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Avril/Mai 2002
Jean-Paul Baquiast et Christophe Jacquemin
voir aussi notre billet L'inconnue de Rodney Brooks et l'article de Johnjoe McFadden Le Je n'est pas un robot

Mécanique quantique et biologie

Couverture du livre "Quantum Evolution, The new science of life", de Johnjoe McFaddenUn changement radical dans l'approche des sciences de la vie et des neurosciences semble aujourd'hui se dessiner, qu'il s'agisse d'ailleurs de la biologie proprement dite ou même aussi de la vie et de l'intelligence artificielles.
C'est du moins ce qu'on peut se dire à la lecture de "Quantum Evolution, The new science of life" - livre du docteur Johnjoe McFadden ("Reader" en biologie moléculaire à l'université du Surrey, UK).
En effet, que voyons-nous tout au long de ses 315 pages -d'une lecture particulièrement agréable- sinon s'amorcer ici une réconciliation "historique" entre la mécanique quantique et la biologie ?

Jusqu'à présent, la mécanique quantique relevait purement du domaine des physiciens et des cosmologistes. La biologie, pour sa part, ne descendait pas sensiblement au-dessous de la molécule.

Il est vrai que le progrès des techniques commence à imposer des rapprochements. C'est le cas avec les nanotechnologies qui obligeront de plus en plus à manipuler la matière atome par atome, sinon particule élémentaire par particule élémentaire. Or les nanotechnologies trouvent des applications immédiates en biologie, puisque les artefacts envisagés interagiront avec les cellules et les organelles des cellules, à des niveaux là encore où les liaisons physiques et chimiques impliqueront les particules élémentaires. On sait par ailleurs que l'ordinateur quantique cesse d'être un mythe pour entrer dans le domaine du possible.

Les biologistes - comme d'ailleurs les informaticiens - s'intéressent cependant encore peu à la mécanique quantique. Beaucoup n'avaient pas vu l'évolution récente de cette discipline, très bien décrite par l'article "Les racines quantiques du monde classique" de Roland Omnès, paru récemment dans le numéro spécial de Pour la Science consacré aux nanotechnologies. Celui-ci montre pourquoi il est devenu possible d' "unifier" le monde quantique et le monde classique (en attendant la grande unification quantique).
La question était de savoir pourquoi l'état de superposition d'une particule quantique, à la fois onde et particule, dont en application du principe d'incertitude de Heisenberg il n'est pas possible d'observer à la fois la position et le mouvement, ne nous met pas en présence dans le monde réel ou classique d'objet macroscopique à l'état superposé. Je suis ici ou là et non ici et là. Le chat de Schrödinger est vivant ou mort et non vivant et mort. Or, nous dit Roland Omnès, les travaux récents sur la décohérence quantique ont montré que la possibilité d'observer un état de superposition (les franges d'interférences dans l'expérience de Young crées par des photons isolés passant par les 2 fentes à la fois) diminuait presque instantanément lorsque les fonctions d'onde de multiples particules se superposaient, comme c'est le cas dans un objet macroscopique. Nous ne voyons plus alors que des corpuscules réduits à leur aspect particulaire.
Par ailleurs, d'autres travaux récents ont réconcilié le déterminisme probabiliste quantique avec le déterminisme classique en montrant notamment que ce dernier cache en fait des erreurs minimes, non perceptibles par un observateur ordinaire, provenant des fluctuations quantiques. La matière à notre échelle est donc bien compatible avec les interprétations de la mécanique quantique, aussi ésotériques et incompréhensibles, selon le terme de Robert Feynman, que puissent être ces dernières.

Mais, à lire le docteur McFadden, personne, sauf dans le domaine des mutations adaptatives, n'a jusqu'à ce jour tiré toutes les conséquences du fait de considérer que les atomes composant les molécules de la chimie organique sont des particules quantiques et peuvent être traitées comme telles. Ces conséquences semblent immenses. Le livre refait avec nous l'inventaire de toutes les grandes questions intéressant l'évolution, questions restées le plus souvent sans réponses convaincantes, en nous montrant que des solutions faisant appel notamment à la réduction de la fonction d'onde de particules à l'état superposé par des "observateurs biologiques" constitués d'enzymes ou d'organelles cellulaires permettaient de comprendre l'évolution, la construction progressive des structures et fonctions vitales, depuis les premiers réplicateurs biologiques jusqu'aux faits de conscience présents dans le cerveau. De plus, sans faire appel au vitalisme, il est possible de montrer, selon l'auteur, que l'évolution peut dans une certaine mesure s'auto-diriger.

Nous ne sommes pas cependant là dans l'espèce de fuite en avant quantique qui avaient permis à des biologistes dualistes sinon spiritualistes comme Penrose ou Eccles de "sauver" l'hypothèse de l'esprit. Nous sommes confrontés à des problématiques que le progrès continu des nanotechnologies et des instruments d'observation de la matière vivante au niveau atomique devraient permettre de préciser d'ici peu. Il ne faut pas se dissimuler que les physiciens présentent de nombreuses objections à la thèse de McFadden, comme le montre l'article de Matthew Donald du Cavendish Laboratory cité en note. Mais il n'est pas exclu que les points de vue changent très vite, notamment avec les progrès de l'ordinateur quantique.

On sait que les interprétations de la mécanique quantique ont donné lieu à diverses hypothèses concernant l'univers en général. L'une des plus commode, mais aussi la plus incroyable, est celle des univers multiples (multiverse). Chaque fois qu'une particule se matérialise, elle ouvre un embranchement vers un autre univers, où son double poursuit sa vie indépendamment de ce que la première peut devenir dans notre propre univers. A la fin de son article, Roland Omnès rappelle que les progrès récents de la mécanique quantique, dus notamment à la compréhension de la décohérence, ne résolvent pas la grande question : la mécanique quantique ne peut que décrire des possibles probabilistes, alors que notre monde matérialisé ou objectivé est unique. JohnJoe McFadden ne recule pas devant cette question. Il nous convie à accepter l'idée que l'univers (anthropique) dans lequel nous sommes ne fut sans doute dû qu'à un coup de dés réussi (pour ce qui nous concerne), parmi les milliards de milliards d'autres probabilités de vie ayant ou n'ayant pas vu le jour dans des milliards d'autres univers du multi-univers global. Ceci expliquerait en passant que nous ne pourrions pas refaire la synthèse de la vie et que nous serions très probablement uniques dans notre univers (sauf dans l'hypothèse de la panspermie).

Mais l'agrément du livre est qu'il demeure près de ses lecteurs, c'est-à-dire humain. Il nous incite à penser que la nécessité, pour utiliser la mécanique quantique, de faire appel à des interprétations aussi exotiques que celle du multi-univers tient sans doute au fait que notre cerveau, pour le moment du moins, n'est pas construit de façon à comprendre un monde dont beaucoup de paramètres lui échappent encore.

Dans un prochain numéro de notre revue, nous vous proposerons une note plus détaillée de l'ouvrage "Quantum Evolution".

Pour en savoir plus
"Quantum evolution. The new science of life", US edition W.W.Norton and Cie, 2000
A propos du livre : http://www.surrey.ac.uk/qe/
Résumé par chapitre :  http://www.geneticengineering.org/evolution/mcfadden.html
Extraits du livre. Liens et Bibliographie :  http://www.surrey.ac.uk/qe/Outline.htm
Une sévère critique du livre au regard de la mécanique quantique, par Matthew J. Donald : http://www.poco.phy.cam.ac.uk/~mjd1014/qevrev.pdf


© Automates Intelligents 2002

 

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