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7 septembre 2003
par Jean-Paul Baquiast

Les philosophes et les nouveaux visages de la physique

Deuxième partie. La mécanique quantique. La conscience est-elle un objet?

Cet article fait suite à celui consacré sous ce titre à la cosmologie dans notre précédent numéro

Quel rapport y a-t-il entre le "problème difficile" de la philosophie de l'esprit, celui de la conscience, et le principal problème d'interprétation de la mécanique quantique, popularisé par l'expérience de pensée du chat de Schrödinger ? C'est que tous deux mettent localement en échec les oppositions de type sujet-objet dont fait usage la théorie de la connaissance. La conscience primaire n'est pas détachable du fait d'être vécue, et le phénomène en physique microscopique n'est pas désolidarisable du contexte expérimental dans lequel il se manifeste. Les deux problèmes ont cependant été rendus inextricables par un refus habituel de tirer toutes les conséquences de cette remarque. Conditionnés par le préjugé selon lequel le mode descriptif-constatif d'utilisation du langage est universel, la plupart des protagonistes du débat, aussi bien dualistes que matérialistes, ont traité la conscience comme un quasi-objet, et l'"état quantique" comme un attribut d'objet. De là sont nés l'aporie de la relation (de coexistence, d'émergence, ou d'identité) qu'est censé entretenir le quasi-objet, conscience avec l'objet cerveau, et le paradoxe d'un chat imaginaire dont l'"attribut" surprenant consiste à être mi-mort mi-vif. De là est venue également une compréhension lacunaire du sens des essais de solution les plus plausibles, comme la décohérence pour le paradoxe du chat de Schrödinger. Une dissolution commune des deux problèmes est alors tentée à travers une conception élargie du langage (associant les enseignements de Wittgenstein à ceux de la pragmatique), et une généralisation de la méthodologie des sciences (consistant à compléter les procédures de la caractérisation objective par celles de la coordination intersubjective).
Michel Bitbol, extrait de la présentation de Physique et philosophie de l'esprit, Flammarion 2000

Dans un article du numéro précédent (Les philosophes et les nouveaux visages de la physique, Première partie. La cosmologie), nous avons examiné les répercussions possibles des nouvelles hypothèses cosmologiques sur la façon dont le public non spécialiste se représente la nature. Nous y avons fait allusion à la nécessité, pour approfondir cette question, de mieux se représenter ce que pourrait être la nature au travers des nouvelles hypothèses apportées par la physique quantique. Celle-ci, quoique bientôt octogénaire, se renouvelle profondément aujourd'hui, ce qui entraînera d'importantes conséquences philosophiques.

Dès ses origines, la mécanique quantique a introduit comme on le sait l'idée d'une inséparabilité entre l'objet observé et l'instrument (ou observateur) servant à le décrire expérimentalement. La mécanique quantique ne fournit pas une image de la nature mais l'image de nos rapports avec la nature (Heisenberg). Cette idée, considérée initialement comme révolutionnaire, s'est aujourd'hui banalisée, aussi bien en physique microscopique (quantique) qu'en cosmologie, compte tenu des succès expérimentaux continus de la mécanique quantique. Les articles intitulés sur le mode " il n'y a pas de particules " ou " le temps n'existe pas " deviennent courants. Ce qui n'empêche pas certains physiciens, et le langage courant, de continuer par exemple à présenter l'atome comme un noyau entouré de petites billes, soi-disant pour des raisons de commodité mais sans doute aussi pour ne pas affronter le changement de point de vue radical qu'implique la mécanique quantique. Il s'agit pourtant d'un mensonge(1).

Ceci étant, la séparabilité entre l'observé et l'observateur reste le dogme dominant dans les sciences occidentales du macroscopique, c'est-à-dire des objets pluri-atomiques, objets physiques, biologiques et informationnels. Depuis les premiers succès du rationalisme, on considère qu'il n'est de science possible que si l'observateur (qualifié de sujet), prend la posture de se situer en dehors du monde qu'il observe (qualifié d'objet), afin d'en donner une description objective. On admet que cette description est toujours approximative, mais cette approximation découle seulement de l'insuffisance des moyens d'observations dont dispose l'observateur. L'approximatif découle de cette insuffisance et non d'une éventuelle indescriptibilité de l'objet. Il n'exprime pas l'hypothèse propre à la mécanique quantique selon laquelle l'observateur serait enchevêtré avec l'observé, ce qui l'empêcherait définitivement d'en donner une description valable pour tous et en tous lieux (c'est-à-dire située avec précision dans le temps et dans l'espace).

Il est certain que, pour dépêtrer la pensée rationnelle de la confusion permanente entre l'homme et la nature qu'imposait la pensée mythologique, il fallait faire le postulat de la séparabilité et de l'objectivité. Encore aujourd'hui, comme la plupart des sciences et des technologies traitent du monde macroscopique, ce postulat n'est pas gênant. Il est même, en pratique, indispensable. On constate cependant, y compris dans les sciences du macroscopique, qu'il devient très difficile de ne pas tenir compte du fait que l'observateur s'implique inévitablement dans la description qu'il fait de la nature. Cette implication a été reconnue dès la fin du 19e siècle en ce qui concerne les sciences humaines. Elle gagne petit à petit du terrain dans les autres sciences, ainsi en neurologie ou en médecine. Mais il s'agit d'une constatation qui relève encore d'un effort pour améliorer les modalités de la recherche macroscopique, et non de la prise en compte d'un quelconque effet quantique.

Les différents réalismes

Postuler avec les sciences expérimentales nées au siècle des Lumières qu'il existe une nature indépendante de l'observateur a redonné force scientifique aux croyances très anciennes selon lesquelles un monde d'idées ou de consciences inaccessibles aux hommes se trouve quelque part, dont la réalité observable n'est que le reflet (mythe de la caverne). Si les sens de l'observateur, confirmés par les instruments, lui donnent l'impression de contempler ou manipuler des objets extérieurs à lui, il est naturel de penser que ces objets d'observations existent réellement. On sait bien que certains de ses objets, notamment dans les sciences humaines (par exemple une idéologie), sont des constructions sociales mais cela ne leur retire pas, ici et maintenant, le statut d'objet observable au même titre ou presque qu'un objet physique tel un astre.

Penser ainsi fonde le réalisme, opposé au solipsisme selon lequel le monde tel qu'il nous apparaît n'a pas de réalité en dehors de notre esprit. Le solipsisme pourrait être rajeuni par des réflexions modernes sur la conscience, mais ce n'est pas encore le cas pour le moment. Pour sa part, le réalisme, postulant qu'il existe des objets, une nature, indépendants de l'observateur, n'est pas une doctrine unique. Il a pris plusieurs formes. Les définitions et les nuances relatives au réalisme sont nombreuses(2). Nous n'en retiendrons que trois :

Le réalisme des essences ou ontologique ou de l'être en-soi selon lequel à chaque objet identifié dans la nature correspond une entité idéale à laquelle en principe on ne peut accéder mais vers laquelle on peut tendre par la démarche scientifique. Ce type de réalisme est généralement abandonné aujourd'hui, du moins par les matérialistes. Bernard d'Espagnat (op.cit.) s'est cependant efforcé d'en sauver l'essentiel en postulant l'existence d'un réel certes inconnaissable, mais dont pourtant l'expérimentateur doit reconnaître la présence, ne fut-ce que parce que les expériences visant à valider ses hypothèses se heurtent à des résultats précis sur le mode oui ou non. Ceci révèlerait bien le fait qu'il y a quelque chose de " dur " derrière les apparences sensibles et non un simple univers aléatoire. C'est ce qu'il a nommé le " réel voilé ". Mais ce concept ne s'est pas diffusé, pour la raison qu'il n'a guère d'intérêt pratique. Le réel voilé demeure en effet, pour lui, non susceptible d'approche expérimentale quelle qu'elle soit.

Aujourd'hui pourtant, on tend à considérer que l'esprit humain a été ainsi façonné par les nécessités de la survie au cours de l'évolution qu'il ne peut procéder à l'indispensable activité exploratoire sans se donner un but lointain à atteindre. Les scientifiques seraient encore soumis à ce conditionnement génétique. Ils ne rechercheraient plus rien s'ils ne se persuadaient pas qu'il y a quelque chose de "dur" à découvrir. Nous reviendrons sur ce point important ultérieurement. Pourtant, on peut penser que la science ne perdrait pas son dynamisme si elle se persuadait, non qu'elle va à la découverte de quelque chose de préexistant, mais qu'elle crée ce quelque chose, qu'elle le construit (approche constructible) par le jeu de sa seule activité exploratoire (voir ci-dessous, in fine).

Le réalisme empirique selon lequel on ne prend en considération que les objets tels qu'ils nous apparaissent à travers nos sens. On s'efforce de les décrire aussi précisément et objectivement que possible, mais on ne prétend pas accéder à leur être en soi. Cette description, dans la démarche scientifique traditionnelle, est considérée nous l'avons dit comme d'autant plus précise et objective que l'observateur ne s'y implique pas. Les propositions (telle la loi de la chute des corps de Newton) ne doivent pas dépendre de l'observateur, mais être valables pour tous. On parlera aussi d'un réalisme à objectivité forte (d'Espagnat, op.cit.). Le réalisme empirique prend la forme d'un réalisme instrumental ou scientifique lorsque les observations et propositions auxquelles on procède sont généralement reconnues, par la communauté des scientifiques, au moment considéré, comme représentant un consensus momentanément acceptable, à partir duquel dériveront de nouvelles hypothèses puis de nouvelles expériences.

La plupart des scientifiques qui s'en tiennent par raison au réalisme instrumental ne peuvent sans doute pas s'empêcher de rêver, nous l'avons dit, à une nature en soi dont ils se rapprocheraient progressivement. Mais peu importe, les humains auxquels la science s'adresse n'étant pas des essences mais des réalités matérielles ont jusqu'à ces dernières années constaté que le réalisme instrumental tel que défini dans ce paragraphe offre un cadre philosophique suffisant.

Le réalisme à objectivité faible qui est celui de la physique quantique : tel observateur a observé tel phénomène dans telles conditions. On ne peut en dire plus du réel sauf à travers des opérateurs (par exemple la fonction d'onde) mais ceux-ci ne fournissent que les résultats statistiques provenant d'un grand nombre d'observations. On connaît les grands concepts de la mécanique quantique servant à "décrire" la nature : la non-détermination, la superposition d'état, la non-séparabilité, l'enchevêtrement (entanglement). Il en résulte que l'observateur ne peut être séparé de l'observation. Comme ses instruments, il fait partie de l'énoncé. Les physiciens quantiques s'en tiennent généralement là et ne formulent pas d'énoncés prétendant s'appliquer plus précisément aux systèmes observés. Mais très souvent, ils tendent à retomber dans les habitudes du réalisme à objectivité forte. C'est-à-dire qu'ils parlent couramment des particules, des champs, du vide, du Big Bang, de l'espace-temps, comme s'il s'agissait de réalités ultimes de la nature. Le grand public s'y trompe et des philosophies (par exemple l'indéterminisme appliqué au monde macroscopique) reposant sur des bases inexactes se développent dans la société et peuvent conduire celle-ci à des erreurs graves d'interprétation et de comportement.

Vers la fin de la schizophrénie?

Tous ceux ayant commencé des études scientifiques avant les toutes dernières années du XXe siècle s'étaient habitués à l'espèce de schizophrénie consistant à considérer deux mondes différents et incompatibles auxquels ils s'adressaient selon la nature de leurs travaux ou de leurs réflexions : le monde dit macroscopique des objets courants et le monde quantique dit microscopique. Cette incompatibilité faisait partie pour eux des nombreux mystères de la nature, avec lesquels il fallait bien cohabiter. Cependant, tout récemment, divers développements des sciences obligent à établir des ponts entre ces deux mondes et font espérer l'émergence d'une vision unifiée. Cette vision, il faut le préciser, consacre indiscutablement, sous certaines conditions, le triomphe de la physique quantique. Celle-ci tend à devenir la mère des théories, dont toutes les autres ne sont que des cas particuliers ou, si l'on considère les sciences de la complexité dont nous parlerons ultérieurement, des développements particuliers. Il résultera de ce phénomène un bouleversement profond de la façon dont les sociétés scientifiques occidentales considéreront la nature et se considéreront elles-mêmes. Le grand public lui-même ne pourra pas rester en dehors de ce bouleversement, dont on ne mesure aujourd'hui que les prémisses.

Plusieurs facteurs convergents ont provoqué l'émergence de cette vision unifiée de la nature, autour des concepts de la mécanique quantique :

En premier lieu, on trouve l'évolution interne à cette dernière. Sans entrer dans les détails, ce qui dépasserait et notre compétence et le cadre de cet article, on citera l'effet de décohérence, évoqué à partir de 1970 par le physicien Zeh et largement confirmé depuis. Dans la mesure où les objets macroscopiques sont constitués de systèmes quantiques caractérisés par l'état de superposition (la fonction d'onde d'un système, qui le définit, peut être le résultat de la superposition de deux fonctions d'onde correspondant chacune à une valeur mesurée), on pouvait s'attendre à ce que ces objets macroscopiques soient eux-mêmes de façon permanente en état de superposition. C'est l'apologue du célèbre exemple du chat de Schrödinger qui était mort ou vivant, ici ou là dans l'espace-temps. Or au contraire les objets macroscopiques sont bien déterminés. Les travaux sur la décohérence ont expliqué cette étrangeté en montrant que la probabilité d'observer un état superposé diminue rapidement avec le nombre des variables. C'est le cas quand il s'agit d'un objet macroscopique, aussi petit soit-il, puisqu'il comporte par définition plus d'une particule quantique. La cohérence (génératrice du phénomène d'interférence dans l'expérience des fentes de Young traitant des particules unes à unes) devient improbable au fur et à mesure que les interactions augmentent. Grâce à ce phénomène, le monde nous apparaît constitué d'évènements et d'objets séparables.

Par ailleurs, les contradictions à la logique aristotélicienne résultant de l'application du principe d'indétermination (interdisant de connaître à la fois la position et la vitesse d'une particule, si bien qu'un système peut être à la fois ceci et son contraire) ont paru levées par l'introduction, due à Robert Griffiths et développée par Roland Omnès, de la logique dite des "histoires" : l'évolution d'un système quantique se fait selon des histoires différentes au sein de chacune desquelles on peut retrouver la logique classique, de même d'ailleurs que des sens du temps non réversibles, propre au temps tel que nous le percevons (le temps quantique étant réversible). Ceci permet alors de considérer que la logique du monde macroscopique, celle du sens commun, n'est qu'un cas limite de la logique quantique. Il en résulte que nos lois macroscopiques n'ont rien d'universel, sont entachées de probabilités d'erreurs et doivent donc être rejetées ou aménagées, au fur et à mesure que l'on se rapproche du monde quantique(3). Peut-être aussi, nous le verrons, faudra-t-il leur appliquer le même traitement dans l'approche de certains aspects du monde macroscopique lui-même.

Un deuxième facteur de rapprochement entre la physique classique et la physique quantique tient à l'évolution des technologies de l'instrumentation, qui nous rapprochent de plus en plus de l'atome et de la particule - ou plutôt des entités quantiques que l'on peut appeler ainsi dans la terminologie de la physique macroscopique. Sans mentionner les accélérateurs de particules, qui ont fait franchir le pas depuis longtemps, il faut citer les nanotechnologies. Celles-ci, en plein développement, conduisent à traiter la matière au niveau de la molécule et même de l'atome. Or, plus on se rapproche de ce que l'on appelle encore l'atome dans la physique macroscopique, on s'aperçoit qu'il s'agit d'un système quantique répondant au principes de superposition et d'indétermination évoqués plus haut. Loin d'être gênantes, ces propriétés donnent aux instruments faisant appel aux nanotechnologies des possibilités sans commune mesure avec celles permises par la physique traditionnelle. Ainsi, pour prendre l'exemple bien connu de l'ordinateur quantique(4) c'est la propriété du bit quantique, en état de superposition, d'opérer en dehors de l'espace-temps qui lui permet de procéder à des opérations de calcul hors de portée des calculateurs au silicium.

Mais il est un troisième domaine, moins connu, qui oblige à établir des ponts entre le monde macroscopique et le monde quantique. Il s'agit des travaux sur la conscience. Certains physiciens, tels Penrose, avaient déjà voulu expliquer les propriétés de la conscience, paraissant parfois se situer hors du temps et de l'espace, par l'existence de systèmes quantiques au niveau des neurones. Ces hypothèses n'ont pas été confirmées à ce jour. Par contre, il devient de plus en plus évident que le dispositif cérébral qui permet de se représenter consciemment le monde, et de se représenter la conscience elle-même, est d'une autre nature que celui par lequel le réalisme instrumental se représente l'observateur face aux objets du monde. Le Je conscient n'est pas séparable de ce qu'il observe, contrairement à l'illusion répandue par le scientisme macroscopique (y compris quand il s'observe lui-même, évidemment). Comme l'avait déjà indiqué Dennett, le Je conscient n'est pas un souverain juge disposant d'un tableau de bord lui apportant toutes les données instrumentales disponibles, afin qu'il se donne une image du monde aussi proche que possible de la réalité de celui-ci. Le Je conscient est l'attribut d'un système biologique fruit de l'évolution, qui ne contemple pas le monde d'une façon désintéressée, mais agit en son sein en le transformant. Agir dans le monde et le transformer peut être entendu comme y ajoutant de la complexité en rapprochant et combinant des éléments du monde plus simples. Il s'agit en fait d'une propriété du monde, tel qu'il nous apparaît (au plan macroscopique).

Depuis le Big Bang, les éléments simples de la matière se sont unis en atomes plus complexes. La vie a pris le relais, par l'intermédiaire de molécules entrant en symbiose pour produire des cellules puis des organismes. Certains de ces organismes à leur tour se sont trouvés dotés de systèmes nerveux capables de traiter les représentations fournies par les sens au sein de modèles intégrant des données d'origines différentes et susceptibles de projection dans le passé et dans le futur. Enfin, ces systèmes nerveux ont spécialisé certains de leurs neurones dans un rôle d'agents capables d'observer le système au travail et de générer des pensées, produits de cette observation et réagissant sur ledit système. Les travaux sur la conscience artificielle donnent à cet égard des modèles qui semblent très convaincant de ce qu'est le mécanisme conscient(5). Or dans cette optique, la conscience est inséparable du reste du réel au sein duquel elle opère, par l'intermédiaire de l'organisme vivant doté de cette propriété. Loin d'observer le réel, elle le construit.

Ceci ne veut pas dire que la physique quantique fournira immédiatement les moyens de mieux analyser les mécanismes conscients, non plus d'ailleurs que ceux ayant été aux origines de la vie, qui semblent relever de la même logique de l'émergence constructible. Par contre, l'ensemble des sciences macroscopiques qui reposent sur des observations conscientes du monde devront être revues à la lumière de certains des principes de la physique quantique, notamment l'enchevêtrement entre observateur et observé. Ceci signifie-t-il que les modèles nécessaires à la description scientifique du monde macroscopique devront dorénavant appliquer le formalisme mathématique (encore très ésotérique) indispensable à la mécanique quantique. Pourront-ils se contenter d'approximations ? Devront-ils faire appel à d'autres formes de modélisation, par exemple celles des logiques informatiques constructibles utilisées dorénavant pour simuler la vie et la conscience artificielle ? Sans doute un peu des trois. Mais discuter ce point nous entraînerait trop loin.

Plusieurs questions restent de toutes façons à regarder. Les premières concernent l'origine de ce Je conscient qui, par exemple, m'a permis de procéder aux analyses qui composent cet article. Qu'est-ce qui s'est manifesté à travers moi? Plus généralement, comment le Je conscient a-t-il émergé, tout au long de l'évolution du monde animal ? Comment peut-on analyser ses mécanismes, afin de renforcer si possible leur efficacité.

Mais la vraie question est bien plus profonde et nous ramène à l'indétermination quantique : quelle valeur attribuer aux jugements que le Je conscient porte sur lui-même, étant donné qu'il est enchevêtré (entangled) avec ce qu'il décrit. Poser cette question peut peut-être nous conduire à évoquer, sinon à résoudre, une des difficultés que Roland Omnès (op.cit.) voyait subsister dans la physique quantique : nous le citons : "S'agit-il d'une question plus profonde sur la nature même de la physique, portant l'interrogation sur son entreprise "cartésienne" de réduction de la réalité à une image mathématique (ndlr : nous dirions plus généralement "à un modèle"). C'est une éventualité nouvelle que l'on ne peut écarter, maintenant que la théorie et la réalité s'accordent en tous points, sauf un seul : l'unicité intrinsèque au réel, face à la multiplicité des possibles, inséparable de la théorie".

Notes :
(1) Bernard d'Espagnat, Traité de physique et de philosophie, (Fayard, 2002.
(2) Lire notamment Michel Bitbol, L'aveuglante proximité du réel, Flammarion, 1998.
(3) Voir sur ce sujet "Les racines quantiques du monde classique" de Roland Omnès (Pour la Science, Décembre 2001, p. 38).
(4) Lire "A shortcut through time, the path to quantum computer" de George Johnson, Alfred A. Knopf, 2003
(5) Voir Alain Cardon, "Modéliser et concevoir une machine pensante", Automates intelligents, 2003.

© Automates Intelligents 2003