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4 août 2004
par Bernard François Karlber@aol.com

Libre arbitre et Hasard intrinsèque
(sur A New Kind of Science, de Stephen Wolfram)

A la suite de la publication de nos articles [26/04/ et 12/06/2004] concernant l'ouvrage "Quantum mechanims Cognition and Action Proposals in Epistemology", ainsi que l'interview de Miora Mugur-Schächter [26/06/2004], nous avons reçu l'article suivant de Bernard François.
On doit notamment à ce lecteur assidu de notre revue la traduction intégrale en français de l'ouvrage de Stephen Wolfram "A New Kind of Science" [voir notre dossier initié en 2002]. Le livre traduit n'est pas encore accessible, Bernard François s'étant au départ engagé dans ce travail colossal "simplement pour être sûr de bien saisir les idées novatrices que contiennent ce livre et de les faire comprendre à mon fils de quatorze ans"... Sous nos conseils,Bernard François est aujourd'hui en pourparlers avec l'équipe de Stephen Wolfram pour une éventuelle édition du livre en Français.

Automates Intelligents

Après avoir lu l'article de Jean-Paul Baquiast sur le texte de Mioara Mugur-Schächter traitant notamment de la confusion millénaire que sont en train de dissoudre les "investigateurs du chaos" sur la querelle du déterminisme, il me semble que la position de Stephen Wolfram sur le libre arbitre pourrait servir d'introduction à cette découverte étonnante exposée dans son ouvrage ANKS : le hasard intrinsèque.

Sur le libre arbitre

Même si notre esprit suit des chemins déterministes, il effectue des computations irréductibles dont le résultat ne peut être trouvé par des lois raisonnées classiques, par des algorithmes donnant des raccourcis. L'intérêt de l'ouvrage A New Kind of Science (ANKS) est de fournir une explication raisonnée et expérimentale à cette impossibilité de raisonner sur ce sujet justement. Et si cela ne permet pas encore de contourner cet obstacle qu'on sentait confusément, ANKS permet déjà de mieux le manipuler conceptuellement. Le livre dit qu'il faut laisser tourner ce genre de système pour voir les résultats, il n'y a pas d'autres tactiques d'approche pour le moment.
Je ne résiste pas au plaisir de fournir dans l'encadré ci-dessous l'ensemble de la section concernant le libre arbitre (chapitre 12), qui me semble très explicite. Il faut savoir que ce chapitre 12 constitue le sommet de la pyramide du point vue de la construction de l'argumentaire, ce qui signifie que tout ceci est écrit sur la base des arguments du livre. Mais on peut être arrivé à ces conclusions en utilisant d'autres voies, et donc y être sensible directement.

Extrait de A New Kind of Science, chapitre 12, passage consacré au libre arbitre pages 750 à 753 Depuis l'Antiquité, il a toujours régné un grand mystère autour de cette question du contraste entre l'univers pouvant suivre des lois définies, et nous en tant qu'humains pouvant souvent prendre des décisions au sujet de nos actes d'une manière qui semble affranchie de toute loi évidente. Mais à partir des découvertes de ce livre, il semble finalement possible d'en donner une explication. Et je crois que la clé se trouve dans le phénomène d'irréductibilité computationnelle qui implique que même si un système peut suivre des lois sous-jacentes définies, son comportement général peut néanmoins présenter des formes qui ne peuvent fondamentalement pas être décrites par des lois raisonnées. Si l'évolution d'un système correspond à une computation irréductible, alors la seule façon de trouver comment le système va se comporter est de réaliser cette computation - avec pour conséquence qu'il ne peut fondamentalement pas y avoir de loi permettant d'accéder à ce comportement de façon plus directe. Et c'est cela, je crois, qui est à l'origine de l'apparente liberté de la volonté humaine. Car même si tous les composants de notre cerveau suivent vraisemblablement des lois définies, je soupçonne fortement que leur comportement général corresponde à une irréductible computation dont le résultat ne peut jamais être trouvé par des lois raisonnées. On peut déjà voir quelque chose de très ressemblant se produire dans un simple système comme l'automate cellulaire de la figure présentée à gauche. Car même si les lois de ce système sont parfaitement définies, son comportement général finit par être suffisamment complexe pour que beaucoup de ses caractéristiques semblent n'obéir à aucune loi évidente. Si on devait débattre de l'apparence du comportement de cet automate cellulaire, on pourrait tout à fait dire qu'il semble faire un peu ce qu'il veut - et lui attribuer une sorte de libre volonté. Ce comportement a-t-il une chance d'être raisonné ? Car si on étudie les cellules individuelles à l'intérieur de l'automate, on peut pleinement s'apercevoir qu'elles ne font que suivre des règles strictes, et sont privées de toute espèce de liberté. Et à un certain niveau, on pourrait dire la même chose des cellules nerveuses individuelles de notre cerveau. Pourtant celui-ci dans son entier arrive à se comporter avec une certaine liberté apparente. La science traditionnelle a rendu cela très difficile à comprendre. Car on prétend normalement que si on se contente de trouver des règles sous-jacentes gouvernant les composants d'un système, alors ces règles devraient suffire à nous dire tout ce qui est important de savoir sur le système. Mais comme nous l'avons constamment constaté dans ce livre, cette vision des choses n'est même pas approximativement correcte. Il peut en fait y avoir largement plus de choses dans le comportement d'un système que dans tout ce qu'on pourrait essayer d'y entrevoir en se limitant à ses règles sous-jacentes. C'est une conséquence fondamentale du phénomène d'irréductibilité computationnelle. Car si un système est computationnellement irréductible, cela signifie qu'il existe une séparation tangible entre les règles sous-jacentes du système et son comportement général, associée à la quantité de travail computationnel nécessaire pour passer de l'un à l'autre. Je crois que c'est dans cette séparation, que repose la prime origine de l'apparente liberté dont semblent jouir toutes sortes de systèmes - qu'il s'agisse de systèmes abstraits comme les automates cellulaires ou de systèmes concrets comme le cerveau. Mais finalement, qu'est-ce qui nous fait dire qu'il y a de la liberté dans ce qu'un système fait ? En pratique, le principal critère semble être l'impossibilité de prédire son comportement. Si nous pouvions le prévoir, il nous montrerait qu'il est déterminé d'une façon définie, et donc ne pourrait être qualifié de libre. Mais avec nos méthodes de perception et d'analyse, nous avons besoin d'un comportement plutôt simple pour nous permettre d'identifier des règles générales nous laissant faire des prédictions raisonnables les concernant. Et ce genre de comportement est assez courant, même chez les organismes vivants. En particulier chez les animaux les moins évolués, il existe toutes sortes de situations où de très simples et très prévisibles réponses à des stimuli sont observées. Mais ces réponses sont normalement considérées comme des réflexes inévitables ne laissant aucune place aux décisions ou à la liberté. Et dès que le comportement devient plus complexe, nous avons vite tendance à imaginer qu'il est associé à une certaine forme de liberté sous-jacente. Nous introduisons cette dose de liberté, car avec l'intuition traditionnelle nous avons toujours une sorte de réticence à penser qu'une réelle imprévisibilité puisse émerger dans un système qui ne fait que suivre des règles sous-jacentes définies. Et ainsi, pour expliquer notre comportement humain, on prétend souvent qu'il doit se passer quelque chose de plus fondamental - et peut-être quelque chose de propre aux humains. Dans le passé, la croyance la plus courante était basée sur l'existence d'une certaine forme d'influence extérieure du destin - associée peut-être à l'intervention d'un être surnaturel ou à la configuration des corps célestes. Dans des temps plus récents, la sensibilité aux conditions initiales et l'incertitude quantique ont été proposées comme des explications plus scientifiques. Mais un peu comme dans la discussion sur le hasard (voir chapitre 6), nous n'avons pas réellement besoin de ce genre d'explications. Car comme nous l'avons vu si souvent dans ce livre, même les systèmes dotés de règles sous-jacentes assez simples et définies peuvent produire des comportements si complexes qu'ils vont paraître libres de toutes règles apparentes. Le point crucial est que ces comportements apparaissent simplement pendant l'évolution intrinsèque du système - sans avoir besoin d'aucune entrée supplémentaire de l'extérieur ou d'aucune sorte de source explicite d'aléatoire. Et je crois que c'est ce type de processus intrinsèque - dont nous savons maintenant qu'il apparaît dans un large éventail de systèmes - qui est le responsable primaire de l'apparente liberté dans les opérations de notre cerveau. Mais cela ne veut pas dire que tout ce qui advient dans notre cerveau a une origine intrinsèque. En effet, ce qui semble se passer en pratique est le fait que nous recevons des entrées extérieures conduisant à une chaîne de pensées suivant son cours pendant un certain temps, puis celle-ci s'éteint jusqu'à l'entrée suivante. Et souvent cette chaîne de pensées est influencée par la mémoire développée par des entrées passées - faisant varier cette chaîne de pensées même si l'entrée est exactement la même. Mais il semble vraisemblable que les étapes individuelles de chaque chaîne de pensées suivent des règles sous-jacentes assez définies. Et le point crucial est que je suspecte que la computation réalisée en appliquant ces règles va souvent être assez sophistiquée pour être computationnellement irréductible - et par conséquent cette chaîne va produire intrinsèquement un comportement nous paraissant libre de toute loi évidente. © Stephen Wolfram LLC

Ce que Wolfram apporte entre autres, ce sont les moyens de traiter simplement toutes sortes de problèmes sur lesquels nous étions bloqués, en fondant ce qu'il appelle "une nouvelle forme de science"qui s'échine à concrètement classer et se familiariser avec tous ces automates, car ils se sont révélés finalement être des outils très performants. Les automates permettent déjà d'en parler avec précision, puis de les étudier, ces systèmes complexes, presque comme des animaux. C'est une science qui s'apparente à la zoologie.

Sur le hasard intrinsèque

Mais pour arriver à enclencher le raisonnement dans du concret, il faut faire confiance à deux choses : d'abord que Wolfram et son logiciel Mathematica existent et que les expériences informatiques décrites dans son livre ont été réalisées. Cela n'est pas infaisable, on peut commander une version du logiciel et le faire tourner à la maison, comme le site de Wolfram le préconise [voir http://www.wolframscience.com/]. Ensuite deuxième chose, il faut faire confiance à son propre esprit ou organe de jugement ou jugeote pour admettre des expériences comme celles mettant en évidence le hasard intrinsèque. Prendre le temps de les comprendre - ce qui n'est finalement pas très long - et en tirer les conséquences : l'existence d'un hasard qu'on avait sous le nez et qu'on ne voyait pas. Les sentiments associées à la découverte de ce hasard tout bête et pourtant écrasant les deux autres hasards officiels (le hasard venant du bruit de fond surtout, et le hasard venant des conditions initiales récemment) peuvent varier selon les personnes. Pour ceux qui comme moi sont novices ou en tout cas non définis par rapport à ces questions car non professionnels par exemple, c'est un délice, une impression de voler un morceau réservé aux pros. En revanche, pour celui pris dans un enjeu par rapport à ces prises de position, qui est habitué à se définir dans un cadre scientifique devenu un peu rigide, ce n'est sûrement pas la même impression. Celle-ci est peut-être même plutôt désagréable : "encore du boulot, comme s'il n'y en avait déjà pas assez. Et en plus, sur la complexité. Faudrait pas exagérer non plus, c'est le pompon, toutes ces histoires qu'on fait sur la complexité. Comme si c'était pas déjà assez la panique comme ça." Ce n'est pas exprimé comme tel mais peu s'en faut, quelquefois.
Et c'est la raison pour laquelle j'insiste toujours sur cette histoire du hasard intrinsèque. Une production d'aléatoire sans interférence avec le milieu et en partant d'une seule cellule noire isolée, c'est comme un monument, il faut se déplacer pour le voir, mais ça vaut le coup d'œil, le panorama est exceptionnel. Beaucoup de plaisir, une bonne sensation de plaisir intellectuel comme on les vit trop peu souvent.

Je ne sais s'il est nécessaire de lire l'ensemble de l'ouvrage ANKS pour ressentir cela. En tous cas, c'est ce que j'ai fait pour ma part, lentement, traduisant cet ouvrage de l'anglais. Peut-être existe-t-il un seuil minimum de connaissance préalable du discours de S. Wolfram pour pouvoir saisir toute son essence d'un coup, sans que des phénomènes de résistance psychologiques s'installent ? S'habituer, se faire une nouvelle intuition comme il le dit ? En tout cas, je suis toujours très attentif quand j'explique le hasard intrinsèque à un ami car cela le déstabilise complètement... Les yeux deviennent rouges, il y a un moment d'hésitation, puis son ancienne grille de lecture arrive péniblement à produire une version reformulée mixte et déformée, en sauvant sa peau, dans un gargouillis. Ensuite, d'autres instances de l'esprit prennent le relais pour faire glisser le plus vite possible la chose dans les oubliettes. Je m'y revois pour les yeux rouges et une partie du reste.
A savoir quand même que ce hasard intrinsèque est reproductible si on part des mêmes conditions initiales et, à plus forte raison, si on part d'une seule cellule noire isolée. Celui-ci a une qualité supérieure aux meilleurs générateurs d'aléatoire utilisés dans les ordinateurs, ceci étant vérifié par Wolfram selon les critères opérationnels habituels de jugement de qualité des générateurs d'aléatoire. D'ailleurs le hasard intrinsèque est actif comme générateur dans le logiciel Mathematica, en tant que résultats tirés de la colonne centrale de l'automate cellulaire de règle 30, avec des conditions initiales variant selon l'état interne de l'ordinateur au moment de la requête. Le seul critère auquel il désobéit est celui tiré de la définition récente de l'aléatoire utilisant le concept d'incompressibilité. Ce concept stipule qu'une séquence aléatoire est une séquence qu'on ne peut pas compresser. Appliqué au hasard intrinsèque qui est généré à partir d'une règle très simple, comme la règle 30 par exemple qui tient en huit cas de situations possibles pour donner la couleur de la cellule suivante, ce critère est le comble de la mauvaise foi pour rejeter le hasard intrinsèque hors de la catégorie des phénomènes aléatoires.
Ensuite, pour le comprendre, il n'y a aucune difficulté technique ou intellectuelle ou logique. Les seules difficultés sont idéologiques ou psychologiques, on n'y croit pas au départ pour mobiliser le temps de s'y intéresser, et on n'y croit pas à l'arrivée parce qu'on n'est pas habitué à juger par soi-même. Ce qui en fait un exemple typique de phénomène nouveau théoriquement facile à voir mais résistant à la connaissance pour des raisons situées hors du champ scientifique. Cette dernière remarque est d'ailleurs presque généralisable à l'ensemble du livre de Wolfram.
Le hasard intrinsèque est beaucoup plus performant que les deux autres hasards considérés aujourd'hui, celui venant du milieu et celui venant des conditions initiales qui est un succédané, car il mobilise beaucoup moins d'informations pour produire ses résultats, vu que toutes les cellules de l'automate le produisant y participent. Et donc il est vraisemblablement l'origine du hasard rencontré en abondance dans la nature. Un processus simple a plus de chance qu'un autre d'être reproduit par hasard dans la nature.
Tout cela me fait penser à une devise-maxime corse secrète, sorte de bout de phrase poétique : "par hasard et mal rasé"

NB : Pour les lecteurs qui comprennent l'anglais et qui possèdent le livre (ou veulent le consulter sur internet http://www.wolframscience.com/nksonline/), voici les pages à lire pour directement pénétrer ce sujet du hasard intrinsèque :
- d'abord savoir ce qu'est un automate cellulaire et donc se coltiner les premiers chocs avec la règle 30 et la règle 110, et donc lire :
- la préface,
- Les chapitres 1 et 2,
- ensuite la section "Cartes itératives et phénomène du chaos" dans le chapitre 4,
- puis, dans le chapitre 6, lire l'ensemble, à l'exception des sections "systèmes de taille limité et comportement de classe 2" et des deux dernières sections "attracteurs" et "structures de classe 4",
- enfin lire le chapitre 7 jusqu'à la section "hasard intrinsèquement généré".

Ceci représente un grand nombre de pages... Je ne sais s'il est possible de réduire encore pour l'instant. C'est probablement insuffisant mais qui sait ?
Une version encore allégée garderait la préface et les chapitres 1 et 2.
- Ensuite, il faudrait passer directement au chapitre 6 et lire les sections "Quatre classes de comportement" et "Aléatoire dans les systèmes de classe 3".
- Enfin atteindre le chapitre 7 et lire la section "Trois mécanismes pour le hasard", suivie des trois sections suivantes sur les 3 hasards.

Mais ce sont des hypothèses de méthode seulement... et les méthodes par hypothèses ne sont pas toujours les meilleures, même rarement les meilleures d'après ANKS. Il faut inévitablement les tester, trouver les bonnes âmes voulant s'y prêter.

Pour en savoir plus :
Notre dossier "A New Kind of Science"

© Automates Intelligents 2004