rapetissement

Des mathématiciens identifient le seuil à partir duquel les formes cèdent. Une nouvelle preuve établit la limite à laquelle une forme devient si ondulée qu'elle ne peut être écrasée plus avant.

En ajoutant un nombre infini de torsions aux courbes d'une sphère, il est possible de la réduire en une minuscule boule sans en déformer les distances.

Dans les années 1950, quatre décennies avant qu'il ne remporte le prix Nobel pour ses contributions à la théorie des jeux et que son histoire n'inspire le livre et le film "A Beautiful Mind", le mathématicien John Nash a démontré l'un des résultats les plus remarquables de toute la géométrie. Ce résultat impliquait, entre autres, que l'on pouvait froisser une sphère pour en faire une boule de n'importe quelle taille sans jamais la déformer. Il a rendu cela possible en inventant un nouveau type d'objet géométrique appelé " inclusion ", qui situe une forme à l'intérieur d'un espace plus grand, un peu comme lorsqu'on insère un poster bidimensionnel dans un tube tridimensionnel.

Il existe de nombreuses façons d'encastrer une forme. Certaines préservent la forme naturelle - comme l'enroulement de l'affiche dans un cylindre - tandis que d'autres la plissent ou la découpent pour l'adapter de différentes manières.

De manière inattendue, la technique de Nash consiste à ajouter des torsions à toutes les courbes d'une forme, rendant sa structure élastique et sa surface ébouriffée. Il a prouvé que si l'on ajoutait une infinité de ces torsions, on pouvait réduire la sphère en une minuscule boule. Ce résultat avait étonné les mathématiciens qui pensaient auparavant qu'il fallait des plis nets pour froisser la sphère de cette manière.

Depuis, les mathématiciens ont cherché à comprendre précisément les limites des techniques pionnières de Nash. Il avait montré que l'on peut froisser la sphère en utilisant des torsions, mais n'avait pas démontré exactement la quantité de torsions nécessaire, au minimum, pour obtenir ce résultat. En d'autres termes, après Nash, les mathématiciens ont voulu quantifier le seuil exact entre planéité et torsion, ou plus généralement entre douceur et rugosité, à partir duquel une forme comme la sphère commence à se froisser.

Et dans une paire de parutions récentes ils l'ont fait, au moins pour une sphère située dans un espace de dimension supérieure. Dans un article publié en septembre 2018 et en mars 2020, Camillo De Lellis, de l'Institute for Advanced Study de Princeton, dans le New Jersey, et Dominik Inauen, de l'université de Leipzig, ont identifié un seuil exact pour une forme particulière. Des travaux ultérieurs, réalisés en octobre 2020 par Inauen et Wentao Cao, aujourd'hui de l'Université normale de la capitale à Pékin, ont prouvé que le seuil s'appliquait à toutes les formes d'un certain type général.

Ces deux articles améliorent considérablement la compréhension des mathématiciens des inclusions de Nash. Ils établissent également un lien insolite entre les encastrements et les flux de fluides.

"Nous avons découvert des points de contact étonnants entre les deux problèmes", a déclaré M. De Lellis.

Les rivières tumultueuses peuvent sembler n'avoir qu'un vague rapport avec les formes froissées, mais les mathématiciens ont découvert en 2009 qu'elles pouvaient en fait être étudiées à l'aide des mêmes techniques. Il y a trois ans, des mathématiciens, dont M. De Lellis, ont utilisé les idées de Nash pour comprendre le point auquel un écoulement devient turbulent. Ils ont ré-imaginé un fluide comme étant composé d'écoulements tordus et ont prouvé que si l'on ajoutait juste assez de torsions à ces écoulements, le fluide prenait soudainement une caractéristique clé de la turbulence.

Les nouveaux travaux sur les inclusion(embeddings) s'appuient sur une leçon cruciale tirée de ces travaux antérieurs sur la turbulence, suggérant que les mathématiciens disposent désormais d'un cadre général pour identifier des points de transition nets dans toute une série de contextes mathématiques. 

Maintenir la longueur

Les mathématiciens considèrent aujourd'hui que les formes, comme la sphère, ont leurs propres propriétés géométriques intrinsèques : Une sphère est une sphère quel que soit l'endroit où vous la trouvez.

Mais vous pouvez prendre une forme abstraite et l'intégrer dans un espace géométrique plus grand. Lorsque vous l'intégrez, vous pouvez vouloir préserver toutes ses propriétés. Vous pouvez également exiger que seules certaines propriétés restent constantes, par exemple, que les longueurs des courbes sur sa surface restent identiques. De telles intégrations sont dites "isométriques".

Les incorporations isométriques conservent les longueurs mais peuvent néanmoins modifier une forme de manière significative. Commencez, par exemple, par une feuille de papier millimétré avec sa grille de lignes perpendiculaires. Pliez-la autant de fois que vous le souhaitez. Ce processus peut être considéré comme un encastrement isométrique. La forme obtenue ne ressemblera en rien au plan lisse de départ, mais la longueur des lignes de la grille n'aura pas changé.

(En illustration est montré  un gros plan de la forme sinueuse et ondulante d'un encastrement de Nash., avec ce commentaire - Les encastrements tordus de Nash conservent un degré surprenant de régularité, même s'ils permettent de modifier radicalement une surface.)

Pendant longtemps, les mathématiciens ont pensé que les plis nets étaient le seul moyen d'avoir les deux caractéristiques à la fois : une forme froissée avec des longueurs préservées.

"Si vous permettez aux plis de se produire, alors le problème est beaucoup plus facile", a déclaré Tristan Buckmaster de l'université de Princeton.

Mais en 1954, John Nash a identifié un type remarquablement différent d'incorporation isométrique qui réussit le même tour de force. Il utilisait des torsions hélicoïdales plutôt que des plis et des angles vifs.

Pour avoir une idée de l'idée de Nash, recommencez avec la surface lisse d'une sphère. Cette surface est composée de nombreuses courbes. Prenez chacune d'entre elles et tordez-la pour former une hélice en forme de ressort. Après avoir reformulé toutes les courbes de la sorte, il est possible de comprimer la sphère. Cependant, un tel processus semble violer les règles d'un encastrement isométrique - après tout, un chemin sinueux entre deux points est toujours plus long qu'un chemin droit.

Mais, de façon remarquable, Nash a montré qu'il existe un moyen rigoureux de maintenir les longueurs même lorsque l'on refabrique des courbes à partir de torsades. Tout d'abord, rétrécissez la sphère de manière uniforme, comme un ballon qui se dégonfle. Ensuite, ajoutez des spirales de plus en plus serrées à chaque courbe. En ajoutant un nombre infini de ces torsions, vous pouvez finalement redonner à chaque courbe sa longueur initiale, même si la sphère originale a été froissée.

Les travaux de Nash ont nécessité une exploration plus approfondie. Techniquement, ses résultats impliquent que l'on ne peut froisser une sphère que si elle existe en quatre dimensions spatiales. Mais en 1955, Nicolaas Kuiper a étendu les travaux de Nash pour qu'ils s'appliquent à la sphère standard à trois dimensions. À partir de là, les mathématiciens ont voulu comprendre le point exact auquel, en tordant suffisamment les courbes d'une sphère, on pouvait la faire s'effondrer.

Fluidité de la forme

Les formes pliées et tordues diffèrent les unes des autres sur un point essentiel. Pour comprendre comment, vous devez savoir ce que les mathématiciens veulent dire lorsqu'ils affirment que quelque chose est "lisse".

Un exemple classique de régularité est la forme ascendante et descendante d'une onde sinusoïdale, l'une des courbes les plus courantes en mathématiques. Une façon mathématique d'exprimer cette régularité est de dire que vous pouvez calculer la "dérivée" de l'onde en chaque point. La dérivée mesure la pente de la courbe en un point, c'est-à-dire le degré d'inclinaison ou de déclin de la courbe.

En fait, vous pouvez faire plus que calculer la dérivée d'une onde sinusoïdale. Vous pouvez également calculer la dérivée de la dérivée ou, la dérivée "seconde", qui saisit le taux de changement de la pente. Cette quantité permet de déterminer la courbure de la courbe - si la courbe est convexe ou concave près d'un certain point, et à quel degré.

Et il n'y a aucune raison de s'arrêter là. Vous pouvez également calculer la dérivée de la dérivée de la dérivée (la "troisième" dérivée), et ainsi de suite. Cette tour infinie de dérivées est ce qui rend une onde sinusoïdale parfaitement lisse dans un sens mathématique exact. Mais lorsque vous pliez une onde sinusoïdale, la tour de dérivées s'effondre. Le long d'un pli, la pente de la courbe n'est pas bien définie, ce qui signifie qu'il est impossible de calculer ne serait-ce qu'une dérivée première.

Avant Nash, les mathématiciens pensaient que la perte de la dérivée première était une conséquence nécessaire du froissement de la sphère tout en conservant les longueurs. En d'autres termes, ils pensaient que le froissement et la régularité étaient incompatibles. Mais Nash a démontré le contraire.

En utilisant sa méthode, il est possible de froisser la sphère sans jamais plier aucune courbe. Tout ce dont Nash avait besoin, c'était de torsions lisses. Cependant, l'infinité de petites torsions requises par son encastrement rend la notion de courbure en dérivée seconde insensée, tout comme le pliage détruit la notion de pente en dérivée première. Il n'est jamais clair, où que ce soit sur une des surfaces de Nash, si une courbe est concave ou convexe. Chaque torsion ajoutée rend la forme de plus en plus ondulée et rainurée, et une surface infiniment rainurée devient rugueuse.

"Si vous étiez un skieur sur la surface, alors partout, vous sentiriez des bosses", a déclaré Vincent Borrelli de l'Université de Lyon, qui a travaillé en 2012 avec des collaborateurs pour créer les premières visualisations précises des encastrements de Nash.

Les nouveaux travaux expliquent la mesure exacte dans laquelle une surface peut maintenir des dérivés même si sa structure cède.

Trouver la limite

Les mathématiciens ont une notation précise pour décrire le nombre de dérivées qui peuvent être calculées sur une courbe.

Un encastrement qui plie une forme est appelé C0. Le C représente la continuité et l'exposant zéro signifie que les courbes de la surface encastrée n'ont aucune dérivée, pas même une première. Il existe également des encastrements avec des exposants fractionnaires, comme C0,1/2, qui plissent encore les courbes, mais moins fortement. Puis il y a les incorporations C1 de Nash, qui écrasent les courbes uniquement en appliquant des torsions lisses, conservant ainsi une dérivée première.

(Un graphique à trois panneaux illustre les différents degrés de lissage des lettres O, U et B. DU simple au complexe)

Avant les travaux de Nash, les mathématiciens s'étaient principalement intéressés aux incorporations isométriques d'un certain degré d'uniformité standard, C2 et plus. Ces encastrements C2 pouvaient tordre ou courber des courbes, mais seulement en douceur. En 1916, l'influent mathématicien Hermann Weyl a émis l'hypothèse que l'on ne pouvait pas modifier la forme de la sphère à l'aide de ces courbes douces sans détruire les distances. Dans les années 1940, les mathématiciens ont résolu le problème de Weyl, en prouvant que les encastrements isométriques en C2 ne pouvaient pas froisser la sphère.

Dans les années 1960, Yurii Borisov a découvert qu'un encastrement C1,1/13 pouvait encore froisser la sphère, alors qu'un encastrement C1,2/3 ne le pouvait pas. Ainsi, quelque part entre les enrobages C1 de Nash et les enrobages C2 légèrement courbés, le froissement devient possible. Mais pendant des décennies après les travaux de Borisov, les mathématiciens n'ont pas réussi à trouver une limite exacte, si tant est qu'elle existe.

"Une nouvelle vision fondamentale [était] nécessaire", a déclaré M. Inauen.

Si les mathématiciens n'ont pas pu progresser, ils ont néanmoins trouvé d'autres applications aux idées de Nash. Dans les années 1970, Mikhael Gromov les a reformulées en un outil général appelé "intégration convexe", qui permet aux mathématiciens de construire des solutions à de nombreux problèmes en utilisant des sous-structures sinueuses. Dans un exemple, qui s'est avéré pertinent pour les nouveaux travaux, l'intégration convexe a permis de considérer un fluide en mouvement comme étant composé de nombreux sous-flux tordus.

Des décennies plus tard, en 2016, Gromov a passé en revue les progrès progressifs réalisés sur les encastrements de la sphère et a conjecturé qu'un seuil existait en fait, à C1,1/2. Le problème était qu'à ce seuil, les méthodes existantes s'effondraient.

"Nous étions bloqués", a déclaré Inauen.

Pour progresser, les mathématiciens avaient besoin d'un nouveau moyen de faire la distinction entre des incorporations de douceur différente. De Lellis et Inauen l'ont trouvé en s'inspirant de travaux sur un phénomène totalement différent : la turbulence.

Une énergie qui disparaît

Tous les matériaux qui entrent en contact ont un frottement, et nous pensons que ce frottement est responsable du ralentissement des choses. Mais depuis des années, les physiciens ont observé une propriété remarquable des écoulements turbulents : Ils ralentissent même en l'absence de friction interne, ou viscosité.

En 1949, Lars Onsager a proposé une explication. Il a supposé que la dissipation sans frottement était liée à la rugosité extrême (ou au manque de douceur) d'un écoulement turbulent : Lorsqu'un écoulement devient suffisamment rugueux, il commence à s'épuiser.

En 2018, Philip Isett a prouvé la conjecture d'Onsager, avec la contribution de Buckmaster, De Lellis, László Székelyhidi et Vlad Vicol dans un travail séparé. Ils ont utilisé l'intégration convexe pour construire des écoulements tourbillonnants aussi rugueux que C0, jusqu'à C0,1/3 (donc sensiblement plus rugueux que C1). Ces flux violent une règle formelle appelée conservation de l'énergie cinétique et se ralentissent d'eux-mêmes, du seul fait de leur rugosité.

"L'énergie est envoyée à des échelles infiniment petites, à des échelles de longueur nulle en un temps fini, puis disparaît", a déclaré Buckmaster.

Des travaux antérieurs datant de 1994 avaient établi que les écoulements sans frottement plus lisses que C0,1/3 (avec un exposant plus grand) conservaient effectivement de l'énergie. Ensemble, les deux résultats ont permis de définir un seuil précis entre les écoulements turbulents qui dissipent l'énergie et les écoulements non turbulents qui conservent l'énergie.

Les travaux d'Onsager ont également fourni une sorte de preuve de principe que des seuils nets pouvaient être révélés par l'intégration convexe. La clé semble être de trouver la bonne règle qui tient d'un côté du seuil et échoue de l'autre. De Lellis et Inauen l'ont remarqué.

"Nous avons pensé qu'il existait peut-être une loi supplémentaire, comme la [loi de l'énergie cinétique]", a déclaré Inauen. "Les enchâssements isométriques au-dessus d'un certain seuil la satisfont, et en dessous de ce seuil, ils pourraient la violer".

Après cela, il ne leur restait plus qu'à aller chercher la loi.

Maintenir l'accélération

La règle qu'ils ont fini par étudier a trait à la valeur de l'accélération des courbes sur une surface. Pour la comprendre, imaginez d'abord une personne patinant le long d'une forme sphérique avant qu'elle ne soit encastrée. Elle ressent une accélération (ou une décélération) lorsqu'elle prend des virages et monte ou descend des pentes. Leur trajectoire forme une courbe.

Imaginez maintenant que le patineur court le long de la même forme après avoir été incorporé. Pour des encastrements isométriques suffisamment lisses, qui ne froissent pas la sphère ou ne la déforment pas de quelque manière que ce soit, le patineur devrait ressentir les mêmes forces le long de la courbe encastrée. Après avoir reconnu ce fait, De Lellis et Inauen ont ensuite dû le prouver : les enchâssements plus lisses que C1,1/2 conservent l'accélération.

En 2018, ils ont appliqué cette perspective à une forme particulière appelée la calotte polaire, qui est le sommet coupé de la sphère. Ils ont étudié les enchâssements de la calotte qui maintiennent la base de la calotte fixe en place. Puisque la base de la calotte est fixe, une courbe qui se déplace autour d'elle ne peut changer d'accélération que si la forme de la calotte au-dessus d'elle est modifiée, par exemple en étant déformée vers l'intérieur ou l'extérieur. Ils ont prouvé que les encastrements plus lisses que C1,1/2 - même les encastrements de Nash - ne modifient pas l'accélération et ne déforment donc pas le plafond. 

"Cela donne une très belle image géométrique", a déclaré Inauen.

En revanche, ils ont utilisé l'intégration convexe pour construire des enrobages de la calotte plus rugueux que C1,1/2. Ces encastrements de Nash tordent tellement les courbes qu'ils perdent la notion d'accélération, qui est une quantité dérivée seconde. Mais l'accélération de la courbe autour de la base reste sensible, puisqu'elle est fixée en place. Ils ont montré que les encastrements en dessous du seuil pouvaient modifier l'accélération de cette courbe, ce qui implique qu'ils déforment également le plafond (car si le plafond ne se déforme pas, l'accélération reste constante ; et si l'accélération n'est pas constante, cela signifie que le plafond a dû se déformer).

Deux ans plus tard, Inauen et Cao ont prolongé l'article précédent et prouvé que la valeur de C1,1/2 prédite par Gromov était en fait un seuil qui s'appliquait à toute forme, ou "collecteur", avec une limite fixe. Au-dessus de ce seuil, les formes ne se déforment pas, au-dessous, elles se déforment. "Nous avons généralisé le résultat", a déclaré Cao.

L'une des principales limites de l'article de Cao et Inauen est qu'il nécessite l'intégration d'une forme dans un espace à huit dimensions, au lieu de l'espace à trois dimensions que Gromov avait en tête. Avec des dimensions supplémentaires, les mathématiciens ont gagné plus de place pour ajouter des torsions, ce qui a rendu le problème plus facile.

Bien que les résultats ne répondent pas complètement à la conjecture de Gromov, ils fournissent le meilleur aperçu à ce jour de la relation entre l'aspect lisse et le froissement. "Ils donnent un premier exemple dans lequel nous voyons vraiment cette dichotomie", a déclaré M. De Lellis.

À partir de là, les mathématiciens ont un certain nombre de pistes à suivre. Ils aimeraient notamment résoudre la conjecture en trois dimensions. En même temps, ils aimeraient mieux comprendre les pouvoirs de l'intégration convexe.

Cet automne, l'Institute for Advanced Study accueillera un programme annuel sur le sujet. Il réunira des chercheurs issus d'un large éventail de domaines dans le but de mieux comprendre les idées inventées par Nash. Comme l'a souligné Gromov dans son article de 2016, les formes sinueuses de Nash ne faisaient pas simplement partie de la géométrie. Comme cela est désormais clair, elles ont ouvert la voie à un tout nouveau "pays" des mathématiques, où des seuils aigus apparaissent en de nombreux endroits.

Auteur: Internet

Info: https://www.quantamagazine.org/mathematicians-identify-threshold-at-which-shapes-give-way-20210603/Mordechai Rorvig, rédacteur collaborateur, , 3 juin 2021

[ ratatinement ] [ limite de conservation ] [ apparences ] [ topologie ] [ recherche ] [ densification ]

évolution subatomique

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.

 

Auteur: Internet

Info: https://www.quantamagazine.org/a-new-theory-for-the-assembly-of-life-in-the-universe-20230504?mc_cid=088ea6be73&mc_eid=78bedba296 - Philip Ball , contributing Writer,  4 mai 2023. *Qui peut être répété un nombre indéfini de fois par l'application de la même règle.

[ ergodicité mystère ] [ exobiologie ] [ astrobiologie ] [ exploration spatiale ] [ origine de la vie ] [ xénobiologie ] [ itération nécessaire ] [ ordre caché ] [ univers mécanique ] [ théorie-pratique ] [ macromolécules ] [ progression orthogonale ] [ décentrement anthropique ]

palier cognitif

Des physiciens observent une transition de phase quantique "inobservable"

Mesure et l'intrication ont toutes deux une saveur non locale "étrange". Aujourd'hui, les physiciens exploitent cette nonlocalité pour sonder la diffusion de l'information quantique et la contrôler.

La mesure est l'ennemi de l'intrication. Alors que l'intrication se propage à travers une grille de particules quantiques - comme le montre cette simulation - que se passerait-il si l'on mesurait certaines des particules ici et là ? Quel phénomène triompherait ?

En 1935, Albert Einstein et Erwin Schrödinger, deux des physiciens les plus éminents de l'époque, se disputent sur la nature de la réalité.

Einstein avait fait des calculs et savait que l'univers devait être local, c'est-à-dire qu'aucun événement survenant à un endroit donné ne pouvait affecter instantanément un endroit éloigné. Mais Schrödinger avait fait ses propres calculs et savait qu'au cœur de la mécanique quantique se trouvait une étrange connexion qu'il baptisa "intrication" et qui semblait remettre en cause l'hypothèse de localité d'Einstein.

Lorsque deux particules sont intriquées, ce qui peut se produire lors d'une collision, leurs destins sont liés. En mesurant l'orientation d'une particule, par exemple, on peut apprendre que sa partenaire intriquée (si et quand elle est mesurée) pointe dans la direction opposée, quel que soit l'endroit où elle se trouve. Ainsi, une mesure effectuée à Pékin pourrait sembler affecter instantanément une expérience menée à Brooklyn, violant apparemment l'édit d'Einstein selon lequel aucune influence ne peut voyager plus vite que la lumière.

Einstein n'appréciait pas la portée de l'intrication (qu'il qualifiera plus tard d'"étrange") et critiqua la théorie de la mécanique quantique, alors naissante, comme étant nécessairement incomplète. Schrödinger défendit à son tour la théorie, dont il avait été l'un des pionniers. Mais il comprenait le dégoût d'Einstein pour l'intrication. Il admit que la façon dont elle semble permettre à un expérimentateur de "piloter" une expérience autrement inaccessible est "plutôt gênante".

Depuis, les physiciens se sont largement débarrassés de cette gêne. Ils comprennent aujourd'hui ce qu'Einstein, et peut-être Schrödinger lui-même, avaient négligé : l'intrication n'a pas d'influence à distance. Elle n'a pas le pouvoir de provoquer un résultat spécifique à distance ; elle ne peut distribuer que la connaissance de ce résultat. Les expériences sur l'intrication, telles que celles qui ont remporté le prix Nobel en 2022, sont maintenant devenues monnaie courante.

Au cours des dernières années, une multitude de recherches théoriques et expérimentales ont permis de découvrir une nouvelle facette du phénomène, qui se manifeste non pas par paires, mais par constellations de particules. L'intrication se propage naturellement dans un groupe de particules, établissant un réseau complexe de contingences. Mais si l'on mesure les particules suffisamment souvent, en détruisant l'intrication au passage, il est possible d'empêcher la formation du réseau. En 2018, trois groupes de théoriciens ont montré que ces deux états - réseau ou absence de réseau - rappellent des états familiers de la matière tels que le liquide et le solide. Mais au lieu de marquer une transition entre différentes structures de la matière, le passage entre la toile et l'absence de toile indique un changement dans la structure de l'information.

"Il s'agit d'une transition de phase dans l'information", explique Brian Skinner, de l'université de l'État de l'Ohio, l'un des physiciens qui a identifié le phénomène en premier. "Les propriétés de l'information, c'est-à-dire la manière dont l'information est partagée entre les choses, subissent un changement très brutal.

Plus récemment, un autre trio d'équipes a tenté d'observer cette transition de phase en action. Elles ont réalisé une série de méta-expériences pour mesurer comment les mesures elles-mêmes affectent le flux d'informations. Dans ces expériences, ils ont utilisé des ordinateurs quantiques pour confirmer qu'il est possible d'atteindre un équilibre délicat entre les effets concurrents de l'intrication et de la mesure. La découverte de la transition a lancé une vague de recherches sur ce qui pourrait être possible lorsque l'intrication et la mesure entrent en collision.

L'intrication "peut avoir de nombreuses propriétés différentes, bien au-delà de ce que nous avions imaginé", a déclaré Jedediah Pixley, théoricien de la matière condensée à l'université Rutgers, qui a étudié les variations de la transition.

Un dessert enchevêtré

L'une des collaborations qui a permis de découvrir la transition d'intrication est née autour d'un pudding au caramel collant dans un restaurant d'Oxford, en Angleterre. En avril 2018, Skinner rendait visite à son ami Adam Nahum, un physicien qui travaille actuellement à l'École normale supérieure de Paris. Au fil d'une conversation tentaculaire, ils se sont retrouvés à débattre d'une question fondamentale concernant l'enchevêtrement et l'information.

Tout d'abord, un petit retour en arrière. Pour comprendre le lien entre l'intrication et l'information, imaginons une paire de particules, A et B, chacune dotée d'un spin qui peut être mesuré comme pointant vers le haut ou vers le bas. Chaque particule commence dans une superposition quantique de haut et de bas, ce qui signifie qu'une mesure produit un résultat aléatoire - soit vers le haut, soit vers le bas. Si les particules ne sont pas intriquées, les mesurer revient à jouer à pile ou face : Le fait d'obtenir pile ou face avec l'une ne vous dit rien sur ce qui se passera avec l'autre.

Mais si les particules sont intriquées, les deux résultats seront liés. Si vous trouvez que B pointe vers le haut, par exemple, une mesure de A indiquera qu'il pointe vers le bas. La paire partage une "opposition" qui ne réside pas dans l'un ou l'autre membre, mais entre eux - un soupçon de la non-localité qui a troublé Einstein et Schrödinger. L'une des conséquences de cette opposition est qu'en mesurant une seule particule, on en apprend plus sur l'autre. "La mesure de B m'a d'abord permis d'obtenir des informations sur A", a expliqué M. Skinner. "Cela réduit mon ignorance sur l'état de A."

L'ampleur avec laquelle une mesure de B réduit votre ignorance de A s'appelle l'entropie d'intrication et, comme tout type d'information, elle se compte en bits. L'entropie d'intrication est le principal moyen dont disposent les physiciens pour quantifier l'intrication entre deux objets ou, de manière équivalente, la quantité d'informations sur l'un stockées de manière non locale dans l'autre. Une entropie d'intrication nulle signifie qu'il n'y a pas d'intrication ; mesurer B ne révèle rien sur A. Une entropie d'intrication élevée signifie qu'il y a beaucoup d'intrication ; mesurer B vous apprend beaucoup sur A.

Au cours du dessert, Skinner et Nahum ont poussé cette réflexion plus loin. Ils ont d'abord étendu la paire de particules à une chaîne aussi longue que l'on veut bien l'imaginer. Ils savaient que selon l'équation éponyme de Schrödinger, l'analogue de F = ma en mécanique quantique, l'intrication passerait d'une particule à l'autre comme une grippe. Ils savaient également qu'ils pouvaient calculer le degré d'intrication de la même manière : Si l'entropie d'intrication est élevée, cela signifie que les deux moitiés de la chaîne sont fortement intriquées. Si l'entropie d'intrication est élevée, les deux moitiés sont fortement intriquées. Mesurer la moitié des spins vous donnera une bonne idée de ce à quoi vous attendre lorsque vous mesurerez l'autre moitié.

Ensuite, ils ont déplacé la mesure de la fin du processus - lorsque la chaîne de particules avait déjà atteint un état quantique particulier - au milieu de l'action, alors que l'intrication se propageait. Ce faisant, ils ont créé un conflit, car la mesure est l'ennemi mortel de l'intrication. S'il n'est pas modifié, l'état quantique d'un groupe de particules reflète toutes les combinaisons possibles de hauts et de bas que l'on peut obtenir en mesurant ces particules. Mais la mesure fait s'effondrer un état quantique et détruit toute intrication qu'il contient. Vous obtenez ce que vous obtenez, et toutes les autres possibilités disparaissent.

Nahum a posé la question suivante à Skinner : Et si, alors que l'intrication est en train de se propager, tu mesurais certains spins ici et là ? Si tu les mesurais tous en permanence, l'intrication disparaîtrait de façon ennuyeuse. Mais si tu les mesures sporadiquement, par quelques spins seulement, quel phénomène sortira vainqueur ? L'intrication ou la mesure ?

L'ampleur avec laquelle une mesure de B réduit votre ignorance de A s'appelle l'entropie d'intrication et, comme tout type d'information, elle se compte en bits. L'entropie d'intrication est le principal moyen dont disposent les physiciens pour quantifier l'intrication entre deux objets ou, de manière équivalente, la quantité d'informations sur l'un stockées de manière non locale dans l'autre. Une entropie d'intrication nulle signifie qu'il n'y a pas d'intrication ; mesurer B ne révèle rien sur A. Une entropie d'intrication élevée signifie qu'il y a beaucoup d'intrication ; mesurer B vous apprend beaucoup sur A.

Au cours du dessert, Skinner et Nahum ont poussé cette réflexion plus loin. Ils ont d'abord étendu la paire de particules à une chaîne aussi longue que l'on veut bien l'imaginer. Ils savaient que selon l'équation éponyme de Schrödinger, l'analogue de F = ma en mécanique quantique, l'intrication passerait d'une particule à l'autre comme une grippe. Ils savaient également qu'ils pouvaient calculer le degré d'intrication de la même manière : Si l'entropie d'intrication est élevée, cela signifie que les deux moitiés de la chaîne sont fortement intriquées. Si l'entropie d'intrication est élevée, les deux moitiés sont fortement intriquées. Mesurer la moitié des spins vous donnera une bonne idée de ce à quoi vous attendre lorsque vous mesurerez l'autre moitié.

Ensuite, ils ont déplacé la mesure de la fin du processus - lorsque la chaîne de particules avait déjà atteint un état quantique particulier - au milieu de l'action, alors que l'intrication se propageait. Ce faisant, ils ont créé un conflit, car la mesure est l'ennemi mortel de l'intrication. S'il n'est pas modifié, l'état quantique d'un groupe de particules reflète toutes les combinaisons possibles de hauts et de bas que l'on peut obtenir en mesurant ces particules. Mais la mesure fait s'effondrer un état quantique et détruit toute intrication qu'il contient. Vous obtenez ce que vous obtenez, et toutes les autres possibilités disparaissent.

Nahum a posé la question suivante à Skinner : Et si, alors que l'intrication est en train de se propager, on mesurait certains spins ici et là ? Les mesurer tous en permanence ferait disparaître toute l'intrication d'une manière ennuyeuse. Mais si on en mesure sporadiquement quelques spins seulement, quel phénomène sortirait vainqueur ? L'intrication ou la mesure ?

Skinner, répondit qu'il pensait que la mesure écraserait l'intrication. L'intrication se propage de manière léthargique d'un voisin à l'autre, de sorte qu'elle ne croît que de quelques particules à la fois. Mais une série de mesures pourrait toucher simultanément de nombreuses particules tout au long de la longue chaîne, étouffant ainsi l'intrication sur une multitude de sites. S'ils avaient envisagé cet étrange scénario, de nombreux physiciens auraient probablement convenu que l'intrication ne pouvait pas résister aux mesures.

"Selon Ehud Altman, physicien spécialiste de la matière condensée à l'université de Californie à Berkeley, "il y avait une sorte de folklore selon lequel les états très intriqués sont très fragiles".

Mais Nahum, qui réfléchit à cette question depuis l'année précédente, n'est pas de cet avis. Il imaginait que la chaîne s'étendait dans le futur, instant après instant, pour former une sorte de clôture à mailles losangées. Les nœuds étaient les particules, et les connexions entre elles représentaient les liens à travers lesquels l'enchevêtrement pouvait se former. Les mesures coupant les liens à des endroits aléatoires. Si l'on coupe suffisamment de maillons, la clôture s'écroule. L'intrication ne peut pas se propager. Mais jusque là, selon Nahum, même une clôture en lambeaux devrait permettre à l'intrication de se propager largement.

Nahum a réussi à transformer un problème concernant une occurrence quantique éphémère en une question concrète concernant une clôture à mailles losangées. Il se trouve qu'il s'agit d'un problème bien étudié dans certains cercles - la "grille de résistance vandalisée" - et que Skinner avait étudié lors de son premier cours de physique de premier cycle, lorsque son professeur l'avait présenté au cours d'une digression.

"C'est à ce moment-là que j'ai été vraiment enthousiasmé", a déclaré M. Skinner. "Il n'y a pas d'autre moyen de rendre un physicien plus heureux que de montrer qu'un problème qui semble difficile est en fait équivalent à un problème que l'on sait déjà résoudre."

Suivre l'enchevêtrement

Mais leurs plaisanteries au dessert n'étaient rien d'autre que des plaisanteries. Pour tester et développer rigoureusement ces idées, Skinner et Nahum ont joint leurs forces à celles d'un troisième collaborateur, Jonathan Ruhman, de l'université Bar-Ilan en Israël. L'équipe a simulé numériquement les effets de la coupe de maillons à différentes vitesses dans des clôtures à mailles losangées. Ils ont ensuite comparé ces simulations de réseaux classiques avec des simulations plus précises mais plus difficiles de particules quantiques réelles, afin de s'assurer que l'analogie était valable. Ils ont progressé lentement mais sûrement.

Puis, au cours de l'été 2018, ils ont appris qu'ils n'étaient pas les seuls à réfléchir aux mesures et à l'intrication.

Matthew Fisher, éminent physicien de la matière condensée à l'université de Californie à Santa Barbara, s'était demandé si l'intrication entre les molécules dans le cerveau pouvait jouer un rôle dans notre façon de penser. Dans le modèle que lui et ses collaborateurs étaient en train de développer, certaines molécules se lient occasionnellement d'une manière qui agit comme une mesure et tue l'intrication. Ensuite, les molécules liées changent de forme d'une manière qui pourrait créer un enchevêtrement. Fisher voulait savoir si l'intrication pouvait se développer sous la pression de mesures intermittentes - la même question que Nahum s'était posée.

"C'était nouveau", a déclaré M. Fisher. "Personne ne s'était penché sur cette question avant 2018.

Dans le cadre d'une coopération universitaire, les deux groupes ont coordonné leurs publications de recherche l'un avec l'autre et avec une troisième équipe étudiant le même problème, dirigée par Graeme Smith de l'université du Colorado, à Boulder.

"Nous avons tous travaillé en parallèle pour publier nos articles en même temps", a déclaré M. Skinner.

En août, les trois groupes ont dévoilé leurs résultats. L'équipe de Smith était initialement en désaccord avec les deux autres, qui soutenaient tous deux le raisonnement de Nahum inspiré de la clôture : Dans un premier temps, l'intrication a dépassé les taux de mesure modestes pour se répandre dans une chaîne de particules, ce qui a entraîné une entropie d'intrication élevée. Puis, lorsque les chercheurs ont augmenté les mesures au-delà d'un taux "critique", l'intrication s'est arrêtée - l'entropie d'intrication a chuté.

La transition semblait exister, mais il n'était pas évident pour tout le monde de comprendre où l'argument intuitif - selon lequel l'intrication de voisin à voisin devait être anéantie par les éclairs généralisés de la mesure - s'était trompé.

Dans les mois qui ont suivi, Altman et ses collaborateurs à Berkeley ont découvert une faille subtile dans le raisonnement. "On ne tient pas compte de la diffusion (spread) de l'information", a déclaré M. Altman.

Le groupe d'Altman a souligné que toutes les mesures ne sont pas très informatives, et donc très efficaces pour détruire l'intrication. En effet, les interactions aléatoires entre les particules de la chaîne ne se limitent pas à l'enchevêtrement. Elles compliquent également considérablement l'état de la chaîne au fil du temps, diffusant effectivement ses informations "comme un nuage", a déclaré M. Altman. Au bout du compte, chaque particule connaît l'ensemble de la chaîne, mais la quantité d'informations dont elle dispose est minuscule. C'est pourquoi, a-t-il ajouté, "la quantité d'intrication que l'on peut détruire [à chaque mesure] est ridiculement faible".

En mars 2019, le groupe d'Altman a publié une prépublication détaillant comment la chaîne cachait efficacement les informations des mesures et permettait à une grande partie de l'intrication de la chaîne d'échapper à la destruction. À peu près au même moment, le groupe de Smith a mis à jour ses conclusions, mettant les quatre groupes d'accord.

La réponse à la question de Nahum était claire. Une "transition de phase induite par la mesure" était théoriquement possible. Mais contrairement à une transition de phase tangible, telle que le durcissement de l'eau en glace, il s'agissait d'une transition entre des phases d'information - une phase où l'information reste répartie en toute sécurité entre les particules et une phase où elle est détruite par des mesures répétées.

C'est en quelque sorte ce que l'on rêve de faire dans la matière condensée, a déclaré M. Skinner, à savoir trouver une transition entre différents états. "Maintenant, on se demande comment on le voit", a-t-il poursuivi.

 Au cours des quatre années suivantes, trois groupes d'expérimentateurs ont détecté des signes du flux distinct d'informations.

Trois façons de voir l'invisible

Même l'expérience la plus simple permettant de détecter la transition intangible est extrêmement difficile. "D'un point de vue pratique, cela semble impossible", a déclaré M. Altman.

L'objectif est de définir un certain taux de mesure (rare, moyen ou fréquent), de laisser ces mesures se battre avec l'intrication pendant un certain temps et de voir quelle quantité d'entropie d'intrication vous obtenez dans l'état final. Ensuite, rincez et répétez avec d'autres taux de mesure et voyez comment la quantité d'intrication change. C'est un peu comme si l'on augmentait la température pour voir comment la structure d'un glaçon change.

Mais les mathématiques punitives de la prolifération exponentielle des possibilités rendent cette expérience presque impensablement difficile à réaliser.

L'entropie d'intrication n'est pas, à proprement parler, quelque chose que l'on peut observer. C'est un nombre que l'on déduit par la répétition, de la même manière que l'on peut éventuellement déterminer la pondération d'un dé chargé. Lancer un seul 3 ne vous apprend rien. Mais après avoir lancé le dé des centaines de fois, vous pouvez connaître la probabilité d'obtenir chaque chiffre. De même, le fait qu'une particule pointe vers le haut et une autre vers le bas ne signifie pas qu'elles sont intriquées. Il faudrait obtenir le résultat inverse plusieurs fois pour en être sûr.

Il est beaucoup plus difficile de déduire l'entropie d'intrication d'une chaîne de particules mesurées. L'état final de la chaîne dépend de son histoire expérimentale, c'est-à-dire du fait que chaque mesure intermédiaire a abouti à une rotation vers le haut ou vers le bas. Pour accumuler plusieurs copies du même état, l'expérimentateur doit donc répéter l'expérience encore et encore jusqu'à ce qu'il obtienne la même séquence de mesures intermédiaires, un peu comme s'il jouait à pile ou face jusqu'à ce qu'il obtienne une série de "têtes" d'affilée. Chaque mesure supplémentaire rend l'effort deux fois plus difficile. Si vous effectuez 10 mesures lors de la préparation d'une chaîne de particules, par exemple, vous devrez effectuer 210 ou 1 024 expériences supplémentaires pour obtenir le même état final une deuxième fois (et vous pourriez avoir besoin de 1 000 copies supplémentaires de cet état pour déterminer son entropie d'enchevêtrement). Il faudra ensuite modifier le taux de mesure et recommencer.

L'extrême difficulté à détecter la transition de phase a amené certains physiciens à se demander si elle était réellement réelle.

"Vous vous fiez à quelque chose d'exponentiellement improbable pour le voir", a déclaré Crystal Noel, physicienne à l'université Duke. "Cela soulève donc la question de savoir ce que cela signifie physiquement."

Noel a passé près de deux ans à réfléchir aux phases induites par les mesures. Elle faisait partie d'une équipe travaillant sur un nouvel ordinateur quantique à ions piégés à l'université du Maryland. Le processeur contenait des qubits, des objets quantiques qui agissent comme des particules. Ils peuvent être programmés pour créer un enchevêtrement par le biais d'interactions aléatoires. Et l'appareil pouvait mesurer ses qubits.

Le groupe a également eu recours à une deuxième astuce pour réduire le nombre de répétitions - une procédure technique qui revient à simuler numériquement l'expérience parallèlement à sa réalisation. Ils savaient ainsi à quoi s'attendre. C'était comme si on leur disait à l'avance comment le dé chargé était pondéré, et cela a permis de réduire le nombre de répétitions nécessaires pour mettre au point la structure invisible de l'enchevêtrement.

Grâce à ces deux astuces, ils ont pu détecter la transition d'intrication dans des chaînes de 13 qubits et ont publié leurs résultats à l'été 2021.

"Nous avons été stupéfaits", a déclaré M. Nahum. "Je ne pensais pas que cela se produirait aussi rapidement."

À l'insu de Nahum et de Noel, une exécution complète de la version originale de l'expérience, exponentiellement plus difficile, était déjà en cours.

À la même époque, IBM venait de mettre à niveau ses ordinateurs quantiques, ce qui leur permettait d'effectuer des mesures relativement rapides et fiables des qubits à la volée. Jin Ming Koh, étudiant de premier cycle à l'Institut de technologie de Californie, avait fait une présentation interne aux chercheurs d'IBM et les avait convaincus de participer à un projet visant à repousser les limites de cette nouvelle fonctionnalité. Sous la supervision d'Austin Minnich, physicien appliqué au Caltech, l'équipe a entrepris de détecter directement la transition de phase dans un effort que Skinner qualifie d'"héroïque".

 Après avoir demandé conseil à l'équipe de Noel, le groupe a simplement lancé les dés métaphoriques un nombre suffisant de fois pour déterminer la structure d'intrication de chaque historique de mesure possible pour des chaînes comptant jusqu'à 14 qubits. Ils ont constaté que lorsque les mesures étaient rares, l'entropie d'intrication doublait lorsqu'ils doublaient le nombre de qubits - une signature claire de l'intrication qui remplit la chaîne. Les chaînes les plus longues (qui impliquaient davantage de mesures) ont nécessité plus de 1,5 million d'exécutions sur les appareils d'IBM et, au total, les processeurs de l'entreprise ont fonctionné pendant sept mois. Il s'agit de l'une des tâches les plus intensives en termes de calcul jamais réalisées à l'aide d'ordinateurs quantiques.

Le groupe de M. Minnich a publié sa réalisation des deux phases en mars 2022, ce qui a permis de dissiper tous les doutes qui subsistaient quant à la possibilité de mesurer le phénomène.

"Ils ont vraiment procédé par force brute", a déclaré M. Noel, et ont prouvé que "pour les systèmes de petite taille, c'est faisable".

Récemment, une équipe de physiciens a collaboré avec Google pour aller encore plus loin, en étudiant l'équivalent d'une chaîne presque deux fois plus longue que les deux précédentes. Vedika Khemani, de l'université de Stanford, et Matteo Ippoliti, aujourd'hui à l'université du Texas à Austin, avaient déjà utilisé le processeur quantique de Google en 2021 pour créer un cristal de temps, qui, comme les phases de propagation de l'intrication, est une phase exotique existant dans un système changeant.

En collaboration avec une vaste équipe de chercheurs, le duo a repris les deux astuces mises au point par le groupe de Noel et y a ajouté un nouvel ingrédient : le temps. L'équation de Schrödinger relie le passé d'une particule à son avenir, mais la mesure rompt ce lien. Ou, comme le dit Khemani, "une fois que l'on introduit des mesures dans un système, cette flèche du temps est complètement détruite".

Sans flèche du temps claire, le groupe a pu réorienter la clôture à mailles losangiques de Nahum pour accéder à différents qubits à différents moments, ce qu'ils ont utilisé de manière avantageuse. Ils ont notamment découvert une transition de phase dans un système équivalent à une chaîne d'environ 24 qubits, qu'ils ont décrite dans un article publié en mars.

Puissance de la mesure

Le débat de Skinner et Nahum sur le pudding, ainsi que les travaux de Fisher et Smith, ont donné naissance à un nouveau sous-domaine parmi les physiciens qui s'intéressent à la mesure, à l'information et à l'enchevêtrement. Au cœur de ces différentes lignes de recherche se trouve une prise de conscience croissante du fait que les mesures ne se contentent pas de recueillir des informations. Ce sont des événements physiques qui peuvent générer des phénomènes véritablement nouveaux.

"Les mesures ne sont pas un sujet auquel les physiciens de la matière condensée ont pensé historiquement", a déclaré M. Fisher. Nous effectuons des mesures pour recueillir des informations à la fin d'une expérience, a-t-il poursuivi, mais pas pour manipuler un système.

En particulier, les mesures peuvent produire des résultats inhabituels parce qu'elles peuvent avoir le même type de saveur "partout-tout-enmême-temps" qui a autrefois troublé Einstein. Au moment de la mesure, les possibilités alternatives contenues dans l'état quantique s'évanouissent, pour ne jamais se réaliser, y compris celles qui concernent des endroits très éloignés dans l'univers. Si la non-localité de la mécanique quantique ne permet pas des transmissions plus rapides que la lumière comme le craignait Einstein, elle permet d'autres exploits surprenants.

"Les gens sont intrigués par le type de nouveaux phénomènes collectifs qui peuvent être induits par ces effets non locaux des mesures", a déclaré M. Altman.

L'enchevêtrement d'une collection de nombreuses particules, par exemple, a longtemps été considéré comme nécessitant au moins autant d'étapes que le nombre de particules que l'on souhaitait enchevêtrer. Mais l'hiver dernier, des théoriciens ont décrit un moyen d'y parvenir en beaucoup moins d'étapes grâce à des mesures judicieuses. Au début de l'année, le même groupe a mis l'idée en pratique et façonné une tapisserie d'enchevêtrement abritant des particules légendaires qui se souviennent de leur passé. D'autres équipes étudient d'autres façons d'utiliser les mesures pour renforcer les états intriqués de la matière quantique.

Cette explosion d'intérêt a complètement surpris Skinner, qui s'est récemment rendu à Pékin pour recevoir un prix pour ses travaux dans le Grand Hall du Peuple sur la place Tiananmen. (Skinner avait d'abord cru que la question de Nahum n'était qu'un exercice mental, mais aujourd'hui, il n'est plus très sûr de la direction que tout cela prend.)

"Je pensais qu'il s'agissait d'un jeu amusant auquel nous jouions, mais je ne suis plus prêt à parier sur l'idée qu'il n'est pas utile."

Auteur: Internet

Info: Quanta Magazine, Paul Chaikin, sept 2023

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parapsychologie

Le pays des aveugles de Koestler (II) (première partie ici)

La section précédente a peut-être donné au lecteur un sentiment de déjà-vu, parce que tout à l'heure j'ai mentionné un autre type de "théorie du filtre" liée à l'évolution. Je me réfère à la théorie néo-darwinienne selon laquelle la substance héréditaire dans les cellules germinales est protégée par une barrière quasi inviolable contre les influences en provenance de l'extérieur. Le "presque" se réfère à l'exception des rayons cosmiques, de la chaleur et des produits chimiques nocifs, qui pourraient pénétrer la barrière et causer des mutations dans les gènes. La plupart d'entre elles sont nuisibles, mais de temps en temps il y a des coups de chance, et cela, grâce à la sélection naturelle, permet à la roue de l'évolution de continuer sa marche. Hors cela, toute possibilité qu'une caractéristique acquise devienne héréditaire est empêchée par cette barrière. Le lamarckisme qui postulait que des améliorations bénéfiques pour les corps ou les compétences acquises par les parents pourraient être transmises à la descendance, doit être écarté comme superstition scientifique. Telle est la doctrine néo-darwinienne. Et pourtant, certains phénomènes évolutifs, cités à maintes reprises dans la littérature, semblent indiquer obstinément un facteur d'évolution lamarckienne.

Un exemple simple en est la peau sur la plante de nos pieds, qui est beaucoup plus épaisse que partout ailleurs. Si l'épaississement s'était produit pendant que le bébé a appris à marcher, il n'y aurait pas de problème. Mais l'épaississement est hérité, le bébé est né avec. Également curieuses sont les callosités innées sur le genou du chameau, et les épaississements bulbeux sur le cul de l'autruche, un à l'avant et un à l'arrière. Ils sont aussi, comme la peau de nos semelles, déjà présents dans l'embryon et sont incontestablement des caractéristiques héritées. Pourtant, en conformité avec le dogme dominant, on nous demande de croire que l'avènement de ces callosités à l'endroit exact où l'animal en a besoin est dû au hasard pur - comme le scarabée apparaissant à la fenêtre de Jung. On pourrait presque remplacer l'ESP par l'IAC (hérédité des caractères acquis) et voir émerger le même schéma d'arguments, et les mêmes passions quasi théologiques qui les accompagnent. Les lamarckiens se sont retrouvés dans une situation similaire à celle des parapsychologues : ils ont été incapables de produire une expérience reproductible. Les cas de IAC apparents dans le règne animal étaient rares, les phénomènes étaient capricieux, chaque cas apparemment net permettait des interprétations différentes et en dernier recours, à des accusations de fraude. En outre, bien que les lamarckiens étaient convaincus que IAC avait lieu, ils furent incapables d'en fournir une explication physiologique - comme les parapsychologues sont incapables de fournir une explication physique de l'ESP.

Ce curieux parallèle semble avoir échappé à l'attention des lamarckiens et des parapsychologues - Je n'ai pas vu mentionné dans la littérature. Peut-être qu'une hérésie c'est assez pour un seul homme. Paul Kammerer partageait les deux à la fois, et pourtant, lui aussi, semble n'avoir pas été au courant de la connexion entre eux. Portons l'analogie un peu plus loin. Dans "The Ghost in the Machine" et "The Case of the Midwife Toad", j'ai examiné les raisons d'un mécontentement croissant avec la théorie néo-darwinienne chez les biologistes contemporains, qui croient que la théorie reflète une partie de l'image, mais pas l'ensemble du tableau, et qui maintiennent que l'évolution des espèces est le résultat combiné d'un éventail de facteurs étiologiques connus, la plupart d'entre eux restant inconnus.

L'héritage de Darwin, et une forme modifiée de l'héritage de Lamarck, peuvent-être deux de ces facteurs à des extrémités opposées du spectre, avec un champ limité d'application à la fois. La IAC Lamarckienne serait un évènement relativement rare - pour la même raison que les phénomènes ESP sont rares: le fonctionnement des filtres de protection. Ceux-ci ne constitueraient pas la barrière absolue prévue par la théorie orthodoxe, mais un des mécanismes sélectifs, pour protéger le matériel héréditaire contre la "floraison et la confusion bourdonnante" des incursions biochimiques qui, autrement, feraient des ravages mettant en cause la continuité et la stabilité de l'espèce. Car si toutes les expériences des ancêtres laissaient des traces héréditaires à leur descendance, le résultat serait inévitablement un chaos de formes et un bordel des instincts. Mais cela ne signifie pas que nous devions exclure la possibilité que certaines modifications bien définies, adaptations intentionnelles - comme les callosités de l'autruche - qui ont été acquises génération après génération, finissent par passer à travers le filtre pour conduire à des changements dans la chimie des gènes en les rendant héréditaires. Il semble très peu probable que le filogenia ne doive posséder aucun souvenir.

La biochimie n'exclut pas la possibilité ci-dessus, et l'insistance presque fanatique de son rejet n'est qu'un exemple de plus de l'intolérance dogmatique de l'orthodoxie scientifique. (Mais : un membre éminent de l'établissement, le professeur Waddington, a effectivement proposé il y a quelques années un modèle provisoire pour l'IAC, ce qui indique que, au stade actuel de la biochimie un tel processus est envisageable.) Il nous faut faire ici une dernière excursion en physique - mais cette fois d'un genre très élémentaire.

Sur l'ombre du bureau en face de moi il y a l'ombre d'un cendrier. De manière ordinaire, il est tout à fait un objet sensible, solide, un tout en soi, sans "non-sens quantique" à son sujet. Mais quand je le soulève, je sens son poids, ce qui signifie qu'il est soumis à une influence assez mystérieuse que nous appelons le champ gravitationnel de la Terre. Et quand je le pousse, il résiste. Ceci est en partie dû au frottement contre le bureau, mais en partie aussi à l'inertie du cendrier massif. Maintenant, l'inertie est définie, selon la première loi du mouvement de Newton, comme la tendance d'un corps à préserver son état de repos ou de mouvement uniforme dans une direction donnée. Mais, si je devais suspendre ce cendrier par un fil au plafond, et en faire une réplique du pendule de Foucault aux Invalides à Paris, le plan de ses oscillations ne resterait pas figé dans la direction donnée, selon le principe que l'inertie nécessite, mais il tournerait lentement, complétant un tour en vingt-quatre heures.

Nous expliquons que c'est causé par la rotation de la terre, et que le pendule cendrier ne fait que préserver sa direction par rapport aux étoiles fixes, donc tout va bien. Toutefois, étant donné que tout mouvement est relatif, nous sommes en droit de considérer la terre comme au repos, avec des étoiles fixes tournant autour d'elle - comme l'imaginaient les anciens, et si c'est le cas, pourquoi les mouvements de mon cendrier doivent-ils être régis par les étoiles, et pas par la terre au-dessous ?

Le même argument s'applique à l'aplatissement des pôles de la terre, ainsi qu'à la force de Coriolis qui soi-disant dévie les missiles, les avions à réaction et les alizés de leur droite inertielle. Tous ces exemples semblent démontrer que la rotation de la terre est absolue et non relative. Ce paradoxe fut souligné par Bishop Berkeley, puis par le physicien allemand Ernst Mach (qui donna nom aux unités de vitesse supersonique). La réponse de Mach c'est que nous sommes en effet en droit de considérer la terre comme au repos, et d'expliquer les phénomènes que nous attribuons à sa rotation, comme causés en quelque sorte par les étoiles fixes et les galaxies - donc, par la masse de l'univers qui nous entoure.

Selon cette théorie, connue comme principe de Mach, c'est l'univers qui nous entoure qui détermine la direction du pendule de Foucault, et régit ainsi les forces d'inertie de la planète responsables de l'aplatissement des pôles. Einstein a repris le principe de Mach et a postulé que l'inertie des corps terrestres n'est qu'une autre manifestation de la gravité, non causé par les étoiles en tant que telles, mais plutôt de leur rotations. C'est la théorie qui prévaut aujourd'hui.

Donc comment la rotation des étoiles donne de l'inertie à mon cendrier reste une pure conjecture. L'inertie est le plus tangible, terre-à-terre, des phénomènes de notre vie quotidienne: vous l'éprouvez chaque fois que vous poussez un meuble. Et pourtant, il a maintenant été démontré que sa résistance aux déplacements est due au fait que nous sommes entouré par la masse en rotation de l'univers.

En 1927, Bertrand Russell, qui souscrivait néanmoins à la relativité einsteinienne, s'est senti poussé à protester ainsi : - On fait valoir que "rotation absolue" peut être remplacée par une "rotation par rapport aux étoiles fixes". Ce qui est formellement correct, mais dire que cette influence vient des étoiles de l'astronomie est scientifiquement incroyable. Whitehead écrit dans la même veine: Il est difficile de prendre au sérieux l'idée que ces phénomènes internes sur terre soient dus à l'influence d'étoiles dans le ciel. Je ne puis me résoudre à croire qu'une petite étoile scintillant dans sa tournée dirige le pendule de Foucault lors de l'exposition de Paris de 1851.

Ainsi, même mon cendrier est un holon, après tout. Ce n'est pas seulement un cendrier ombre sur un bureau ombre Eddington, mais d'une certaine façon, à laquelle ni Einstein ni Mach ne se hasardèrent à donner une explication causale, ses propriétés d'inertie sont reliées à la masse entière de l'univers qui l'entoure. On pourrait aussi bien l'appeler cendrier Mirandole, en se rappelant le passage cité plus tôt: premièrement, il y a l'unité dans les choses où chaque objet est en harmonie avec lui-même, se compose de lui-même, et est cohérent avec lui-même. Deuxièmement, il y a l'unité selon lequel une créature est unie avec les autres, et toutes les parties du monde constituent un tout. C'est le principe même du holon.

Nous avons entendu un choeur entier de lauréats du Nobel de physique nous informer que la matière était morte, de même pour la causalité et le déterminisme. Si c'est le cas, laissez-nous leur donner une sépulture décente, avec un requiem de musique électronique. Il est temps pour nous de tirer les leçons d'un XXe siècle de sciences post-mécanistes et de sortir du carcan que le XIXe siècle matérialiste a imposé à notre perspective philosophique. Paradoxalement, si cette perspective était restée aux côtés de la science moderne elle-même, au lieu de trainer avec un siècle de retard, nous aurions été libérés de cette camisole de force il y a bien longtemps. Il a été dit que la science sait de plus en plus sur de moins en moins. Mais cela s'applique uniquement au processus de spécialisation. On serait tout aussi fondés à dire que nous savons de moins en moins sur de plus en plus.

Cela vaut tout autant pour la procédure de l'unification de la matière et de l'énergie que pour les particules et les ondes, tout ceci dans le delta conceptuel d'une rivière qui se déplace majestueusement dans un océan d'abstractions. Plus la science acquiert des connaissances précises, plus les symboles qu'elle utilise deviennent insaisissables. La chasse au quark commence à ressembler à une quête mystique dans un nuage d'inconnaissance. La science se révèle être la réalisation la plus glorieuse de l'esprit humain - et sa défaite la plus alléchante. Nous sommes devenus bien plus malins depuis Pic de la Mirandole, mais pas beaucoup plus sages quand il s'agit de savoir ce que tout cela signifie. Une fois ceci reconnu, nous pourrions devenir plus réceptifs aux phénomènes qui nous entourent et que de manière unilatérale la science physique nous fait ignorer, pour sentir le courant qui souffle au travers des fentes de l'édifice de la causalité; et accorder plus d'attention aux évènements confluentiels, comprendre les phénomènes paranormaux dans notre concept de normalité, et se rendre compte que nous vivons dans le "royaume des aveugles".

Les conséquences d'un tel changement de conscience ne sont pas prévisibles, et on ne peut s'empêcher de sympathiser avec la déclaration du professeur H. H. Price comme quoi la "recherche psychique est l'une des branches les plus importantes d'enquête que l'esprit humain ait entrepris"; il semble important "de mettre en lumière toute nouvelle sur la nature de la personnalité humaine et sa position dans l'univers", et en même le temps "cela transformera les perspectives et fondations intellectuelles dont dépend toute notre civilisation actuelle".

Ce sont des mots forts d'un professeur d'Oxford en philosophie, mais je ne pense pas qu'il exagère. Ce qu'ils impliquent c'est un plaidoyer pour faire de la parapsychologie, et plus généralement de l'étude de ce que j'ai appelé les "évènements confluentiels" avec un substrat académique respectable et attrayant pour les étudiants, tant professionnels qu'en matières facultatives. Une fois qu'il y aura autant de chercheurs brillants engagés dans ce domaine comme cela existe maintenant pour l'étude de comportements de rats, une percée pourra être en vue. Dans la science-fiction, il est tenu pour acquis que la communication télépathique et la manipulation de la matière psychokinétique seront monnaie courante dans un avenir pas trop lointain, et la science-fiction s'est avéré être une prophétesse étonnamment fiable. Une autre de ses hypothèses courantes est que des êtres intelligents d'autres planètes de l'univers ont une maîtrise avancée de ces méthodes. Il est également possible, cependant, que dans ce domaine particulier, nous soyons une espèce sous-privilégiée - avec nos handicaps propres.

Le grand dessein de l'évolution vers des formes supérieures de l'unité dans la diversité n'exclut pas monstres et autres ratés biologiques, ni leurs évolutions pathologiques. Je ne pense pas que l'univers soit une institution charitable, mais nous devons vivre en lui et en tirer le meilleur parti. Les limites de notre matériel biologique nous condamnent peut-être au simple rôle de spectateurs devant la serrure de l'éternité. Mais au moins, retirons ce qui, devant ou dans la serrure, limite encore notre point de vue. [Note : Dans la vaste littérature sur la parapsychologie contemporaine, j'ai été particulièrement impressionné par les écrits de deux femmes - Rosalind Heywood, à qui ce livre est dédié, et Renee Haynes, auteur de The Hidden Springs et le roi philosophe, et rédactrice en cheffe du Journal de la Society for Psychical Research.

En écrivant cet essai sur un champ où même les anges craignent de marcher, j'ai avancé avec grande prudence, essayant surtout m'en tenir aux résultats expérimentaux de recherche en laboratoire, omettant toutes les soi-disant "preuves anecdotiques" - c'est-à-dire les manifestations spontanées de phénomènes parapsychologiques de la vie courante qui ne constituent pas des preuves au sens strict. En relisant ces pages avant impression, je sentais que ces limites self-imposées donnent lieu à une certaine partialité, et j'ai demandé à Renee Haynes de rétablir l'équilibre sous la forme d'un post-scriptum. Je lui suis donc reconnaissant d'avoir ajouté ainsi une saveur Yin Yang à mon austère travail.

(Post-scriptum par Renee Haynes)

M. Koestler nous a donné un exposé lucide de données modernes comme l'espace, le temps, la matière, la causalité, la neurophysiologie et la recherche psychique. Une remarquable synthèse en émerge. Son concept de "Janus-faced holons" pourrait bien se révéler comme un vrai stimulant pour notre génération comme le fut l'Elan Vital de Bergson pour les penseurs de la première partie du 20ème siècle. Il est à la fois gratifiant et grandiose être mandé pour écrire l'épilogue d'un tel travail, surtout afin qu'il suscite une discussion ultérieure. Si cet épilogue touche parfois à l'argumentaire, j'espère qu'on me le pardonnera.

J'ai été impressionné par la description de M. Koestler de la physique contemporaine. Avec ses termes infiniment abstraits, ses interactions mathématiques vérifiables, son univers visible, la danse de l'énergie, les choses prévisible et les folies imprévisibles, tantôt ici, tantôt là, maintenant nulle part et ensuite de retour, explosant tout le réseau propre à la pensée de Newton. C'est par ailleurs un exemple fascinant de synchronicité que deux physiciens et parapsychologues en viennent à utiliser le terme psi pour indiquer ce qui est encore inconnu; un curieux flash verbal qui pourrait servir à indiquer un terrain d'entente entre les deux disciplines. Pour moi, cependant, comme pour beaucoup d'autres, l'imagerie mathématique qui vient naturellement au calculateur est beaucoup plus difficile à comprendre, à rapporter à l'expérience de vie, que celle donnée par l'impact immédiat des sens.

Il est plus facile pour des gens comme nous de penser dans l'idiome d'une perception "ordinaire", ce processus monnaie courante, que dans le langage de formules algébriques, quelle que soit leur vérité et leur élégance. C'est par l'imagerie de la vue, l'ouïe, le toucher, l'odorat, la température, que la connaissance paranormale, comme la mémoire, apparait souvent dans l'esprit conscient (souvent, mais pas toujours. Ce peut être une impression soudaine que quelque chose s'est passé, ou pas plus qu'une impulsion inexplicable pour agir, courir hors d'une maison qui sera bientôt bombardé, ou entreprendre une tâche fastidieuse de voyage en cross-country pour voir un enfant à l'école, qui se révèle être tout à coup, dangereusement malade. (Cf. Cf. Arm Bridge, Moments of Knowing. London, 1970)

Pour cette raison, je tiens à souligner la valeur des phénomènes spontanés à la recherche psychique. Aussi déroutants, irremplaçables, uniques et personnels que de tels évènements puissent être, fait est qu'ils ne se produisent, que des hallucinations, certaines impressions de veille ou des rêves d'apparence réelle peuvent être mis en corrélation avec des évènements objectifs inconnus à la personne concernée, très éloignée ou il y a longtemps ou pas encore adoptée, a été maintes fois dit clairement, à la fois avant et après l'enquête systématique qui a débuté dans les années 1880. Même maintenant, bien sûr, de tels évènements sont souvent rejetés au mieux comme "anecdotiques", ou comme racontars de vieilles femmes, voire comme absurdités superstitieuses. De même, ce rapport tout à fait exact que les habitants de St. Kilda attrapèrent un rhume que quand un navire vint, fait rapporté par le Dr Johnson comme étant contraire à tout bon sens, ne fut accepté comme un état de fait que quand la théorie des germes de la maladie furent mis en place. Beaucoup de cas spontanés du paranormal - prise de conscience télépathique, "apparitions" perçues alors que la personne "vue" se trouvait en danger ou en train de mourir, apparition soudaine d'une douleur inexplicable au moment où est vécue de façon inattendue par une personne aimée au loin - ont été vérifié et selon des normes de preuve acceptables par une cour de justice. Tout cela donne du poids à un nombre toujours plus grand d'autres cas qui, bien que le narrateur ne le sache pas, tombent dans le même schéma, comme le Dr Louisa Rhine et d'autres l'ont fait remarquer. (Cf. Louisa Rhine, Hidden Channels of the Mind. London, 1962, and G. W. Lambert's Foreword to Andrew MacKenzie, Ghosts and Apparitions. London, 1971.)

La perception extra-sensorielle Spontanée se produit très certainement non seulement chez les humains, qui ont des mots pour décrire leurs expériences, mais chez les animaux, dont les sentiments ne peuvent être évalués que par leur apparence et leur comportement. Ce n'est pas toujours facile à interpréter parce que beaucoup d'entre eux ont des pouvoirs sensoriels qui nous manquent. Des rats adultes, par exemple, peuvent "sentir" les rayons X. Des bébés rongeurs d'une autre race ont été montré comme pouvant communiquer par ultrasons avec leurs mères, comme les dauphins de tous âges le font parfois les uns avec les autres. Ainsi comme il aurait été facile et faux - de produire une explication paranormale à cet épisode observé dans "la maison de l'attaché militaire américain d'une capitale étrangère non identifié". Le chien de la famille, hurlant et gémissant et "de toute évidence en souffrance, semblait être dans un vrai combat contre un ennemi dans le coin de la pièce". Les planchers furent enlevés et on trouva "un dispositif de transmission radio pour toutes les conversations dans la chambre". Lorsqu'il était allumé, il produisait un son trop aigu pour que l'oreille humaine l'entende, mais qui tourmentait le chien.

Mais il y a tout de même, bien authentifiés, des cas de comportement animaux qui semblent seulement donner sens qu'en termes de paranormal. Comme le chien ou le chat domestique qui, pris dans un panier fermé en voiture ou en train sur de longues distances, revient par le plus direct des cross-countries à la maison. Il y a ce récent rapport de la presse française d'un chien appartenant à un ouvrier qui l'avait quitté avec sa famille alors qu'il avait été envoyé dans une autre partie du pays pour une affectation temporaire. Le chien disparut de la maison et plus tard, mince et épuisé, il retrouvait son maître dans un endroit où il n'avait jamais été auparavant. Il y a aussi ces épisodes fréquents dans lesquels chiens ou les chats semblent être au courant de ce qui se passe à distance et deviennent surexcités dans leurs chenils au moment précis où leurs propriétaires commencent leur voyage de retour de vacances. Quelle que soit la distance. Il y a encore cet autre parallèle à faire entre les humains et les autres êtres vivants.

Comme JD Carthy l'a dit: "les animaux ne réagissent pas automatiquement à un signal, mais seulement si leur motivation est grande. Un animal repu ne réagit pas à un appel alimentaire. "M. Koestler a noté un angle différent (p.128 et suivantes) Que cela s'applique à l'homme ainsi que les animaux, dans la vie ordinaire que dans des conditions expérimentales. Ainsi, dans une rue animée d'un petit garçon d'un tour mécanique remarquerez marques de voitures, spécialiste de l'urbanisme de la circulation, une femme anxieuse de se croiser avec un enfant fatigué le mépris collectif impersonnel des pilotes pour ceux pied sur. En est de même de la perception extrasensorielle. En cela aussi, les gens deviennent très conscients de ce qui concerne eux-mêmes et leurs sentiments personnels. Pour évoquer une réponse instantanée forte de toute créature vivante un signal, sensorielle ou extra-sensorielle, doit être pertinente, pertinents aux besoins biologiques, à un stress émotionnel, à ce que Gerard Manley Hopkins appelé paysage intérieur.

C'est bien sûr pourquoi les expériences reproductibles dans la recherche psychique sont si difficiles à atteindre. L'intérêt qui pousse les gens à y participer est érodé par la répétition mécanique ennuyeuse, et l'effet de déclin qui se manifeste, tôt ou tard, en conformité avec les tempéraments, les humeurs et les relations personnelles des personnes concernées. Mis à part l'ennui cumulatif qu'elles engendrent par ailleurs, les expériences avec les cartes, les dés, des lumières et ainsi de suite ne tiennent pas compte de l'ambiance au sein de laquelle fonctionne l'esprit humain. Comme on l'a fait remarquer, "la cognition Paranormale est symbolique d'une manière associative; ainsi, M. Jones pourrait être impliqué dans un rêve ou la cognition paranormale parle d'un lion parce qu'il vit près du zoo, a un tempérament de lion ou une relation appelée Leo.

Pour des cartes à deviner avec un pack ordinaire le percipient pour marquer un coup direct dois dire littéralement "le dix de pique". La remarque "Dix hommes honnêtes" [qui appellent un chat un chat] serait considérée comme totalement hors de propos. Le premier groupe d'expériences au Laboratoire de rêve du Centre Maimonides Medical, * 1 résumée aux pages 37-8, allait dans le sens en vue de corriger cette difficulté, mais leurs résultats, bien que suggestifs, étaient difficiles à évaluer. C'est en partie parce que le pouvoir de visualiser varie donc considérablement d'une personne à une autre. Certaines personnes ont une mémoire photographique, un certain sélective, certains peuvent se rappeler le nom, mais pas les apparences des choses. En plus de tout ça tout le monde perçoit et exprime ses sentiments à travers un réseau d'associations, d'images et de symboles uniques à sa propre personne, d'autres découlent de son modèle de culture, la plupart des événements de sa vie individuelle. Une série d'expériences plus tard * en utilisant des cibles moins spécifiques - et pas seulement des images mais des sujets généraux tels que les religions d'Extrême-Orient, les productions artistiques des schizophrènes, la naissance d'un bébé, toutes illustrées pour l'agent par des vues et des bruits - semble avoir contourné certains des problèmes précédents. Il semble que cette méthode ait vraiment été couronnée de succès dans la communication télépathique sur l'humeur et la qualité d'une expérience. 

Cette question de la qualité par opposition à la mesure dans la recherche psychique comme dans de nombreux autres sujets me semble émerger avec de plus en plus d'urgence. On ne peut pas l'ignorer simplement parce qu'il est mal à l'aise et que c'est difficile à traiter. C'est pertinent pour la science, la philosophie, et tout le concept de synchronicité. Mais (parce que c'est tellement plus facile d'accumuler et de quantifier des données que de réfléchir sur leur signification) les notions de qualité et de sens qui comptent le plus pour les hommes ont tendance à être balayés. C'est une des raisons pourquoi ce livre est si précieux. Il se bat avec sens, intègre des faits.

Pourtant, je tiens à souligner le thème encore plus. La mesurable et le calculable peuvent servir la qualité, mais en diffèrent en nature. "Le son du cor le soir au fond des bois", "L'écume des mers périlleuses dans les terres désolées féeriques", "une profonde et troublante noirceur" - ces phrases peuvent être comprises et expérimentées instantanément en ce sens, mais elles ne sont pas susceptibles d'une analyse scientifique ou de quantification.

De même, vous ne pouvez pas avoir une tonne d'amour (en dépit de la façon dont les filles l'utilisent pour signer leurs lettres), soit un mètre de haine ou un gallon de pétrole de crainte, mais l'amour, la haine et la crainte sont tout aussi réels qu'une tonne de farine, une aune de toile ou d'un gallon d'essence, plus réel en effet, parce qu'ils ont une signification immédiate, ce ne sont pas de simples actions comme faire du pain cas ou remplir un oreiller. C'est une qualité, signifiant, qui clignote comme une étoile filante via la synchronicité, de même que, curieusement, à l'autre bout du spectre psychophysique, ça s'enflamme à travers des phénomènes de poltergeist "maisons hantées" *** maintenant considérés comme un effet de chaos profond ou la misère humaine s'exprime via un mode psychokinétique pas encore compris. Ainsi, grotesque, effrayant maintenant, les bruits, les pluies de pierres, les bouteilles brisées, les ampoules qui explosent, la modification violente inexplicable d'un équipement électrique symbolisent et exprimer plus directement que les mots ou la musique ou la peinture le conflit intérieur et l'agitation de la personne autour de laquelle tout ceci se produit.

Jung interprète ces phénoménal - comme les détonations chez Freud - comme des cas extrêmes de liens "transpsychiques" de causalité. Dans la vie quotidienne, ils se manifestent bien sûr de façon moins spectaculaire. Je décide d'écrire une phrase et le fonctionnement électrique de mon cerveau, le fonctionnement moteur de mes muscles exécutent cette décision via une chaîne traçable de causes physiques, mais c'était ma décision qui a établi le processus en cours. Il est en outre possible que de telles décisions puissent avoir des effets directs sur des processus biologiques qui ne sont pas en contact physique avec le corps du décideur, comme suggéré dans un article récent de John L. Randall sur "les phénomènes psi et théorie biologique" ****, qui fait référence à des travaux expérimentaux testant les effets psychokinétiques sur l'activité enzymatique, sur les paramécies, sur la croissance des plantes, et sur la cicatrisation des lésions chez la souris. Il fournit par ailleurs la jolie définition suivante générale: "Un phénomène psi est dite avoir eu lieu lorsque des informations sont transmises vers un système physique sans utilisation d'aucune forme connue d'énergie physique."

n peut ainsi distinguer entre différents niveaux: conscience de décision; phénomènes de type poltergeist engendré dans les couches subconscientes de la psyché, et enfin la synchronicité et les coïncidences significatives produites par l'esprit opérant à un autre niveau, inconcevable. Dans ce contexte, je pense qu'il me faut exprimer mon désaccord avec M. Koestler sur ce "sentiment océanique" et son " concept dominant" que "tout est un et un est tout" qui "fait écho à travers des écrits des mystiques chrétiens" (p.108).

Je suis sûre que cela arrive, et que, comme il l'écrit, il s'agit d'un passage vers le haut de la spirale de la conscience symbiotique de l'enfant, l'époque dorée du "temps du rêve" du primitif. Mais je ne pense pas que tous les mystiques, chrétiens ou non, partagent cette conception dominante, et le sentiment d'unité avec l'anima mundi que cela sous tende. Ils sont enflammés par une joie presque intolérable, mais ne sont pas engloutis en elle. Il ne peut y avoir de perception sans percepteur, et le contemplatif se perçoit lui-même suffisamment bien pour savoir s'il se réjouit. C'est comme si le coucher du soleil, ou la chaine de montagnes ou la nuit des étoiles qui les avaient mis en admiration se manifestaient comme étant en vie et les regardaient en retour. Il y a cette mémoire d'une remarque sobre de Francis Bacon, avocat, homme politique, essayiste et chercheur, qui évoqua pour la première fois des méthodes expérimentales pour tester en Angleterre la cognition paranormale. "J'aimerai plutôt croire toutes les fables du Talmud et du Coran que penser toute cette trame universelle sans esprit", un esprit qui est plus qu'un ordinateur mathématique et plus qu'un vaste système nerveux automatique, qui animerait tout ce qui est, aussi efficace et aussi inconscient de lui-même qu'une saine digestion.

Auteur: Koestler Arthur

Info: Internet et Roots of coïncidence. *M. Ullman et S. Krippner, études de rêves et de télépathie. Parapsychology Foundation, New York, 1970. **Stanley Krippner et autres, "bombardement sensoriel à longue distance, une étude de l'ESP dans les rêves." JASPR, vol. 65, n ° 4, Octobre 1971. *** Cf. ARG Owen, peut-on expliquer le Poltergeist? New York, 1964. ** "L'affaire Poltergeist Rosenheim", une communication lue par le Dr Hans Bender, le 11e Congrès annuel de l'Association de parapsychologie de Freiburg, Septembre 1968. Voir aussi JSPR., Vol. 46, n ° 750, Décembre 1970. **** SPR, vol. 46, n ° 749, Septembre 1971.

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