elle fait bien plus que cela : c'est le seul processus physique de notre univers qui peut générer les objets que nous associons à la vie. Qu'il s'agisse de bactéries, de chats et d'arbres, mais aussi de choses telles que des fusées, des téléphones portables et des villes. Aucun de ces objets n'apparaît spontanément par fluctuation, contrairement à ce que prétendent les ouvrages de physique moderne. Ces objets ne sont pas le fruit du hasard. Au contraire, ils ont tous besoin d'une "mémoire" du passé pour être fabriqués dans le présent. Ils doivent être produits au fil du temps - un temps qui avance continuellement. Pourtant, selon Newton, Einstein, Carnot, Boltzmann et d'autres, le temps est soit inexistant, soit simplement émergent.

Les temps de la physique et de l'évolution sont incompatibles. Mais cela n'a pas toujours été évident parce que physique et évolution traitent de types d'objets différents. La physique, en particulier la mécanique quantique, traite d'objets simples et élémentaires : quarks, leptons et autres particules porteuses de force du modèle standard. Ces objets étant considérés comme simples, l'Univers n'a pas besoin de "mémoire" pour les fabriquer (à condition que l'énergie et les ressources disponibles soient suffisantes). La "mémoire" est un moyen de décrire l'enregistrement des actions ou des processus nécessaires à la fabrication d'un objet donné. Lorsque nous abordons les disciplines qui traitent de l'évolution, telles que la chimie et la biologie, nous trouvons des objets trop complexes pour être produits en abondance instantanément (même lorsque l'énergie et les matériaux sont disponibles). Ils nécessitent une mémoire, accumulée au fil du temps, pour être produits. Comme l'a compris Darwin, certains objets ne peuvent voir le jour que grâce à l'évolution et à la sélection de certains "enregistrements" de la mémoire pour les fabriquer.

Cette incompatibilité crée un ensemble de problèmes qui ne peuvent être résolus qu'en s'écartant radicalement de la manière dont la physique aborde actuellement le temps, en particulier si nous voulons expliquer la vie. Si les théories actuelles de la mécanique quantique peuvent expliquer certaines caractéristiques des molécules, comme leur stabilité, elles ne peuvent pas expliquer l'existence de l'ADN, des protéines, de l'ARN ou autres molécules grands et complexes. De même, la deuxième loi de la thermodynamique est censée donner lieu à la flèche du temps et à des explications sur la manière dont les organismes convertissent l'énergie, mais elle n'explique pas la directionnalité du temps, dans laquelle des formes infinies se construisent sur des échelles de temps évolutives sans que soit en vue l'équilibre final ou la mort thermique de la biosphère. La mécanique quantique et la thermodynamique sont nécessaires pour expliquer certaines caractéristiques de la vie, mais elles ne sont pas suffisantes.

Ces problèmes et d'autres encore nous ont amenés à développer une nouvelle façon de penser la physique du temps, que nous avons appelée la théorie de l'assemblage. Cette théorie décrit la quantité de mémoire nécessaire pour qu'une molécule ou une combinaison de molécules - les objets dont est faite la vie - vienne à l'existence. Dans la théorie de l'assemblage, cette mémoire est mesurée au cours du temps en tant que caractéristique d'une molécule, en mettant l'accent sur la mémoire minimale requise pour que cette (ou ces) molécule(s) puisse(nt) voir le jour. La théorie de l'assemblage quantifie la sélection en faisant du temps une propriété des objets qui n'ont pu émerger que par l'évolution.

Nous avons commencé à développer cette nouvelle physique en examinant comment la vie émerge par le biais de changements chimiques. La chimie de la vie fonctionne de manière combinatoire : les atomes se lient pour former des molécules, et les combinaisons possibles augmentent avec chaque liaison supplémentaire. Ces combinaisons sont réalisées à partir d'environ 92 éléments naturels, dont les chimistes estiment qu'ils peuvent être combinés pour construire jusqu'à 10 puissance 60 de molécules différentes (1 suivi de 60 zéros). Pour devenir utile, chaque combinaison individuelle devrait être répliquée des milliards de fois - pensez au nombre de molécules nécessaires pour fabriquer ne serait-ce qu'une seule cellule, sans parler d'un insecte ou d'une personne. Faire des copies de tout objet complexe prend donc du temps car chaque étape nécessaire à son assemblage implique une recherche dans l'immensité de l'espace combinatoire pour sélectionner les molécules qui prendront une forme physique.

Les espaces à structure combinatoire semblent apparaître lorsque la vie existe.

Prenons les protéines macromoléculaires que les êtres vivants utilisent comme catalyseurs dans les cellules. Ces protéines sont fabriquées à partir d'éléments moléculaires plus petits appelés acides aminés, qui se combinent pour former de longues chaînes dont la longueur varie généralement entre 50 et 2 000 acides aminés. Si toutes les protéines possibles d'une longueur de 100 acides aminés étaient assemblées à partir des 20 acides aminés les plus courants qui forment les protéines, le résultat ne remplirait pas seulement notre univers, mais 10 (puissance 23 ) univers.

Il est difficile d'imaginer le champ de toutes les molécules possibles. À titre d'analogie, considérons les combinaisons qu'on peut réaliser avec un jeu de briques donné genre Lego. Si le jeu ne contient que deux briques, le nombre de combinaisons sera faible. En revanche, si le jeu contient des milliers de pièces, comme un modèle Lego de 5 923 pièces du Taj Mahal, le nombre de combinaisons possibles est astronomique. Si vous deviez spécifiquement construire le Taj Mahal en suivant les instructions, l'espace des possibilités devient limité, mais si vous pouviez construire n'importe quel objet Lego avec ces 5 923 pièces, il y aurait une explosion combinatoire des structures possibles qui pourraient être construites - les possibilités augmentant de manière exponentielle avec chaque bloc supplémentaire que vous ajouteriez. Si vous connectez chaque seconde deux structures Lego préalablement construites, vous ne pourriez pas explorer toutes les possibilités d'objets de la taille du jeu Lego Taj Mahal avant la fin de l'univers. En fait, tout espace construit de manière combinatoire, même à partir de quelques blocs de construction simples, aura cette propriété. Idée qui inclut tous les objets cellulaires possibles construits à partir de la chimie, tous les organismes possibles construits à partir de différents types de cellules, tous les langages possibles construits à partir de mots ou d'énoncés, et tous les programmes informatiques possibles construits à partir de tous les jeux d'instructions possibles.

Le schéma est le suivant : les espaces combinatoires semblent se manifester lorsque la vie existe. En d'autres termes, la vie ne devient évidente que lorsque le champ des possibles est si vaste que l'univers est obligé de ne sélectionner qu'une partie de cet espace pour exister. La théorie de l'assemblage vise à formaliser cette idée. Dans la théorie de l'assemblage, les objets sont construits de manière combinatoire à partir d'autres objets et, tout comme vous pouvez utiliser une règle pour mesurer la taille d'un objet donné dans l'espace, la théorie de l'assemblage fournit une mesure - appelée "indice d'assemblage" - pour mesurer la taille d'un objet dans le temps.

Partant de cette analogie, l'ensemble Lego Taj Mahal équivaut à une molécule complexe. La reproduction d'un objet spécifique, comme un jeu de Lego, d'une manière qui n'est pas aléatoire, nécessite une sélection dans l'espace de tous les objets possibles. En d'autres termes, à chaque étape de la construction, des objets ou des ensembles d'objets spécifiques doivent être sélectionnés parmi le grand nombre de combinaisons possibles qui pourraient être construites. Outre la sélection, la "mémoire" est également nécessaire : les objets existants doivent contenir des informations pour assembler le nouvel objet spécifique, qui est mis en œuvre sous la forme d'une séquence d'étapes pouvant être accomplies en un temps fini, comme les instructions requises pour construire le Taj Mahal en Lego. Les objets plus complexes nécessitent davantage de mémoire pour voir le jour.

Dans la théorie de l'assemblage, les objets gagnent en complexité au fil du temps grâce au processus de sélection. Au fur et à mesure que les objets deviennent plus complexes, leurs parties uniques augmentent, ce qui signifie que la mémoire locale doit également augmenter. "Mémoire locale" qui est la chaîne causale d'événements qui font que l'objet est d'abord "découvert" ou "émergé" via la sélection, puis créé en plusieurs exemplaires. Par exemple, dans le cadre de la recherche sur l'origine de la vie, les chimistes étudient comment les molécules s'assemblent pour devenir des organismes vivants. Pour qu'un système chimique émerge spontanément en tant que "vie", il doit s'auto-reproduire en formant, ou en catalysant, des réseaux de réactions chimiques auto-entretenus. Mais comment le système chimique "sait-il" quelles combinaisons faire ? Nous pouvons voir une "mémoire locale" à l'œuvre dans ces réseaux de molécules qui ont "appris" à se lier chimiquement de certaines manières. À mesure que les exigences en matière de mémoire augmentent, la probabilité qu'un objet ait été produit par hasard tombe à zéro, car le nombre de combinaisons alternatives qui n'ont pas été sélectionnées est tout simplement trop élevé. Un objet, qu'il s'agisse d'un Lego Taj Mahal ou d'un réseau de molécules, ne peut être produit et reproduit qu'avec une mémoire et un processus de construction. Mais la mémoire n'est pas partout, elle est locale dans l'espace et le temps. Ce qui signifie qu'un objet ne peut être produit que s'il existe une mémoire locale qui peut guider le choix des pièces, de leur emplacement et de leur moment.

Dans la théorie de l'assemblage, la "sélection" fait référence à ce qui a émergé dans l'espace des combinaisons possibles. Elle est formellement décrite par le nombre de copies et la complexité d'un objet. Le nombre de copies, ou concentration, est un concept utilisé en chimie et en biologie moléculaire qui fait référence au nombre de copies d'une molécule présentes dans un volume d'espace donné. Dans la théorie de l'assemblage, la complexité est tout aussi importante que le nombre de copies. Une molécule très complexe qui n'existe qu'en un seul exemplaire importe peu. Ce qui intéresse la théorie de l'assemblage, ce sont les molécules complexes dont le nombre de copies est élevé, ce qui indique que la molécule a été produite par l'évolution. Cette mesure de la complexité est également connue sous le nom d'"indice d'assemblage" d'un objet. Valeur qui est liée à la quantité de mémoire physique nécessaire pour stocker les informations permettant de diriger l'assemblage d'un objet et d'établir une direction dans le temps du simple au complexe. Bien que la mémoire doive exister dans l'environnement pour faire naître l'objet, dans la théorie de l'assemblage la mémoire est également une caractéristique physique intrinsèque de l'objet. En fait, elle est l'objet.

Ce sont des piles d'objets construisant d'autres objets qui construisent d'autres objets - objets qui construisent des objets, jusqu'au bout. Certains objets ne sont apparus que relativement récemment, tels que les "produits chimiques éternels" synthétiques fabriqués à partir de composés chimiques organofluorés. D'autres sont apparus il y a des milliards d'années, comme les cellules végétales photosynthétiques. Les objets ont des profondeurs temporelles différentes. Cette profondeur est directement liée à l'indice d'assemblage et au nombre de copies d'un objet, que nous pouvons combiner en un nombre : une quantité appelée "assemblage", ou A. Plus le nombre d'assemblage est élevé, plus l'objet a une profondeur temporelle.

Pour mesurer un assemblage en laboratoire, nous analysons chimiquement un objet pour compter le nombre de copies d'une molécule donnée qu'il contient. Nous déduisons ensuite la complexité de l'objet, connue sous le nom d'indice d'assemblage moléculaire, en comptant le nombre de parties qu'il contient. Ces parties moléculaires, comme les acides aminés dans une chaîne de protéines, sont souvent déduites en déterminant l'indice d'assemblage moléculaire d'un objet - un numéro d'assemblage théorique. Mais il ne s'agit pas d'une déduction théorique. Nous "comptons" les composants moléculaires d'un objet à l'aide de trois techniques de visualisation : la spectrométrie de masse, la spectroscopie infrarouge et la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN). Il est remarquable que le nombre de composants que nous avons comptés dans les molécules corresponde à leur nombre d'assemblage théorique. Cela signifie que nous pouvons mesurer l'indice d'assemblage d'un objet directement avec un équipement de laboratoire standard.

Un numéro d'assemblage élevé - indice d'assemblage élevé et nombre de copies élevé - indique que l'objet peut être fabriqué de manière fiable par un élément de son environnement. Il peut s'agir d'une cellule qui construit des molécules à indice d'assemblage élevé, comme les protéines, ou d'un chimiste qui fabrique des molécules à indice d'assemblage encore plus élevé, comme le Taxol (paclitaxel), un médicament anticancéreux. Les objets complexes ayant un nombre élevé de copies ne sont pas apparus au hasard, mais sont le résultat d'un processus d'évolution ou de sélection. Ils ne sont pas le fruit d'une série de rencontres fortuites, mais d'une sélection dans le temps. Plus précisément, d'une certaine profondeur dans le temps.

C'est comme si l'on jetait en l'air les 5 923 pièces du Lego Taj Mahal et que l'on s'attendait à ce qu'elles s'assemblent spontanément

Il s'agit d'un concept difficile. Même les chimistes ont du mal à l'appréhender, car s'il est facile d'imaginer que des molécules "complexes" se forment par le biais d'interactions fortuites avec leur environnement, en laboratoire, les interactions fortuites conduisent souvent à la production de "goudron" plutôt qu'à celle d'objets à haut niveau d'assemblage. Le goudron est le pire cauchemar des chimistes, un mélange désordonné de molécules qui ne peuvent être identifiées individuellement. On le retrouve fréquemment dans les expériences sur l'origine de la vie. Dans l'expérience de la "soupe prébiotique" menée par le chimiste américain Stanley Miller en 1953, les acides aminés sélectionnés au départ se transformaient en une bouillie noire non identifiable si l'expérience se poursuivait trop longtemps (et aucune sélection n'était imposée par les chercheurs pour empêcher les changements chimiques de se produire). Le problème dans ces expériences est que l'espace combinatoire des molécules possibles est si vaste pour les objets à fort assemblage qu'aucune molécule spécifique n'est produite en grande abondance. Le résultat est le "goudron".

C'est comme si l'on jetait en l'air les 5 923 pièces du jeu Lego Taj Mahal et qu'on s'attendait à ce qu'elles s'assemblent spontanément de manière exacte comme le prévoient les instructions. Imaginez maintenant que vous preniez les pièces de 100 boîtes du même jeu de Lego, que vous les lanciez en l'air et que vous vous attendiez à ce que 100 exemplaires du même bâtiment soient fabriqués. Les probabilités sont incroyablement faibles et pourraient même être nulles, si la théorie de l'assemblage est sur la bonne voie. C'est aussi probable qu'un œuf écrasé se reforme spontanément.

Mais qu'en est-il des objets complexes qui apparaissent naturellement sans sélection ni évolution ? Qu'en est-il des flocons de neige, des minéraux et des systèmes de tempêtes météo complexes ? Contrairement aux objets générés par l'évolution et la sélection, ces objets n'ont pas besoin d'être expliqués par leur "profondeur dans le temps". Bien qu'individuellement complexes, ils n'ont pas une valeur d'assemblage élevée parce qu'ils se forment au hasard et n'ont pas besoin de mémoire pour être produits. Ils ont un faible nombre de copies parce qu'ils n'existent jamais en copies identiques. Il n'y a pas deux flocons de neige identiques, et il en va de même pour les minéraux et les systèmes de tempête.

La théorie des assemblages modifie non seulement notre conception du temps, mais aussi notre définition de la vie elle-même. En appliquant cette approche aux systèmes moléculaires, il devrait être possible de mesurer si une molécule a été produite par un processus évolutif. Cela signifie que nous pouvons déterminer quelles molécules n'ont pu être produites que par un processus vivant, même si ce processus implique des chimies différentes de celles que l'on trouve sur Terre. De cette manière, la théorie de l'assemblage peut fonctionner comme un système universel de détection de la vie qui fonctionne en mesurant les indices d'assemblage et le nombre de copies de molécules dans des échantillons vivants ou non vivants.

Dans nos expériences de laboratoire, nous avons constaté que seuls les échantillons vivants produisent des molécules à fort taux d'assemblage. Nos équipes et nos collaborateurs ont reproduit cette découverte en utilisant une technique analytique appelée spectrométrie de masse, dans laquelle les molécules d'un échantillon sont "pesées" dans un champ électromagnétique, puis réduites en morceaux à l'aide d'énergie. Le fait de réduire une molécule en morceaux nous permet de mesurer son indice d'assemblage en comptant le nombre de parties uniques qu'elle contient. Nous pouvons ainsi déterminer le nombre d'étapes nécessaires à la production d'un objet moléculaire et quantifier sa profondeur dans le temps à l'aide d'un équipement de laboratoire standard.

Pour vérifier notre théorie selon laquelle les objets à fort indice d'assemblage ne peuvent être générés que par la vie, l'étape suivante a consisté à tester des échantillons vivants et non vivants. Nos équipes ont pu prélever des échantillons de molécules dans tout le système solaire, y compris dans divers systèmes vivants, fossiles et abiotiques sur Terre. Ces échantillons solides de pierre, d'os, de chair et d'autres formes de matière ont été dissous dans un solvant, puis analysés à l'aide d'un spectromètre de masse à haute résolution capable d'identifier la structure et les propriétés des molécules. Nous avons constaté que seuls les systèmes vivants produisent des molécules abondantes dont l'indice d'assemblage est supérieur à une valeur déterminée expérimentalement de 15 étapes. La coupure entre 13 et 15 est nette, ce qui signifie que les molécules fabriquées par des processus aléatoires ne peuvent pas dépasser 13 étapes. Nous pensons que cela indique une transition de phase où la physique de l'évolution et de la sélection doit prendre le relais d'autres formes de physique pour expliquer la formation d'une molécule.

Ces expériences vérifient que seuls les objets avec un indice d'assemblage suffisamment élevé - molécules très complexes et copiées - semblent se trouver dans la vie. Ce qui est encore plus passionnant, c'est que nous pouvons trouver cette information sans rien savoir d'autre sur la molécule présente. La théorie de l'assemblage peut déterminer si des molécules provenant de n'importe quel endroit de l'univers sont issues de l'évolution ou non, même si nous ne connaissons pas la chimie utilisée.

La possibilité de détecter des systèmes vivants ailleurs dans la galaxie est passionnante, mais ce qui l'est encore plus pour nous, c'est la possibilité d'un nouveau type de physique et d'une nouvelle explication du vivant. En tant que mesure empirique d'objets uniquement produisibles par l'évolution, l'Assemblage déverouille une théorie plus générale de la vie. Si cette théorie se vérifie, son implication philosophique la plus radicale est que le temps existe en tant que propriété matérielle des objets complexes créés par l'évolution. En d'autres termes, tout comme Einstein a radicalisé notre notion du temps en l'unifiant avec l'espace, la théorie de l'assemblage indique une conception radicalement nouvelle du temps en l'unifiant avec la matière.

La théorie de l'assemblage explique les objets évolués, tels que les molécules complexes, les biosphères et les ordinateurs.

Elle est radicale parce que, comme nous l'avons noté, le temps n'a jamais été fondamental dans l'histoire de la physique. Newton et certains physiciens quantiques le considèrent comme une toile de fond. Einstein pensait qu'il s'agissait d'une illusion. Et, dans les travaux de ceux qui étudient la thermodynamique, il est considéré comme une simple propriété émergente. La théorie de l'assemblage considère le temps comme un élément fondamental et matériel : le temps est la matière dont sont faites les choses dans l'univers. Les objets créés par la sélection et l'évolution ne peuvent être formés que par le passage du temps. Mais il ne faut pas considérer ce temps comme le tic-tac mesuré d'une horloge ou comme une séquence d'années calendaires. Le temps est un attribut physique. Pensez-y en termes d'assemblage, propriété intrinsèque mesurable de la profondeur ou de la taille d'une molécule dans le temps.

Cette idée est radicale car elle permet également à la physique d'expliquer les changements évolutifs. La physique a traditionnellement étudié des objets que l'Univers peut assembler spontanément, tels que des particules élémentaires ou des planètes. La théorie de l'assemblage, en revanche, explique les objets évolués, tels que les molécules complexes, les biosphères et les ordinateurs. Ces objets complexes n'existent que le long de lignées où des informations spécifiques à leur construction furent acquises.

Si nous remontons ces lignées, depuis l'origine de la vie sur Terre jusqu'à l'origine de l'Univers, il serait logique de suggérer que la "mémoire" de l'Univers était plus faible dans le passé. Ce qui signifie que la capacité de l'Univers à générer des objets à fort assemblage est fondamentalement limitée par sa taille dans le temps. De même qu'un camion semi-remorque ne rentre pas dans le garage d'une maison standard, certains objets sont trop grands dans le temps pour naître dans des intervalles inférieurs à leur indice d'assemblage. Pour que des objets complexes comme les ordinateurs puissent exister dans notre univers, de nombreux autres objets ont d'abord dû se former : les étoiles, les éléments lourds, la vie, les outils, la technologie et l'abstraction de l'informatique. Cela prend du temps et dépend fortement du chemin parcouru en raison de la contingence causale de chaque innovation. Il est possible que l'Univers primitif n'était pas capable de calculer comme nous le savons, simplement parce qu'il n'y avait pas encore assez d'histoire. Le temps devait s'écouler et être matériellement instancié par la sélection des objets constitutifs de l'ordinateur. Il en va de même pour les structures Lego, les grands modèles de langage, les nouveaux médicaments, la "technosphère" ou tout autre objet complexe.

Les conséquences de la profondeur matérielle intrinsèque des objets dans le temps sont considérables. Dans l'univers-bloc, tout est considéré comme statique et existant en même temps. Ce qui signifie que les objets ne peuvent pas être ordonnés en fonction de leur profondeur temporelle, et que sélection et évolution ne peuvent pas être utilisées pour expliquer pourquoi certains objets existent et pas d'autres. La reconceptualisation du temps en tant que dimension physique de la matière complexe et la définition d'une directionnalité temporelle pourraient nous aider à résoudre ces questions. La matérialisation du temps via notre théorie de l'assemblage permet d'unifier plusieurs concepts philosophiques déconcertants liés à la vie dans un cadre mesurable. Au cœur de cette théorie se trouve l'indice d'assemblage, qui mesure la complexité d'un objet. Il s'agit d'une manière quantifiable de décrire le concept évolutif de sélection en montrant combien d'alternatives ont été exclues pour obtenir un objet donné. Chaque étape du processus d'assemblage d'un objet nécessite des informations, une mémoire, pour spécifier ce qui doit ou ne doit pas être ajouté ou modifié. Pour construire le Taj Mahal en Lego, par exemple, nous devons suivre une séquence spécifique d'étapes, chacune d'entre elles nous menant à la construction finale. Chaque pas manqué est une erreur, et si nous faisons trop d'erreurs, il ne sera pas possible de construire une structure reconnaissable. La copie d'un objet nécessite des informations sur les étapes qui furent précédemment nécessaires pour produire des objets similaires.

Tout ceci fait de la théorie de l'assemblage une théorie causale de la physique, car la structure sous-jacente d'un espace d'assemblage - l'ensemble des combinaisons requises - ordonne les choses dans une chaîne de causalité. Chaque étape dépend d'une étape sélectionnée précédemment, et chaque objet dépend d'un objet sélectionné précédemment. Si l'on supprime l'une des étapes d'une chaîne d'assemblage, l'objet final ne sera pas produit. Les mots à la mode souvent associés à la physique de la vie, tels que "théorie", "information", "mémoire", "causalité" et "sélection", sont matériels parce que les objets eux-mêmes encodent les règles qui aident à construire d'autres objets "complexes". Ce pourrait être le cas dans la catalyse mutuelle* où les objets se fabriquent réciproquement. Ainsi, dans la théorie de l'assemblage, le temps est essentiellement identique à l'information, la mémoire, la causalité et la sélection. Termes qui sont tous rendus physiques parce que nous supposons qu'il impliquent des caractéristiques des objets décrits dans la théorie, et non des lois qui régissent le comportement de ces objets. La théorie de l'assemblage réintroduit dans la physique une notion de temporalité en expansion et en mouvement, en montrant que son passage est la matière même dont sont faits les objets complexes : la complexité augmente simultanément avec la taille de l'avenir..

Cette nouvelle conception du temps pourrait résoudre de nombreux problèmes ouverts en physique fondamentale. Le premier et le plus important est le débat entre déterminisme et contingence. Einstein a dit de façon célèbre que Dieu "ne joue pas aux dés", et de nombreux physiciens sont encore obligés de conclure que le déterminisme s'applique et que notre avenir est fermé. Mais l'idée que les conditions initiales de l'univers, ou de tout autre processus, déterminent l'avenir a toujours posé problème. Dans la théorie de l'assemblage, l'avenir est déterminé, mais pas avant qu'il ne se produise. Si ce qui existe aujourd'hui détermine l'avenir, et que ce qui existe aujourd'hui est plus grand et plus riche en informations qu'il ne l'était dans le passé, alors les futurs possibles deviennent également plus grands au fur et à mesure que les objets deviennent plus complexes. Cela s'explique par le fait qu'il y a plus d'histoire dans le présent à partir de laquelle il est possible d'assembler de nouveaux états futurs. Traiter le temps comme une propriété matérielle des objets qu'il crée permet de générer de la nouveauté dans le futur.

La nouveauté est essentielle à notre compréhension de la vie en tant que phénomène physique. Notre biosphère est un objet vieux d'au moins 3,5 milliards d'années selon la mesure du temps de l'horloge (l'Assemblage mesure le temps différement). Mais comment la vie est-elle apparue ? Qu'est-ce qui a permis aux systèmes vivants de développer l'intelligence et la conscience ? La physique traditionnelle suggère que la vie a "émergé". Le concept d'émergence rend compte de la façon dont de nouvelles structures semblent apparaître à des niveaux supérieurs d'organisation spatiale, sans que l'on puisse les prédire à partir des niveaux inférieurs. Parmi les exemples, on peut citer le caractère humide de l'eau, qui ne peut être prédit à partir des molécules d'eau individuelles, ou la façon dont les cellules vivantes sont constituées d'atomes non vivants individuels. Cependant, les objets que la physique traditionnelle considère comme émergents deviennent fondamentaux dans la théorie de l'assemblage. De ce point de vue, le caractère émergent d'un objet, c'est-à-dire la mesure dans laquelle il s'écarte des attentes d'un physicien concernant ses éléments constitutifs élémentaires, dépend de la profondeur à laquelle il se situe dans le temps. Ce qui nous oriente vers les origines de la vie, mais nous pouvons aussi voyager dans l'autre sens.

Si nous sommes sur la bonne voie, la théorie de l'assemblage suggère que le temps est fondamental. Elle suggère que le changement n'est pas mesuré par des horloges, mais qu'il est encodé dans des chaînes d'événements qui produisent des molécules complexes avec différentes profondeurs dans le temps. Assemblages issus d'une mémoire locale dans l'immensité de l'espace combinatoire, ces objets enregistrent le passé, agissent dans le présent et déterminent l'avenir. Ceci signifie que l'Univers s'étend dans le temps et non dans l'espace - ou peut-être même que l'espace émerge du temps, comme le suggèrent de nombreuses propositions actuelles issues de la gravité quantique. Bien que l'Univers puisse être entièrement déterministe, son expansion dans le temps implique que le futur ne peut être entièrement prédit, même en principe. L'avenir de l'Univers est plus ouvert que nous n'aurions pu le prévoir.

Le temps est peut-être un tissu en perpétuel mouvement à travers lequel nous voyons les choses s'assembler et se séparer. Mais ce tissu fait mieux que se déplacer : il s'étend. Lorsque le temps est un objet, l'avenir a la taille du cosmos.