PAR ILYA PRIGOGINE
Ilya Prigogine, prix Nobel de chimie en 1977. La publication de ce texte a été rendue possible par l'Institut du management d'EDF et de GDF, pour lequel nous avons obtenu l'original en français, et par Llya Prigogine, qui Il nous a autorisé à traduire et à publier ce stand gratuit.
Les opinions sur la notion de temps sont souvent variées et contradictoires. Un physicien dira qu'il a été introduit par Newton et que le problème posé par cette notion a été résolu globalement. Les philosophes pensent très différemment: ils associent le temps à d'autres notions, telles que devenir et irréversibilité. Pour eux, le temps reste une question fondamentale. Il me semble que cette divergence de vues est la césure la plus nette de la tradition intellectuelle occidentale. D'une part, la pensée occidentale a donné naissance à la science et, par conséquent, au déterminisme; d'autre part, cette même pensée a contribué à l'humanisme, qui nous renvoie plutôt aux idées de responsabilité et de créativité.
Des philosophes comme Bergson ou Heidegger ont fait valoir que le temps ne concernait pas la physique, mais la métaphysique. Pour eux, le temps appartient clairement à un disque différent, à propos duquel la science n'a rien à dire. Mais ces penseurs avaient moins d’outils théoriques que nous avons aujourd’hui.
Personnellement, je considère que le temps jaillit du complexe. Une brique du Paléolithique et une brique du XIXe siècle sont identiques, mais les bâtiments dont ils faisaient partie n'ont rien de commun: pour que le temps paraisse, il faut prendre en compte le tout.
Hors équilibre, source de structure
Les travaux que j'ai effectués il y a trente ans ont montré que le non-équilibre est un générateur de temps, d'irréversibilité et de construction. Jusque-là, au XIXe siècle et pendant une grande partie du XXe siècle, les scientifiques s’étaient intéressés, en particulier aux états d’équilibre. Ensuite, ils ont commencé à étudier les états proches de l'équilibre. Ainsi, ils ont évité le fait que, dès l'instant où se produit une faible distance de l'équilibre thermodynamique, on observe la coexistence de phénomènes d'ordre et de phénomènes de désordre. Il est donc impossible d'identifier l'irréversibilité et le désordre.
L'éloignement de l'équilibre nous réserve des surprises. Nous réalisons que nous ne pouvons pas étendre ce que nous avons appris dans un état d'équilibre. Nous découvrons de nouvelles situations, parfois plus organisées que lorsqu'il y a équilibre: ce sont ce que j'appelle des points de bifurcation (1), solutions à des équations non linéaires. Une équation non linéaire admet souvent plusieurs solutions: l’équilibre ou la proximité de l’équilibre constitue une solution de cette équation, mais ce n’est pas la seule solution.
Ainsi, le non-équilibre est le créateur de structures, appelées diphysipat, car elles n'existent que loin de l'équilibre et prétendent survivre à une certaine dissipation d'énergie et donc au maintien d'une interaction avec le monde extérieur. Comme une ville qui n'existe que tant qu'elle fonctionne et entretient des échanges avec l'extérieur, la structure dissipative disparaît lorsqu'elle cesse d'être "nourrie".
Il a été très surprenant de constater que loin de l’équilibre, la matière a de nouvelles propriétés. Cela étonne aussi la variété de comportements possibles. Les réactions chimiques oscillantes en sont un bon exemple. Par exemple, le non-équilibre conduit, entre autres choses, à des phénomènes ondulants, dans lesquels il est merveilleux qu'ils soient régis par des lois extrêmement cohérentes. Ces réactions ne sont pas un héritage exclusif de la chimie: l'hydrodynamique ou l'optique ont leurs propres particularités.
En équilibre, la matière est aveugle; loin de la matière d'équilibre voit
Enfin, les situations proches de l'équilibre se caractérisent par un minimum de quelque chose (énergie, entropie, etc.), auquel une réaction de faible amplitude les fait revenir s'ils s'en éloignent un peu. Loin de l'équilibre, il n'y a pas de valeurs extrêmes. Les fluctuations ne sont plus amorties. Par conséquent, les réactions observées loin de l'équilibre sont plus clairement distinguées et sont donc beaucoup plus intéressantes. À l'équilibre, la matière est aveugle, tandis que loin de l'équilibre, la matière capture des corrélations: la matière voit. Tout ceci mène à la conclusion paradoxale que le non-équilibre est une source de structure.
Le non-équilibre constitue une interface entre la science pure et la science appliquée, bien que les applications de ces observations à la technologie ne soient que pour le début. Actuellement, on commence à comprendre que la vie est probablement le résultat d'une évolution orientée vers des systèmes de plus en plus complexes. Il est vrai que le mécanisme à l'origine des premières molécules capables de se reproduire n'est pas connu avec précision. La nature utilise le non-équilibre pour ses structures plus complexes. La vie a une technologie admirable, que nous ne comprenons souvent pas.
Pensez en termes de probabilités, pas de trajectoires
Le non-équilibre ne peut pas être formalisé par des équations déterministes. En effet, les bifurcations sont nombreuses et, lorsque les expériences se répètent, le chemin emprunté n’est pas toujours le même. Donc, le phénomène est déterministe parmi les bifurcations, mais totalement aléatoire dans les bifurcations. Il entre en contradiction directe avec les lois de Newton ou d'Einstein, qui nient l'indéterminisme. De toute évidence, cette contradiction m'a beaucoup inquiété. Comment le surmonter? La théorie dynamique actuelle nous offre des outils particulièrement intéressants à cet égard. Contrairement à ce que pensait Newton, il est maintenant connu que les systèmes dynamiques ne sont pas tous identiques. Il existe deux types de systèmes, les systèmes stables et les systèmes instables. Parmi les systèmes instables, il existe un type particulièrement intéressant, associé au chaos déterministe. Dans le chaos déterministe, les lois microscopiques sont déterministes mais les trajectoires prennent un aspect aléatoire, ce qui provient de la "sensibilité aux conditions initiales": la plus petite variation des conditions initiales implique des divergences exponentielles. Dans un deuxième type de systèmes, l’instabilité détruit les trajectoires (systèmes non intégrables de Poincaré). Une particule n'a plus une trajectoire unique, mais différentes trajectoires sont possibles, chacune soumise à une probabilité.
Nous allons regrouper ces systèmes sous le nom de chaos. Comment traiter ce monde instable? Au lieu de penser en termes de trajectoires, il convient de penser en termes de probabilités. Ensuite, il devient possible de faire des prévisions pour des groupes de systèmes. La théorie du chaos est quelque chose de similaire à la mécanique quantique. Il est nécessaire d'étudier dans le domaine statistique les fonctions de l'opérateur d'évolution (faire l'analyse spectrale correspondante). En d'autres termes, la théorie du chaos doit être formulée au niveau statistique, mais cela signifie que la loi de la nature prend un nouveau sens. Au lieu de parler de certitude, il parle de possibilité, de probabilité.
La flèche du temps est à la fois l’élément commun de l’univers et le facteur de distinction entre stable et instable, entre organisé et chaos. Pour aller plus loin dans cette réflexion, il est nécessaire d'étendre les méthodes d'analyse de la physique quantique, en laissant notamment l'espace euclédien (l'espace de Hilbert, au sens fonctionnel) au sine duquel il est défini. Heureusement, des mathématiciens français, tout d'abord Laurent Schwartz, ont décrit une nouvelle mathématique qui permet d'appréhender les phénomènes de chaos et de les décrire dans le domaine statistique.
Mais le chaos n'explique pas tout. L'histoire et l'économie sont instables: elles ont l'apparence du chaos, mais n'obéissent pas aux lois déterministes sous-jacentes. Le processus décisionnel simple, essentiel dans la vie d’une entreprise, utilise tellement d’inconnues qu’il serait illusoire de penser que le cours de l’histoire peut être modélisé au moyen d’une théorie déterministe.
Le deuxième type de systèmes instables évoqués ci-dessus est connu sous le nom de systèmes de Poincar . Les phénomènes de résonance y jouent un rôle fondamental puisque le couplage de deux phénomènes dynamiques engendre de nouveaux phénomènes dynamiques. Ces phénomènes peuvent être incorporés dans la description statistique et conduire à des différences avec les lois de la mécanique newtonienne classique ou de la mécanique quantique. Ces différences sont évidentes dans les systèmes dans lesquels des collisions persistantes se produisent, tels que les systèmes thermodynamiques. La nouvelle théorie démontre qu'il est possible d'établir un pont entre la dynamique et la thermodynamique, entre le réversible et l'irréversible.
L'instabilité ne doit pas nous conduire à l'immobilité
Nous sommes dans une période "charnière" de la science. Jusqu'à présent, la pensée insiste sur la stabilité et l'équilibre. Ce n'est plus comme ça. Newton lui-même soupçonnait l'instabilité du monde, mais rejetait l'idée car il la trouvait insupportable. Aujourd'hui, nous pouvons nous écarter des préjugés du passé. Nous devons intégrer l'idée d'instabilité dans notre représentation de l'univers. L'instabilité ne doit pas conduire à l'immobilité. Au contraire, nous devons étudier les raisons de cette instabilité afin de décrire le monde dans sa complexité et commencer à réfléchir à la manière d’agir dans ce monde. Karl Popper a dit qu'il y avait la physique des horloges et la physique des nuages. Après avoir étudié la physique des horloges, nous devons maintenant étudier la physique des nuages.
La physique classique était fondée sur un dualisme: d'une part, l'univers traité comme un automate; De l'autre côté, l'être humain. Nous pouvons réconcilier la description de l'univers avec la créativité humaine. Le temps ne sépare plus l'être humain de l'univers.
