L'univers millefeuille

Michel Galiana-Mingot

Description

Partout, la nature fabrique le complexe à partir du simple :
• la condensation de la matière classique à partir des particules quantiques ;
• la formation de toutes les structures cosmiques depuis un simple gaz issu du Big Bang ;
• l’apparition de la vie à partir du minéral ;
• l’émergence de la conscience chez l’homme préhistorique ;
• le développement d’Internet autour de la planète, sans organe de direction ni chef d’orchestre.

Comment est-ce possible ? Difficile d’y répondre par la physique classique ou quantique qui, par nature, décrivent des systèmes élémentaires ou bien d’autres plus complexes, mais désossés et dénaturés en laboratoire. Heureusement, de nouvelles méthodes permettent d’appréhender cette complexité par les idées d’émergence et d’auto-organisation. Elles nous révèlent un monde fait de multiples strates entre lesquelles tout se joue.
Un voyage vertigineux vous est proposé à travers cet Univers millefeuille.

Préface......................................................................................... 9

Prologue....................................................................................... 13

Partie 1 - Affiner notre vision du monde

1. Un périple dans les échelles..................................................... 19

L’Univers fractal........................................................................ 19

Pour comprendre la notion d’échelle, affranchissons-nous de l’anthropocentrisme.............................................................. 23

Attention, les échelles changent................................................. 26

Les structures complexes naissent des interactions entre différentes échelles........................................................... 28

2. Pourquoi la physique peine-t-elle à expliquer les phénomènes complexes ?........................................................ 31

Le mythe pythagoricien............................................................. 32

Le mythe newtonien.................................................................. 35

Un biais de sélection dans la connaissance.................................. 38

Émergence et réductionnisme..................................................... 41

Aucune théorie n’est valide à toutes les échelles........................... 46

L’incertitude s’est invitée en force dans les sciences...................... 50

Une vision moderne des lois de la nature..................................... 58

Remettre le hasard à la place qu’il mérite..................................... 60

3. Les deux moteurs de l’Univers : l’entropie et l’expansion........... 65

Plus que l’énergie, c’est l’entropie qui anime l’Univers.................... 66

Le ruissellement de l’entropie anime toutes les structures.............. 72

Une vision élargie de l’entropie : l’information.............................. 76

D’où vient la faible entropie initiale du Big Bang ?........................ 79

Où s’échappe l’entropie du cosmos ?............................................ 82

Le « quatrième principe de la thermodynamique » dans le marc de café................................................................. 84

Partie 2 - La nature fabrique le complexe à partir du simple

4. Comment émerge la complexité ?.............................................. 93

L’émergence à partir de rien (ou presque).................................... 93

L’énergie ne travaille que sous contrainte.................................... 97

Le hasard est contraint par les lois de la nature............................ 99

Le hasard est aussi sujet aux contraintes qu’il crée lui-même.......... 103

La causalité descendante........................................................... 108

Le millefeuille hiérarchisé.......................................................... 115

Chaque niveau du millefeuille forge ses propres lois...................... 120

5. À la frontière entre l’ordre et le chaos...................................... 123

La complexité se développe à la marge........................................ 124

Les systèmes auto-organisés maintenus loin de l’équilibre.............. 128

Les attracteurs peuvent extraire de l’ordre du chaos...................... 132

Des exemples dans toutes les strates du millefeuille...................... 135

Les états critiques auto-organisés............................................... 142

Les systèmes complexes adaptatifs.............................................. 148

6. Les transitions de phase et les brisures de symétrie.................. 157

Le concept est né en physique.................................................... 157

Notre histoire est ponctuée de transitions de phase...................... 161

Les transitions de phase provoquent des brisures de symétrie......... 167

7. L’échappement dans le possible adjacent.................................. 173

Un principe de portée universelle................................................ 174

Deux propriétés importantes....................................................... 176

Deux exemples dans le monde minéral......................................... 177

L’échappement dans le possible adjacent est au coeur de l’évolution naturelle.............................................................. 179

Quelques exemples dans l’histoire du vivant................................. 182

Des exemples dans la société...................................................... 184

Le possible adjacent et la physique............................................. 187

8. Le monde s’organise comme une combinatoire.......................... 191

La complexité du monde vient de la simplicité de ses ingrédients..................................................................... 191

Premier Lego : les particules...................................................... 197

Deuxième Lego : les atomes....................................................... 199

Troisième Lego : les molécules.................................................... 200

Quatrième Lego : les macromolécules........................................... 203

Le quatrième Lego se sophistique avec la catalyse et fait apparaître la vie............................................................. 206

La catalyse est une notion universelle......................................... 209

L’auto-assemblage des êtres vivants............................................ 213

De nouveaux Lego apparaissent dans les plus grandes échelles........ 219

Et Dieu dans tout cela ?............................................................. 222

9. La martingale de la sélection darwinienne................................. 225

La martingale est-elle systématiquement gagnante ?...................... 226

La sélection naturelle crée le plus improbable pourvu qu’elle en ait le temps............................................................... 229

L’évolution darwinienne suit-elle une finalité ?............................. 232

La sélection naturelle existe-t-elle en dehors du domaine du vivant ?............................................................. 234

La sélection naturelle s’est-elle arrêtée chez l’Homme ?.................. 240

Partie 3 - Nouvelles interprétations et indications sur le futur

10. Un éclairage sur la question quantique................................... 247

La mécanique quantique dévoile une couche fondamentale du millefeuille.......................................................................... 247

La question quantique............................................................... 252

Le problème de la mesure, un caillou dans la chaussure................. 253

La décohérence permet de mieux comprendre les contradictions...... 256

Le chat de Schrödinger peut craindre la mort, mais non la superposition quantique........................................... 257

La renormalisation, une procédure licite...................................... 261

L’émergence de l’espace-temps et des lois.................................... 263

11. La transition de phase d’Internet............................................ 267

Une origine très simple, un développement très complexe.............. 267

La confrontation des échelles..................................................... 271

Causalités montante et descendante............................................ 273

Des possibles adjacents s’ouvrent à l’infini................................... 274

Internet présente les caractéristiques d’une transition de phase...... 277

Internet s’auto-organise entre le chaos et l’ordre.......................... 279

Une entropie coûteuse............................................................... 286

Internet, un gigantesque catalyseur............................................. 290

12. Qu’attendre du futur ?............................................................ 293

Le futur de l’Univers, du Système solaire et de la Terre.................. 294

Le futur de la science................................................................ 297

La science et l’intelligence artificielle.......................................... 303

Le futur de la société................................................................ 307

Remerciements............................................................................... 315

Bibliographie................................................................................. 317

Lexique........................................................................................ 319

Index .......................................................................................... 337

Sujets

• Sciences expérimentales
• Physique
• Astronomie et astrophysique
• Astronomie
• Astrophysique
• Sciences fondamentales
• Sciences et techniques
• Physical attractiveness

Informations

• Publié par: EDP Sciences
• Date de parution: 29 septembre 2022
• Nombre de lectures: 2
• EAN13: 9782759827503
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 2 Mo

Extrait

9 782759 827497

SPOT S C IE N C E S

Michel Galiana-Mingot Préface de Jean Fourtaux

L’Univers millefeuille Le cosmos, la biosphère et la société s’auto-organisent

L’Univers millefeuille Le cosmos, la biosphère et la société s’auto-organisent

SPOT S C IE N C E S

Michel Galiana-Mingot

Partout, la nature fabrique le complexe à partir du simple : • la condensation de la matière classique à partir des particules quantiques ; • la formation de toutes les structures cosmiques depuis un simple gaz issu du Big Bang ; • l’apparition de la vie à partir du minéral ; • l’émergence de la conscience chez l’homme préhistorique ; • le développement d’Internet autour de la planète, sans organe de direction ni chef d’orchestre.

Comment est-ce possible ? Difficile d’y répondre par la physique classique ou quantique qui, par nature, décrivent des systèmes élémentaires ou bien d’autres plus complexes, mais désossés et dénaturés en laboratoire.

Heureusement, de nouvelles méthodes permettent d’appréhender cette complexité par les idées d’émergenceet d’auto-organisation. Elles nous révèlent un monde fait de multiples strates entre lesquelles tout se joue.

Un voyage vertigineux vous est proposé à travers cet Univers millefeuille.

ISBN : 978-2-7598-2749-7

9782759 827497

Retrouvez l’auteur sur son site https://mgm-ec.fr

www.edpsciences.org

L’Univers millefeuille

L’Univers millefeuille Le cosmos, la biosphère et la société s’autoorganisent

MICHEL GALIANA-MINGOT

17, avenue du Hoggar – P.A. de Courtabœuf BP 112, 91944 Les Ulis Cedex A

SPOT Sciences Collection destinée à un large public qui invite le lecteur à découvrir à travers des essais toute une palette des sciences : histoire, origines, découvertes, théories, jeux… Dans la collection « Les “deux nouvelles sciences” de Galilée » – Une lecture moderne, A. De Angelis, ISBN : 978-2-7598-2667-4 (2022) « La vie ailleurs : espérances et déceptions », J. Lequeux et T. Encrenaz, ISBN : 978-2-7598-2641-4 (2022) « Grandes controverses en astrophysique », S. Collin-Zahn, ISBN : 978-2-7598-2613-1 (2021) « Sexualité, génétique et évolution des bactéries », J.P. Gratia, ISBN : 978-2-7598-2538-7 (2021) « La pensée en physique – Diversité et unité », J.P. Pérez, ISBN : 978-2-7598-2481-6 (2021) « L’histoire du cerveau – Voyage à travers le temps et les espèces », Y. Gahéry, ISBN : 978-2-7598-2479-3 (2021) « Les clés secrètes de l’Univers – Émergence de l’Univers, de la vie et de l’Homme », M. Galiana-Mingot, ISBN : 978-2-7598-2534-9 (2021)

Retrouvez l’auteur sur son site https://mgm-ec.fr

Composition et mise en pages : Flexedo

Imprimé en France ISBN (papier) : 978-2-7598-2749-7 ISBN (ebook) : 978-2-7598-2750-3

Tous droits de traduction, d’adaptation et de reproduction par tous procédés, réservés pour tous pays. La loi du 11 mars 1957 n’autorisant, aux termes des alinéas 2 et 3 de l’article 41, d’une part, que les « copies ou reproductions strictement réservées à l’usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective », et d’autre part, que les analyses et les courtes citations dans un but d’exemple et d’illustration, « toute représentation intégrale, ou partielle, faite sans le consentement de l’auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite » (alinéa 1er de l’article 40). Cette représentation ou reproduction, par quelque procédé que ce soit, constituerait donc une contrefaçon sanctionnée par les articles 425 et suivants du code pénal. © EDP Sciences, 2022

SOMMAIRE

Préface........................................................................................ Prologue......................................................................................

Partie 1 Afîner notre vision du monde

1.Un périple dans les échelles.................................................... L’Univers fractal....................................................................... Pour comprendre la notion d’échelle, affranchissons-nous de l’anthropocentrisme ............................................................. Attention, les échelles changent ................................................ Les structures complexes naissent des interactions entre différentes échelles.......................................................... 2.Pourquoi la physique peine-t-elle à expliquer les phénomènes complexes ?........................................................ Le mythe pythagoricien ............................................................ Le mythe newtonien................................................................. Un biais de sélection dans la connaissance.................................. Émergence et réductionnisme .................................................... Aucune théorie n’est valide à toutes les échelles.......................... L’incertitude s’est invitée en force dans les sciences ..................... Une vision moderne des lois de la nature .................................... Remettre le hasard à la place qu’il mérite.................................... 3.Les deux moteurs de l’Univers : l’entropie et l’expansion.......... Plus que l’énergie, c’est l’entropie qui anime l’Univers................... Le ruissellement de l’entropie anime toutes les structures ............. Une vision élargie de l’entropie : l’information............................. D’où vient la faible entropie initiale du Big Bang ?....................... Où s’échappe l’entropie du cosmos ? ........................................... Le « quatrième principe de la thermodynamique » : dans le marc de café ................................................................

9 13

19 19

23 26

28

31 32 35 38 41 46 50 58 60 65 66 72 76 79 82

84

5

6

SOMMAIRE

Partie 2 La nature fabrique le complexe à partir du simple

4.Comment émerge la complexité ?............................................. L’émergence à partir de rien (ou presque) ................................... L’énergie ne travaille que sous contrainte.................................... Le hasard est contraint par les lois de la nature........................... Le hasard est aussi sujet aux contraintes qu’il crée lui-même ......... La causalité descendante .......................................................... Le millefeuille hiérarchisé ......................................................... Chaque niveau du millefeuille forge ses propres lois ..................... 5.À la frontière entre l’ordre et le chaos..................................... La complexité se développe à la marge ....................................... Les systèmes auto-organisés maintenus loin de l’équilibre ............. Les attracteurs peuvent extraire de l’ordre du chaos ..................... Des exemples dans toutes les strates du millefeuille ..................... Les états critiques auto-organisés .............................................. Les systèmes complexes adaptatifs ............................................. 6.Les transitions de phase et les brisures de symétrie................. Le concept est né en physique................................................... Notre histoire est ponctuée de transitions de phase ..................... Les transitions de phase provoquent des brisures de symétrie ........ 7.L’échappement dans le possible adjacent................................. Un principe de portée universelle............................................... Deux propriétés importantes...................................................... Deux exemples dans le monde minéral ........................................ L’échappement dans le possible adjacent est au cœur de l’évolution naturelle............................................................. Quelques exemples dans l’histoire du vivant ................................ Des exemples dans la société..................................................... Le possible adjacent et la physique ............................................ 8.Le monde s’organise comme une combinatoire......................... La complexité du monde vient de la simplicité de ses ingrédients.................................................................... Premier Lego : les particules...................................................... Deuxième Lego : les atomes ...................................................... Troisième Lego : les molécules................................................... Quatrième Lego : les macromolécules.......................................... Le quatrième Lego se sophistique avec la catalyse et fait apparaître la vie............................................................. La catalyse est une notion universelle ........................................ L’auto-assemblage des êtres vivants ........................................... De nouveaux Lego apparaissent dans les plus grandes échelles....... Et Dieu dans tout cela ?............................................................ 9.La martingale de la sélection darwinienne................................ La martingale est-elle systématiquement gagnante ?.....................

L’UNIVERS MILLEFEUILLE

93 93 97 99 103 108 115 120 123 124 128 132 135 142 148 157 157 161 167 173 174 176 177

179 182 184 187 191

191 197 199 200 203

206 209 213 219 222 225 226

SOMMAIRE

La sélection naturelle crée le plus improbable pourvu qu’elle en ait le temps .............................................................. L’évolution darwinienne suit-elle une ïnalité ?............................ La sélection naturelle existe-t-elle en dehors du domaine du vivant ? ............................................................ La sélection naturelle s’est-elle arrêtée chez l’Homme ? .................

Partie 3 Nouvelles interprétations et indications sur le futur

10.Un éclairage sur la question quantique.................................. La mécanique quantique dévoile une couche fondamentale du millefeuille ......................................................................... La question quantique .............................................................. Le problème de la mesure, un caillou dans la chaussure ................ La décohérence permet de mieux comprendre les contradictions..... Le chat de Schrödinger peut craindre la mort, mais non la superposition quantique .......................................... La renormalisation, une procédure licite ..................................... L’émergence de l’espace-temps et des lois ................................... 11.La transition de phase d’Internet........................................... Une origine très simple, un développement très complexe ............. La confrontation des échelles .................................................... Causalités montante et descendante ........................................... Des possibles adjacents s’ouvrent à l’inïni.................................. Internet présente les caractéristiques d’une transition de phase ..... Internet s’auto-organise entre le chaos et l’ordre ......................... Une entropie coûteuse.............................................................. Internet, un gigantesque catalyseur ............................................ 12.Qu’attendre du futur ?........................................................... Le futur de l’Univers, du Système solaire et de la Terre ................. Le futur de la science ............................................................... La science et l’intelligence artiïcielle......................................... Le futur de la société ............................................................... Remerciements.............................................................................. Bibliographie................................................................................ Lexique........................................................................................ Index .........................................................................................

229 232

234 240

247

247 252 253 256

257 261 263 267 267 271 273 274 277 279 286 290 293 294 297 303 307 315 317 319 337

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