ET AUJOURD’HUI
En physique quantique
« Les particules ne sont pas des objets identifiables. (...) elles pourraient être considérées comme des événements de nature explosive (...) On ne peut pas arriver – ni dans le cas de la lumière ni dans celui des rayons cathodiques - à comprendre ces phénomènes au moyen du concept de corpuscule isolé, individuel doué d’une existence permanente. »
Le physicien Erwin Schrödinger
dans « Physique quantique et représentation du monde »
"Des systèmes microscopiques peuvent exister et posséder des propriétés définies indépendamment de toute connaissance qu’un observateur quelconque peut avoir ou ne pas avoir à leur sujet."
Despagnat, dans "Conceptions de la physique contemporain"
La conception moderne de la matière
Pas plus que la cellule, la particule matérielle n’est un objet stable dont il s’agirait seulement de concevoir les relations avec un environnement indépendant d’elle. Loin d’être une « chose » fixe, prédéfinie, stable, la particule de matière est une structure capable de sauter d’un état à un autre et d’une particule fugitive à une autre. Sa forme seule est durable, parce qu’elle est issue des interactions avec les particules voisines et, surtout, avec les particules et antiparticules fugitives du vide. Ce sont ces interactions qui la rendent pérenne ou la font disparaître et apparaître plus loin (saut quantique). Sans ces interactions, la structure « matière » se désintégrerait en un temps très bref. La particule matérielle a une existence qui dépend de son environnement, des autres particules (particules d’interaction et particules fugitives du vide). Car le vide n’est pas passif. Il est plein de fluctuations d’énergie qui agissent sur la particule. Le vide se structure pour l’entourer (nuage de polarisation du vide). La particule ne peut être comprise indépendamment de la zone de vide qui l’entoure, car c’est avec elle que la particule échange sans cesse des messages et des particules virtuelles. Considérée indépendamment, isolément, la particule n’est que virtualité. Le vide, lui aussi, hors de la présence de la particule n’est que virtualité. Ce sont les relations qui donnent, momentanément, à la particule, comme aux particules virtuelles du vide, existence et réalité. La matière n’est ni stable, ni même durable, du fait de son seul contenu physique. Nous avons longtemps cru que la masse était une « chose » fixe, compacte, palpable. En fait, on pense aujourd’hui que la masse n’est pas plus figée dans les corps que la charge ou une autre propriété. La notion de chose a de nombreux défauts qui ne nous aident pas à décrire la matière et le principal est que la chose ne contient pas son propre contraire alors que toute structure issue des contradictions ne peut être conçue que comme une manière, provisoire, d’unir les contraires. La structure ne se maintient que par le mécanisme par lequel elle interagit avec son environnement. Telle est, à toutes les échelles, la dialectique de la transformation et de la conservation. La clef de sa préservation ne réside pas dans son corps physique. Sa structure découle de l’organisation des boucles de rétroaction, entre éléments de la structure comme entre l’intérieur et le monde extérieur. Toute interaction physique est une structuration, une espèce d’organigramme souple et dynamique, d’une série de boucles de rétroaction. On peut à juste titre parler de « vie sociale » des cellules ou des particules comme dans tout l’univers matériel. Car il s’agit d’une dynamique collective et non de propriétés fixes d’objets individuels.
Dans ce type de fonctionnement, ordre et désordre sont étroitement liés, inséparables. L’élément de l’ordre n’est pas une structure, élément appartenant à une hiérarchie fixe, préétablie au sens réductionniste. La superstructure n’est pas une construction qui additionne les parties élémentaires mais une structure émergente. Inversement, c’est l’appartenance à la superstructure (avec les lois que cela implique) qui donne son sens et même son existence à l’élément et non son seul contenu physique. Il n’y a pas plus de gène sans rétroaction des protéines qu’il n’y a d’Etat sans une société civile dont les interactions contradictoires lui donne son sens. C’est un renversement conceptuel qui remet en cause notre entendement ancien du mécanisme naturel. On a longtemps cherché la clef de la compréhension de la matière dans le contenu physique des structures matérielles et cela s’est révélé très instructif. On a interprété ainsi les propriétés des éléments chimiques par les dispositions des électrons dans la structure interne de l’atome. Les réactions chimiques entre plusieurs molécules ont été interprétées par les propriétés électriques des molécules et des atomes qui les composent (propriétés des couches électroniques externes des diverses sortes d’atomes). Les interactions matière/lumière ont été expliquées également par la structure de l’atome (sauts des électrons sur les couches atomiques). Selon le même type d’explication, la génétique a été expliquée par le contenu matériel des choses : par les séquences des gènes au sein de l’ADN et leur contenu en termes de séries de bases. Et ce contenu matériel de l’ADN a été chargé d’expliquer la fabrication d’une espèce ainsi que ses différences avec les autres espèces.
Aussi productive qu’ait été cette démarche réductionniste, elle a été remise en question progressivement dans tous les domaines des sciences. Par exemple, l’activité du gène ou son inhibition ne s’explique pas par sa propre structure mais nécessite l’action d’autres gènes, de parties de l’ADN non codantes, d’autres protéines, des ARN et de l’ensemble de l’environnement biochimique et chimique. Non seulement le fonctionnement dépend de l’ensemble des rétroactions avec l’entourage mais la définition même de la structure du gène est déterminée par ces interactions. Le « Dictionnaire d’histoire et philosophie des sciences », ouvrage collectif dirigé par Dominique Lecourt, relève ce changement conceptuel fondamental par rapport à la notion de gène-objet, sous la plume Jean Gayon, que la philosophie du gène a profondément changé récemment : « La leçon épistémologique de cette histoire semble à première vue transparente : le gène aurait cessé d’être une entité théorique invisible pour devenir une chose physique accessible à l’observation. (...) Au-delà de 1950, (...) les gènes deviennent de banales molécules dont l’existence physique est évidente. L’évolution récente de la génétique moléculaire depuis 1980 environ ne conforte cependant pas cette position philosophique. Le généticien moléculaire d’aujourd’hui observe et manipule sans doute des objets physiques (molécules) dont il connaît la structure et le fonctionnement avec une très grande précision. Mais le gène n’a plus l’évidence matérielle qu’il avait à l’époque héroïque de la biologie moléculaire. L’on connaît désormais de nombreux phénomènes qui invalident la définition structurale du gène comme segment d’ADN codant de manière univoque une séquence protéique. Chez les eucaryotes (c’est-à-dire chez la plupart des êtres vivants) les gènes sont morcelés : des séquences muettes (introns) alternent avec des séquences codantes. La séquence codante n’est à proprement constituée qu’au niveau de l’ARN-messager, à l’issue d’un processus d’épissage (découpage-raboutage du transcrit primaire en un ARN mûr) Or, il arrive assez souvent qu’un même ADN donne plusieurs ARN-messagers différents, codant pour des protéines différentes, l’épissage pouvant se réaliser de plusieurs manières (épissage alternatif). Il devient alors difficile de dire où et quand le gène existe et en quoi il consiste physiquement : est-ce la séquence chromosomique d’ADN, ou la séquence mûre d’ARN messager ? Dans le premier cas, il y a plusieurs gènes pour une séquence d’ADN ; dans le second, il faut admettre que le gène est une structure transitoire. De nombreux autres phénomènes contribuent aussi à ébranler la vision du gène comme entité matérielle bien définie : gènes chevauchant, déplacement de la phase de lecture, modification post-transcriptionnelle des ARN-messagers (...). L’on est alors contraint d’admettre que le « gène » n’a pas d’autonomie ni d’existence physique et substantielle, et que ce qui existe au niveau moléculaire ce ne sont pas des atomes géniques autonomes et substantiels mais une dynamique du génome en interaction avec son environnement cellulaire (Rheinberger, 1995). » On reconnaitra que cette notion de « gène transitoire » est très différente de l’ancienne notion de gène fixe hérité, une fois pour toutes, à la naissance. Et surtout, le gène est une structure issue d’une dynamique et non un objet donné une fois pour toutes, et, du coup, non susceptible de changements brutaux.
La dynamique ne connaît pas d’arrêt et la structure est sans cesse détruite et reconstruite, toujours avec des matériaux nouveaux. Elle ne l’est pas selon un plan préétabli mais selon un mécanisme des interactions, plus ou moins durable et capable de sauts brutaux. Le contenu matériel de la structure – de la cellule, de l’espèce, de l’atome comme de la particule – n’est jamais physiquement le même. La cellule change sans cesse ses molécules mais la structure se conserve. Les molécules du vivant, elles-mêmes sont sans cesse détruites et reconstruites. La particule n’est jamais physiquement la même, la propriété de matérialité sautant, avec une particule d’interaction appelée boson de Higgs, d’une particule du vide à une autre. La ville ou la civilisation sont continuellement en évolution physique. Il s’agit là aussi de structures dynamiques qui ne ressemblent nullement à des objets fixes. La notion d’ « Homme » répond aux mêmes nécessités. Il n’y a pas seulement des attributs physiques du corps indispensables à l’humain. Il y a aussi des relations. L’humanité, elle-même, découle, à chaque transition vers un nouveau type d’homme, des interactions et pas seulement d’un attribut physique ou comportemental, aussi important soit-il (redressement de la taille, station debout, fin de la vie arboricole, libération de la main, pouce opposable aux autres doigts, accroissement de la taille du cerveau, acquisition du langage, fabrication des outils, vie sociale, etc…). Il ne nous suffit pas de naître avec certaines caractéristiques physiques pour être des hommes. Nous ne sommes des humains que du fait des interactions entre hommes, avec notre environnement physique et social et il nous faut sans cesse reconstruire cette humanité. L’homme est tout entier dans les interactions, notamment celles avec les autres hommes. C’est ce que démontre l’ouvrage d’Erving Goffman dans « Les rites d’interaction ». La mise en œuvre de nos potentialités est due à l’environnement humain. L’enfant sauvage, livré à lui-même, n’est pas humain. Si on dispose du langage et qu’on ne parle pas, on n’est pas capable de parler. C’est le fait de parler qui permet à cette potentialité de se réaliser. Il est bien sûr indispensable d’avoir des organes de la parole et les zones correspondantes du cerveau, mais ce n’est pas suffisant. Un enfant auquel on ne permet pas de voir après sa naisssance n’aura pas la capacité de voir. Cela suppose que les capacités physiques ne sont pas des attributs fixes produits par des caractères physiques hérités génétiquement mais par une histoire qui se construit elle-même au fur et à mesure. Nous avons dit que l’homme est tout entier dans les interactions, ce que Jacques Monod exprime ainsi dans « Le hasard et la nécessité » : « Le jeu, par exemple chez les jeunes mammifères, est un élément important de développement psychique et d’insertion sociale. » La vie est inconcevable hors d’un environnement vivant. La cellule meurt sans le message de ses voisines. La matière, telle qu’elle existe à notre échelle, est inconcevable sans environnement de matière. Cet environnement est indispensable pour que la structure se reconstruise à chaque fois que la dynamique la fait disparaître. Aucune structure n’existe une fois pour toutes. L’existence sur une durée de la structure n’est pas concevable comme l’existence d’un objet fixe, mais comme un processus qui reproduit sans cesse cette structure.
Ce type d’émergence, où la structure se construit et se déconstruit sans cesse, avec de multiples bifurcations historiques, est un paradigme qui a une importance globale. Obéissent au même type d’émergence l’espace, le temps, la matière, la vie, l’humanité, la structure sociale, la lutte des classes, l’Etat, etc … La matière n’existe que parce qu’il existe un certain niveau d’interaction au sein de l’environnement (le vide quantique), c’est-à-dire à un certain niveau d’énergie, de température. Avec le même matériau, vous pouvez avoir le vide, la planète ou l’étoile. Ce n’est pas les particules qui changent mais le niveau d’énergie des interactions. La société humaine (une société donnée, d’un niveau social donné) n’existe que parce qu’existe un niveau donné des relations entre hommes, entre classes d’hommes. Sans éducation, il n’y a pas d’intelligence de l’enfant. Sans relations sexuelles entre homme et femme, il n’y a pas d’enfant. Il n’y a pas d’attribut physique suffisant pour caractériser la notion de société, de civilisation, d’organisation sociale et économique, car il s’agit de relations entre hommes et non d’objets. Une marchandise n’est simplement un objet, pas plus que le marché, l’emploi, la grève, la ville, l’Etat ou l’entreprise. L’Etat pharaonique change sans cesse de peuple dominant (tantôt égyptien, hyksos, africain, …), comme l’Empire du Milieu, mais la structure impériale se maintient. Elle n’est pas un fait physiquement stable. Inutile de chercher la racine de la structure – société, particule, homme, ville, civilisation - dans un objet physique fixe ou dans une composition de tels objets. Toutes ces notions ne correspondent pas à des attributs physiques fixes mais à une interaction. Ce sont des cascades d’interactions qui donnent son sens à la structure. Il ne s’agit pas de nier la matérialité du monde ni son déterminisme, mais de tenter d’en modifier la compréhension.
Ce qui caractérise le fonctionnement naturel comme social ne réside pas seulement dans le contenu matériel de la structure individuelle. Ce qui est déterminant n’est pas le corps de chaque homme, la génétique de chaque cellule, le contenu moléculaire de chaque ADN, les caractéristiques physiques de chaque molécule, chaque atome ou chaque particule mais la structuration des interactions de l’individu avec les autres et avec le milieu. L’auto-organisation – structuration spontanée des interactions en grand nombre – est une propriété émergente qui n’obéit pas aux règles additives ou linéaires. Un groupe structuré de cellules n’est pas une somme de cellules. Un groupe structuré de particules ou d’atomes ne se comporte pas non plus comme une somme [6]. Un temps longs n’est pas une simple somme de temps courts [7]. Une galaxie n’est pas une somme d’étoiles ni une étoile une somme de masses. Une société humaine n’est pas une somme d’individus. L’humanité n’est pas une propriété qui a émergé non de l’individu mais du groupe et de ses interactions. Ce que font ensemble 30.000 hommes n’a rien à voir avec 30.000 fois ce que fait un homme. L’organisation est un facteur exponentiel. Cette dynamique non linéaire [8], c’est-à-dire dans laquelle les effets ne s’additionnent pas forcément quand on additionne les causes. Elle ne s’accommode d’aucune pensée figée : ni un formalisme logique (même pas celui érigeant les mathématiques en dogme des sciences [9]), ni un déterminisme linéaire et simpliste, ni un matérialisme mécaniste ou réductionniste, ni une sorte quelconque de conception spiritualiste, idéaliste ou métaphysique [10]. Toutes les structures matérielles, du vivant comme de l’inerte, doivent être comprises comme des processus dynamiques et non comme l’action de corps fixes. L’atome et la molécule ne peuvent être conçues seulement comme une somme de matières (contrairement à ce que suggèrent les expression de « corps », de « solide », de « matière inerte » et de « masse »). Il faut sans cesse y rajouter des interactions. La particule, elle-même, n’a rien d’un objet composé de matière figée et compacte. On a affaire à un processus actif et non à des choses immuables, à des interactions en boucle et non à des actions à sens unique. C’est un processus infiniment agité, dans lequel objet et milieu s’interpénètrent sans cesse. Pas de séparation nette entre les corps mais une frontière fractale et mouvante. Pas d’équilibre permanent. Pas de continuité ni de régularité. Des transformations brutales permettent la conservation globale de la structure. Elles permettent aussi le changement qualitatif, à condition de passer un seuil.
La stabilité structurelle de la matière est le produit d’un processus irréversible. Le sens de l’histoire est déterminé par sa propre construction, au fur et à mesure des bifurcations. Sans ces différentes transformations, sans ces bifurcations, l’ordre serait cyclique et n’aurait pas d’histoire. Un monde fondé sur des rétroactions ne ressemble nullement à un ordre linéaire. Ainsi, la génétique n’est pas figée mais fondée sur des cascades d’interactions auto-organisées. La destruction et l’inhibition n’y sont pas définitives mais transitoires et rétroactives. Toute inhibition (ou destruction) fait face à un processus inverse (inhibition ou destruction de l’inhibiteur ou du destructeur). Les opposés ne s’éliminent pas durablement. Une espèce, qui semble fixe, n’est que durable. Cela résulte du fonctionnement même de l’hérédité. Au sein du mécanisme génétique, toute activation d’un gène est inhibition des inhibiteurs du gène. Pour décrire de tels mécanismes contradictoires, toute conception non dialectique est inadéquate. Les contradictions de la logique formelle [11], fondées sur le « ou » exclusif (ou la matière ou le vide, ou l’onde ou la particule, ou local ou global, ou simple ou complexe, ou stable ou instable, ou solide ou fluide, ou l’ordre ou le désordre, ou la loi ou le hasard, ou la prédictibilité ou l’imprédictibilité, ou la vie ou la mort, etc….) n’ont pas cours dans le processus naturel. L’étude des transitions de phase de la matière indique que la relation entre phases (gaz, liquide, solide) est dynamique et non statique. Aucune portion n’est en permanence en état de fluide ou de solide. Les phases s’échangent, se mêlent, échangent de la matière et de l’énergie, constituent entre elles des frontières dynamiques, passent brutalement d’un état à l’autre. Il n’y a entre elles aucune frontière fixe. Un état ne se maintient que par échange avec un autre. La conservation n’est compréhensible que comme produit de la transformation. La compréhension de la dynamique du mouvement et du changement doit intégrer les contradictions. Dans le processus matériel, vivant ou social, la négation est dialectique et non formelle. Elle est inhibition. La négation de la négation n’est pas l’annulation, la suppression, l’élimination définitive mais est l’activation, la structuration, la combinaison, l’organisation, l’unification qui masque provisoirement les contradictions. Par exemple, un gène est inactivé par une molécule inhibitrice. Activer le gène, c’est inhiber la molécule inhibitrice. L’inhibition est une action rapide (notion relative bien entendu) : pour avoir une chance de se réaliser assez souvent, l’action de fixation sur la structure d’une autre molécule doit être plus rapide que les mouvements moléculaires. Les protéines qui enclenchent des réactions biochimiques sont des molécules qui ont des zones appelées récepteurs. Ces récepteurs peuvent fixer des molécules qui les activent (des agonistes) ou des molécules qui les inhibent (des antagonistes). On peut multiplier de tels exemples dans lesquels l’activation est inhibition de l’inhibition. L’apparente fixité de l’espèce est fondée sur l’inhibition des possibles que permettrait la biologie. Cette inhibition n’est pas un processus infaillible ni éternel. L’apparition d’une nouvelle espèce suppose une phase transitoire pendant laquelle les inhibitions des possibles sont levées.
La structure est sans cesse détruite et reconstruite par les interactions des particules (de masse, d’interaction ou du vide), des atomes, des molécules s’échangeant et s’agitant sans cesse. La matière est sujette à des transformations permanentes dues à des réactions entre éléments obéissant à des dynamiques opposées (matière et anti-matière, particules d’électricités opposées, etc). Il en résulte des cascades de rétroactions en boucle entre matière et lumière [12], entre lumière et vide, entre électricité positive et négative, entre expansion et gravitation qui produisent tous les équilibres et toutes les structures, de la particule à l’étoile et à la galaxie. Le mode de fonctionnement, révolutionnaire, de la matière, inerte comme vivante, de la physique, de la biologie, du cerveau et des sociétés humaines, fondé sur le combat permanent des contradictions internes menant à des transformations brutales, nécessite d’être pensé par une philosophie : la dialectique matérialiste du révolutionnaire Karl Marx. Le besoin d’une conception globale tirée des sciences, qui s’est fait sentir à toutes les époques, est à nouveau ressenti et exprimé par nombre d’auteurs. Il ne s’agit nullement d’une tentative de placer la science sous la coupe d’une quelconque idéologie. Chercher une philosophie des sciences, ce n’est pas chercher une abstraction qui se placerait au dessus du concret. Le mouvement réel sera toujours plus riche que toutes ses représentations générales et abstraites, parce que, contrairement à chacune de ces descriptions, il se produit, à la fois et en même temps, à toutes les échelles et n’en néglige aucune. Cela n’enlève rien à l’intérêt d’une telle philosophie.
La matière est virtuelle et le virtuel est matière
Qu’estc-e que la matière aujourd’hui
La particule durable (électron, proton, neutron – quark ou lepton) n’ont pas d’existence, de consistance au même sens où les objets qui nous entourent ont d’existence à nos yeux. Ces derniers n’apparaissent pas, ne disparaissent : ils semblent exister en continu, suivre tous les points de leurs trajectoires, et ne peuvent pas s’échanger de façon insensible. Ils ont une histoire qui n’est pas statistique mais individuelle. Ils existent dans des tailles diverses qui ne sont pas des multiples d’une quantité en nombre entier. En somme, les objets de tous les jours n’ont aucune apparence quantique. Et les quanta ne ressemblent pas à de tels objets. C’est ce qu’a démontré la physique quantique. On ne peut pas les suivre continûment dans l’espace-temps. Ils n’ont pas d’existence individuelle et, quand ils se rencontrent, il n’est pas possible de les distinguer car ils sont complètement interchangeables et identiques, alors qu’aucun objet à notre échelle n’est identique à un autre. Le nombre de particules n’est jamais un nombre fixe. Elles peuvent apparaître et disparaître. Il est impossible de suivre, par exemple, un électron sur sa trajectoire. On ne peut pas décrire l’évolution d’une particule dans l’espace comme un simple mouvement mécanique. En effet, à cette échelle, la matière, l’espace et le temps sont interactifs et le temps n’est plus d’apparence continue. A l’échelle juste inférieure, celle du vide, le temps est désordonné et peut même marcher vers l’arrière sur de courtes distances… de temps ! Le temps coordonné, régulier, avec une « flèche du temps », du passé vers le futur, n’existe que pour un très grand nombre de quanta, au niveau appelé macroscopique (celui où fonctionne la physique dite classique par opposition à la physique quantique). Le caractère du mouvement est tellement bouleversé que des particules ponctuelles connaissent des rotations sur elles-mêmes, impossibles en physique classique. Le caractère des états de la particule est tellement changé qu’une même particule connaît en même temps plusieurs états possibles, ce qui est appelé une « superposition d’états ». L’état actuel n’est rien d’autre que l’un des états « possibles », potentiels, virtuels. Il n’a même pas un rôle plus important que les autres. On ne peut même pas raisonner sur l’état actuel (dit réel) seul mais sur l’ensemble des états potentiels ! Ils sont, en fait, tout aussi réels, même si, à l’instant de la mesure, la réalité mesurée est seulement celle actuelle.
Comment comprendre un tel monde quantique, et comprendre en même temps qu’existe le monde des objets non quantiques ainsi que les relations inévitables entre eux ? C’est le vide quantique qui permet une telle interprétation.
C’est dans le vide quantique qu’existe l’espace-temps désordonné qui fonde l’ensemble de ces transformations. Il contient en effet des fluctuations d’énergie sur des temps très courts, des temps pendant lesquelles aucune mesure ne peut être faite par des instruments à notre échelle. On ne « voit » pas les fluctuations du vide mais elles sont cependant prouvées par les altérations des mesures et l’existence des phénomènes quantiques. Et ces fluctuations, comme tous les phénomènes ondulatoires, ont une apparition de type corpusculaire : des électrons, des positons, des photons, des quarks, des gluons, etc, corpuscules qui existent, eux aussi, sur des durées extrêmement brèves. La mise en évidence de l’existence des couples d’électrons et positons virtuels (appelée polarisation du vide) est réalisée par la présence de particules durables (dites particules « réelles », bien qu’elles n’aient pas plus de réalité que celles du virtuel, au contraire).
Ces particules virtuelles ont des électricités positives et négatives qui les amènent à se positionner autour de la particule durable en couches successives alternativement positives et négatives, en oignon. La particule n’est jamais nue. On dit qu’elle est habillée par le virtuel qui modifie ainsi la charge de la particule suivant les distances où on s’en approche. Et c’est loin d’être le seul effet de ces particules éphémères qui entourent d’un nuage (dit nuage de polarisation) la particule réelle !
La particule isolée dans le vide n’a donc rien d’une particule seule. Et d’autant moins que la propriété de réalité, de durabilité saute sans cesse d’une particule virtuelle à une autre du nuage…
La particule réelle ne doit donc sa durabilité qu’à des particules qui ne durent pas, et disparaissent sans cesse. La « réalité » est l’émergence d’une propriété stable au sein d’un vide très instable. Cela explique que des physiciens comme Einstein, qui souhaitaient ardemment fonder sur la seule matière durable la « réalité » du monde, aient échoué à le faire. Cela ne signifie pas un échec du monde matériel mais un échec du stable comme principe fondateur du monde. C’est le désordre qui est à la base et non l’ordre. Ce dernier émerge d’un grand nombre d’interactions déterministes sur des éléments désordonnés. Un changement profond d’image : en passant d’un légo de particules à un univers des mondes hiérarchiques
On a donc longtemps eu une vision « additive » de la physique de la matière. Cela signifiait que les objets étaient des sommes de molécules, elles-mêmes considérées comme des sommes d’atomes, considérés comme la somme d’un noyau et d’électrons, le noyau étant une somme de protons et de neutrons et, enfin, proton et neutron étant des sommes de quarks.
L’ensemble a semblé dans un premier temps fonctionner comme un jeu de construction : on additionne les particules pour former des ensemble plus importants comme l’atome, les molécules et les macromolécules. On additionne les neutrons et les protons pour former le noyau des atomes et on rajoute les électrons pour former l’entourage atomique qui permet à l’atome d’être globalement neutre électriquement.
Cette logique additive n’est pas entièrement fausse mais elle a atteint ses limites d’explication et depuis longtemps maintenant elle est abandonnée par les physiciens pour expliquer le fonctionnement de la matière/lumière. La première raison provient du fait que cette image additive supposait que les particules soient des objets statiques, individuels, existant en permanence ou au moins sur de longues durées. A chaque particule individuelle était attribuée une masse qui était considérée comme attachée à la chose matérielle. La physique actuelle est très différente. L’individualité de la particule n’est plus admise. La masse est une propriété qui se déplace et saute d’un point à un autre, sans être fixée à un objet. L’objet lui-même n’est plus une image reconnue. En fait, la matière ne s’explique plus par la fixité mais, au contraire, par une dynamique extraordinairement agitée : celle du vide qui n’est plus synonyme d’absence. Le fondement du caractère apparemment conservatif de la structure globalement conservée qu’est la matière est l’agitation permanente du vide !
La cette vision a dû être profondément changée avec la physique quantique des champs selon laquelle le vide quantique est une apparition fugitive d’un nombre indéfini de particules qui n’existaient pas auparavant, le nombre total de particule n’étant pas un nombre fixe. L’énergie peut produire des particules. Les particules peuvent disparaître également. Enfin, la particule est « habillée », c’est-à-dire entourée d’un nuage de particules virtuelles d’interaction (photons, gluons, etc) pouvant se transformer en toutes les sortes de particules (et leurs antiparticules) ayant une durée de vie très courte, dites particules et antiparticules virtuelles. Le proton est entouré de gluons virtuels qui se polarisent en couples de quarks et antiquarks virtuels. L’électron est entouré d’un nuage de photons qui peuvent se matérialiser fugitivement en électrons et positons virtuels. Le nombre total de particules n’est donc pas une constante. Pas plus que le nombre de charges électriques.
La masse, elle aussi, est longtemps apparue comme additive. C’est ce que l’on constate à notre échelle. Par contre, à l’échelle de la matière atomique, il faut tenir compte des interactions qui ont, elles-mêmes, une masse. Dans l’atome, par exemple, il n’y a pas que le noyau et les électrons mais également l’énergie d’interaction qui les maintient ensemble. Il en va de même pour le noyau qui ne pourrait se maintenir stablement sans l’énergie qui maintient ensemble les nucléons. La masse ne s’avère d’ailleurs pas une propriété fixe d’une matière « solide », « compacte », « lourde ». C’est un phénomène. C’est une propriété et elle n’appartient pas en fixe à un objet individuel appelé la particule. La propriété peut migrer rapidement d’une particule virtuelle à une autre. Elle peut même disparaître dans un trou d’énergie négative ou par interaction avec l’antimatière.
Ce qui s’additionne, ce n’est ni la masse, ni l’énergie. On le voit en physique quantique au fait que des particules de masse qui s’entrechoquent peuvent disparaître en tant que telles pour donner de l’énergie et que l’énergie peut disparaître pour donner de la masse.
La relativité a, elle aussi, été contrainte, pour conserver provisoirement cette additivité, d’admettre que l’énergie faisait partie de la masse, le total masse au repos plus énergie se conservant. Cependant, ce point de vue lui-même ne convient que si on ne descend pas en dessous de certains seuils de temps. Sous ces seuils, il y a une incertitude sur l’énergie qui peut être considérable. Plus le temps considéré est court, plus il peut apparaître et disparaître d’énergie, moins l’énergie est simplement additive.
Le temps, lui-même, cesse du coup d’apparaître comme additif. On peut en effet croire que le temps long est une somme d’espaces de temps courts. Cela convient pour des dynamiques régulières, sans grandes discontinuités, ne tenant pas compte d’intervalles courts de temps, comme le mouvement des corps macroscopiques. Cela ne convient plus du tout en physique quantique. En passant à des temps courts, les lois changent, les objets ne sont plus les mêmes. Là où il n’y avait rien (le vide vu du point de vue macroscopique), apparaissent des myriades de plus en plus importantes de particules virtuelles. Le monde entier peut apparaître dans un temps suffisamment court, autrement appelé le temps du Big Bang, qu’il ne faut pas voir comme la création de l’univers mais comme le temps minimum et comme l’énergie maximum. Le temps du Big Bang n’est que le dernier seuil connu au-delà duquel parler de matière, même virtuelle, n’aie plus de sens.
En tout cas, la notion d’intervalles de temps longs constitués par une somme d’intervalles courts devient obsolète. Dans des temps courts, des grandes énergies peuvent apparaître et disparaître, ce qui n’est pas le cas dans des temps longs. Le temps change complètement d’image par rapport aux deux représentations que nous lui connaissons : le cycle et la ligne droite orientée. Le vide a montré que le temps fondamental est désordonné. Il est fondé sur des oscillations non linéaires de couples de particules polaires (par exemple électron et positon) qui est chaotique. Le temps ordonné est une émergence au sein d’ensemble d’un très grand nombre de particules durables et il est sans cesse en train de se créer et de s’autodétruire au sein du vide quantique.
La physique macroscopique a dû elle-même renoncer à la vision régulière, linéaire et additive. La mécanique des fluides a dû introduire la dynamique non-linéaire dans son étude de la turbulence, comme l’ont montré Ruelle et Takens, car elle n’est pas une somme d’un très grand nombre de fluctuations linéaires. Le domaine du chaos déterministe, plus généralement, a montré que la physique pouvant se passer du non-linéaire comme approximation n’est pas très vaste et ne concerne que des phénomènes n’agissant à plusieurs niveaux hiérarchiques de la matière, sur des systèmes pouvant apparaître pour isolés énergétiquement et subissant des évolutions lentes et sans passage de seuils. Autant dire que, fondamentalement, toute la physique est non-linéaire. Le « simple » pendule l’est !
Le chaos déterministe avec sa « sensibilité aux conditions initiales » a montré qu’un très grand nombre de situations permettent qu’une somme donne bien autre chose que le total des résultats bien plus ou … bien moins. C’est le fameux « effet papillon ».
Le dernier domaine clef de l’additivité restait celui des ondes. L’électromagnétisme, incluant la lumière, semblait lui avoir donné ses lettres de noblesse. Et pourtant ! La dualité quantique a mis fin à cette illusion. Toute onde est également et en même temps corpusculaire. Et si la physique quantique continue à parler d’ondes, il ne s’agit plus du tout de la même « chose » puisqu’il s’agit seulement d’une onde mathématique qui se propage non dans l’espace réel mais dans celui des phases et concerne une probabilité de présence. Et même là, l’additivité ne concerne pas des « objets ».
La réalité restera donc non additive. Elle n’est pas décrite par des « simples » opérations mathématiques, même si ces dernières gardent leur efficacité. Celle-ci n’est pas d’ordre descriptif. Elles se contentent de calculer des probabilités, ce qui est bien différent d’une description, au grand dam de physiciens comme Einstein. Cela ne veut pas dire que le monde réel n’existe pas et que n’existent que des probabilités. Cela signifie que la « description » mathématique en reste au calcul des probabilités. Ce n’est pas parce qu’on a seulement comme outil u marteau que le monde autour de nous n’est formé que de clous !!
Le quantitatif ne suffit pas parce que la matière (ou plutôt le vide structuré) existe à plusieurs échelles et que les changements ont donc un caractère qualitatif. Un monde à plusieurs étages (par exemple une matière fractale) ne peut revenir à un ou plusieurs calculs. Le qualitatif ne peut pas se ramener au quantitatif. L’inconnue qui se cache derrière la Joconde (le secret de la beauté et pourquoi elle nous touche) n’est pas l’inconnue x de l’équation.
L’autre raison de souligner le caractère limité de l’additivité, c’est que les contraires ne s’additionnent pas comme deux nombres positifs et négatifs de même valeur absolue. Ils ne donnent pas le rien. Les contradictions ne s’annulent pas dans la nature. Ce sont au contraire elles qui produisent la dynamique du monde !
Deux particules de charges opposées ne s’annulent pas : elles se couplent pour donner une nouvelle unité. Electron et proton donnent l’atome d’hydrogène. Il en va de la charge électrique, du spin, comme de la charge de couleur ou d’étrangeté : les opposés se couplent pour donner une nouvelle unité et non pour s’annuler. Au sein de cette unité, les opposés sont liés tout en restant des opposés.
Philosophie de la matière quantique
Friedrich Engels dans l’"Anti-Dühring" :
"Tant que nous considérons les choses comme en repos et sans vie, chacune pour soi, l’une à côté de l’autre et l’une après l’autre, nous ne nous heurtons certes à aucune contradiction en elles. Nous trouvons là certaines propriétés qui sont en partie communes, en partie diverses, voire contradictoires l’une à l’autre, mais qui, dans ce cas, sont réparties sur des choses différentes et ne contiennent donc pas en elles-mêmes de contradiction. Dans les limites de ce domaine d’observation, nous nous en tirons avec le mode de pensée courant, le mode métaphysique. Mais il en va tout autrement dès que nous considérons les choses dans leur mouvement, leur changement, leur vie, leur action réciproque l’une sur l’autre. Là nous tombons immédiatement dans des contradictions. Le mouvement lui-même est une contradiction ; déjà, le simple changement mécanique de lieu lui-même ne peut s’accomplir que parce qu’à un seul et même moment, un corps est à la fois dans un lieu et dans un autre lieu, en un seul et même lieu et non en lui. Et c’est dans la façon que cette contradiction a de se poser continuellement et de se résoudre en même temps, que réside précisément le mouvement.
Nous avons donc ici une contradiction qui se rencontre objectivement présente et pour ainsi dire en chair et en os dans les choses et les processus eux-mêmes (...)
Si le simple changement mécanique de lieu contient déjà en lui-même une contradiction, à plus forte raison les formes supérieures de mouvement de la matière et tout particulièrement la vie organique et son développement. Nous avons vu plus haut que la vie consiste au premier chef précisément en ce qu’un être est à chaque instant le même et pourtant un autre. La vie est donc également une contradiction qui, présente dans les choses et les processus eux-mêmes, se pose et se résout constamment. Et dès que la contradiction cesse, la vie cesse aussi, la mort intervient. De même, nous avons vu que dans le domaine de la pensée également, nous ne pouvons pas échapper aux contradictions et que, par exemple, la contradiction entre l’humaine faculté de connaître intérieurement infinie et son existence réelle dans des hommes qui sont tous limités extérieurement et dont la connaissance est limitée, se résout dans la série des générations, série qui, pour. nous, n’a pratiquement pas de fin, - tout au moins dans le progrès sans fin."
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