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28 septembre 2006
par Jean-Paul Baquiast

Notre cerveau ne pourra-t-il jamais se représenter le monde quantique ?

Il n'est pas souhaitable d'aborder les «bizarreries» (weirdness) du monde quantique sans se poser la question donnant son titre à ce petit article. Nous sommes dotés d'un cerveau que l'évolution a construit de façon à nous permette de survivre dans un espace-temps newtonien peuplé de prédateurs et de proies qu'il nous fallait identifier pour survivre. Cette machine, admirable à de nombreux égards , est-elle capable de concevoir le monde sub-atomique ? Plus exactement, si manifestement elle est capable de le concevoir, comme le montrent les développements de la physique quantique, est-elle capable de l'imaginer, (de le visualiser).

Dans un ouvrage qui vient de paraître, (Les indispensables de la mécanique quantique. Odile Jacob, 2006), le physicien français Roland Omnès propose une analyse intéressante(1). Il rappelle d'abord les mécanismes élémentaires par lesquels nous nous représentons le monde. Il s'agit de l'intuition et de la perception. Notre esprit pense par intuition quand il forme une image intérieure pour donner corps à une idée, sans qu'il soit nécessaire d'analyser cette image afin de la comprendre. La perception, qui fait appel aux sens, consiste en une construction complexe utilisant les innombrables informations élémentaires fournies par les organes sensoriels. Ces informations sont trop nombreuses pour être traitées directement. Les neurones coopèrent de façon synchronisée pour construire une représentation continue dans le temps et homogène dans un espace lui-même continu. Or les neurones qui sont actifs dans l'imagination et l'intuition seraient les mêmes que ceux servant à construire l'objet de la perception. Imagination et intuition sont donc « physiologiquement déterminées pour se représenter un espace continu (à trois dimensions) où chaque objet est situé en un lieu défini ».

Le squelette du cube. Image: http://perso.orange.fr/therese.eveilleau/pages/truc_mat/textes/johnson.htm

Par ailleurs le cerveau ne conserve en mémoire que des formes générales significatives, auxquelles il compare les informations sensorielles nouvelles. C'est là le propre de l'abstraction. Enfin, il ne peut se représenter plusieurs choses à la fois. Il doit choisir comme le montre l'expérience bien connue du squelette du cube entre telle ou telle angle de vue. Tantôt le cube est vu de dessus, tantôt il est vu de dessous, mais pas simultanément dans les deux perspectives.

Voici quelques unes des limites de l'intuition proposées par Roland Omnès:
- nos représentations intuitives du temps et de l'espace sont indépendantes.
- l'espace est perçu comme un continu et nous ne pouvons pas imaginer plus de trois dimensions.
- un objet se trouve à tout instant en un lieu défini, ce qui permet de distinguer deux objets par leur position.
- la réalité est unique et les phénomènes y sont distincts.
- les phénomènes ne changent que graduellement et tout mouvement est continu.

Pendant des millénaires, philosophes et scientifiques ont cru que ces traits étaient propres à la nature. Les choses ont commencé à changer lorsque Planck a émis l'hypothèse des quanta. Aujourd'hui cependant, nous sommes obligés de constater que notre cerveau ne nous permet pas d'imaginer, même sous une forme approchée, le monde quantique. Le point le plus étonnant néanmoins est que ce même cerveau se soit montré capable, par l'abstraction mathématique, de s'en donner des représentations pertinentes.

Ceci pose la question de l'origine évolutionnaire des mathématiques. Si celles-ci se sont implantées dans les cerveaux des hominiens et y ont prospéré, c'est parce qu'elles étaient également utiles à la survie. En quoi l'étaient-elles?

Nous pourrions suggérer à Roland Omnès une idée complétant sa présentation. Lorsque le cerveau construit les images de proies ou de prédateurs, il doit aussi se montrer capable de les dénombrer (les compter) et de procéder à des simulations fines relatives à leurs futurs mouvements. Le tout en utilisant des algorithmes mathématiques inconscients. Dans ces simulations, l'objet cesse d'être nécessairement localisé et bien défini, le temps peut se contracter ou se dilater. Le monde devient un jeu de probabilités, entre nœuds de réseaux. Ainsi les animaux et nous-mêmes serions-nous depuis longtemps dotés de propriétés nous permettant de survivre dans le monde quantique. Mais nous venons seulement de nous en apercevoir, croyant jusqu'à ces dernières années n'en avoir pas besoin. Les animaux n'ont peut-être pas fait la même erreur.

Alors, pourrons-nous jamais imaginer le monde quantique? Peut-être, si nous arrivons à modifier quelques uns de nos algorithmes cérébraux. In vivo ou avec des implants?

Note
(1) Prévenons nos lecteurs que pour tirer le plein parti de ce livre, il faut une culture mathématique du niveau des classes préparatoires.

© Automates Intelligents 2006