Nous voudrions
être les premiers, dans la presse scientifique française,
à signaler à nos lecteurs ce que nous pensons être
l'importance capitale du livre de Stephen Wolfram, A new Kind of
Science (ANKS), paru
le 14 mai 2002 en anglais.
Nous nous le sommes procuré et nous l'avons lu, ce qui est
bien sûr la première chose à faire avant d'en
parler. Cela ne veut pas dire que nous avons encore perçu
ou envisagé tous les développements que cette œuvre
pourra provoquer dans l'ensemble des disciplines de recherche. Pour
cela, il faudrait être l'Académie des Sciences tout
entière.
Si les automates cellulaires ne sont pas une nouveauté, jamais
personne ne les avait encore présentés dans une perspective
si riche, traçant un chemin des plus originaux pouvant mener
à une nouvelle connaissance du monde et de nous-mêmes.
Face aux travaux de l'auteur, nous imaginons déjà
comment vont se répartir les scientifiques.
Il y aura ceux qui se saisiront des outils offerts par Stephen
Wolfram pour les tester sans attendre, les appliquer à
leur domaine, mettre ces travaux en perspective, approfondir et
développer en s'ouvrant aux domaines voisins, comme le
livre les incite à le faire.
Il y aura aussi ceux qui rejetteront tout ou partie
de l'apport proposé par S. Wolfram. Peut-être auront-ils
pour cela des arguments scientifiques solides, qu'il faudra examiner
ne fut-ce que pour faire progresser ANKS. Ceci aura l'immense
avantage de faire avancer la discussion. Mais sans doute aussi
pour certains, ceci témoignera d'un refus de la remise
en cause pure et simple de leur travail, reposant sur une formalisation
mathématique qui fut longue et difficile à établir,
alors qu'on aurait pu peut-être aboutir au même résultat
avec des outils infiniment plus simples.
Et puis, on en verra certains, rejeter l'ensemble
en bloc, défendant ici - bien que nous assurant du contraire
- diverses conceptions idéologiques de la connaissance.
C'est qu'en effet, mais nous y reviendrons longuement
dans la suite de ce dossier, ANKS démolit impitoyablement
la place éminente jusqu'ici donnée en sciences aux
mathématiques. Si on veut être sympathique, on se
bornera à dire, comme le montre bien l'article d'Alain
Cardon(1), que S. Wolfram
leur donne un nouveau positionnement, subordonné (quelle
horreur pour les médaillés Fields) à la fois
aux modèles concrets de la réalité (par exemple
l'évolution d'une molécule biologique dans une éprouvette)
et à l'informatique capable de modéliser au mieux
cette réalité, voire de l'exprimer directement.
ANKS dans l'histoire de
l'informatique et de l'intelligence artificielle
Comment faut-il en effet lire ANKS dans la perspective
de l'évolution de l'informatique et de l'Intelligence Artificielle
IA ? Quand on connaît cette histoire, ainsi que ses perspectives
de développement futurs, la trajectoire personnelle de
Stephen. Wolfram et la genèse de son œuvre prennent
toute leur légitimité. ANKS n'est pas sorti de la
tête d'un savant fou (mathématicien au demeurant)
mais s'inscrit dans une suite certainement inévitable,
compte tenu de la marche inexorable et grandissante des sciences
et technologies informatiques. Encore fallait-il le génie
de l'auteur pour le faire brutalement émerger, en le formalisant
de façon à en faire un instrument utilisable par
tous.
ANKS s'inscrit dans le développement du calculateur
universel, dont les principes ont été posés
par la machine de Turing. Il s'agit de travailler avec des entités
discrètes, pas à pas, en principe en langage binaire.
Ceci postule que le continu qui relèverait de calculateurs
analogiques, peut être réduit au discret. La physique
fondamentale ou la biologie diront ce qu'il en est dans la nature.
Nous y reviendrons. On ajoutera que le traitement pas à
pas est d'autant plus efficace que les algorithmes utilisés
sont simples. La règle ou le programme simples sont vraiment
la fondation de l'approche de Wolfram, qu'il retrouve partout
à l'oeuvre dans la nature.
Ceci nous conduit directement aux automates cellulaires
(AC), qui sont l'outil utilisé par l'auteur pour formaliser
et illustrer toutes ces hypothèses. Les premiers chercheurs
en intelligence artificielle en avaient fait un instrument essentiel
pour la construction de modèles simulant l'évolution
des systèmes complexes, notamment en biologie. Certains
les emploient toujours, tels Thomas Schelling (1bis).
Mais ils furent abandonnés (sauf exception) face au développement
des modèles mathématiques complexes, eux-mêmes
supportés par les programmes informatiques complexes permis
par les ordinateurs modernes.
La redécouverte des AC (ou plutôt l'approfondissement
du domaine) par Stephen Wolfram est loin cependant d'être
la remise en usage d'une machine de Turing fonctionnant comme
une caisse enregistreuse. Elle s'appuie et s'appuiera d'ailleurs
de plus en plus sur les énormes ressources permises par
les stations de travail moderne, le travail en réseau de
type Grid et, dans un proche avenir, les progrès permis
par les calculateurs nanotechnologiques, ainsi que très
probablement les calculateurs quantiques. Nous nous retrouverons
là au niveau du discret, microscopique, c'est-à-
dire à ce qui se passe au niveau de l'atome (de la particule)
physique ou de la molécule biologique. Avec l'avènement
possible de l'ordinateur quantique pourrait alors certainement
être fait le lien avec les possibilités, théoriquement
infinies, de calcul multi-directionnel (multiways) permis à
la particule quantique. On voit là comment les travaux
d'un Johnjoe McFadden, signalés dans notre dernier numéro(2),
pourraient bénéficier de nouvelles avancées
en matière de calculable.
ANKS s'inscrit donc aussi dans les progrès
de l'IA, et notamment de l'IA évolutionnaire. Mais il s'agira
sans doute là d'une IA faisant beaucoup moins appel à
l'évolutionnisme darwinien classique (réplication,
mutation, sélection, amplification) qui laisse une part
trop grande au hasard macroscopique résultant de la confrontation
pour la survie des systèmes complexes. Il devrait alors
s'agir d'une évolution artificielle découlant du
déroulement d'algorithmes ou d'instructions simples, mettant
en œuvre des agents discrets aussi petits que possible -
ce qui nous ramènera au niveau des systèmes nanotechnologiques
et des systèmes physiques et biologiques élémentaires.
Restera évidemment alors à préciser à
ce niveau le rôle de la compétition darwinienne pour
l'accès aux ressources, entre systèmes se déroulant
de façon algorithmique.
Indiquons tout de suite que cette évolution
dirigée par des instructions ou règles ne peut être
définie et prévisible à l'avance. La grande
découverte de ANKS est précisément de montrer
que les AC, à partir de règles simples judicieusement
choisies, peuvent dans certains cas produire ce qui pour nous
sera du complexe et de l'indécidable sans limites prévisibles,
pour peu qu'ils disposent du temps et des ressources en quantité
suffisante. L'informatique moderne évoquée ci-dessous
le permet. L'IA utilisant les AC pourra produire des artefacts
de systèmes naturels en bien plus grand nombre que celui
que l'ensemble des humains pourraient tester et implémenter
dans des systèmes physiques et biologiques du monde réel.
La question philosophique
et scientifique fondamentale
Ceci nous conduit à la question scientifique
et philosophique essentielle. L'évolution pilotée
par les AC, tels que proposés par ANKS, correspond-elle
à des modèles, meilleurs que tous modèles
mathématiques existant, mais modèles quand même,
de ce se passe dans la nature ? Sont-ils au contraire une émanation
de ce qui agit vraiment dans la nature et que nous pouvons comprendre
aujourd'hui du fait du développement des systèmes
eux-mêmes naturels que sont nos corps biologiques, nos cerveaux
et les systèmes informatiques produits par eux ?
Si nous interprétons correctement l'auteur,
c'est la deuxième réponse qui est alors la bonne.
Convenablement choisis et mis en oeuvre, utilisant les ressources
des nanotechnologies et - si on le réalise - de l'ordinateur
quantique, les AC (ou plus exactement des programmes ou algorithmes
simples fonctionnant comme eux) devraient alors nous placer au
cœur de l'évolution des systèmes physiques
et biologiques de "notre univers"(3).
Permettront-ils, en amont, de développer l'analyse des
systèmes physiques(4)
et naturels que jusqu'à présent ni les technologies
ni les mathématiques n'avaient permis de modéliser;
comme par exemple ce qu'est la vie, ou la conscience ? Permettront-ils
aussi, en aval, de remonter aux lois fondamentales réglant
l'évolution de l'univers, soit sur le plan cosmique macroscopique,
soit sur celui, quantique, de la particule élémentaire
? Il s'agirait alors non plus de construire des modèles
de la réalité mais de reconstruire la réalité
avec les mêmes méthodes et moyens qu'elle a utilisés
pour construire notre univers jusqu'à ce jour. Dans la
foulée, pourrait-on sans doute construire aussi des réalités
différentes, peut-être celles existant dans d'autres
univers. Dans cette perspective, Stepehn Wolfram pour sa part
ne renonce pas à découvrir l'équation du
Tout dont rêvent beaucoup de cosmologistes, tels Stephen
Hawking. Mais il s'agira alors ici d'une équation simple
reposant sur le modèle d'un AC universel obéissant
à des règles adéquates elles-mêmes
simples, qui restent évidemment à trouver.
Le concert des physiciens a semble-t-il déjà
commencé à s'élever contre de telles perspectives,
criant à l'ubris onirique. Nous serons ici plus modestes.
Il faut respecter une œuvre de l'importance de celle de Stephen
Wolfram avant de la renvoyer à l'enfer des délires
parascientifiques. C'est ce que nous souhaitons défendre,
en proposant dans les prochains numéros une lecture et
une discussion progressive de ANKS, à laquelle nous serions
très heureux de voir nos lecteurs aussi participer.
On peut se demander cependant quel est le statut
des AC dans l'esprit de Wolfram et quel rôle nous-mêmes
devrons leur donner. S'agit-il d'une espèce particulière
d'outil informatique, qui nous servira à modéliser
des phénomènes qui autrement nous échapperaient?
Offriront-ils dans cette perspective toutes les solutions qui
nous seront nécessaires, ou faudra-t-il les compléter
d'autres méthodes de programmation et de modélisation?
Si enfin, on considère que les AC révèlent
une forme de computation universellement répandue dans
l'univers, comment cette computation se réalise-telle en
fait dans les systèmes naturels, puisque l'on n'imagine
pas la nature utilisant Mathematica ou tout autre générateur
d'AC pour développer ses propres procédures évolutives?
Nous
serons dans la suite de ce dossier évidemment obligés
de revenir sur ce point essentiel des AC : selon Wolfram, puisque
la simple répétition d'une règle simple peut
conduire à des mécanismes complexes, les automates
cellulaires sont la source fondamentale nous permettant d'appréhender
la complexité de ce monde. Cela dit, il semble que l'auteur
laisse ici certains points dans l'ombre ou évite certaines
questions (à moins que cette constatation ne résulte
simplement de notre lecture encore trop rapide du livre).
On peut par exemple se demander jusqu'à quel point les
automates cellulaires présentés génèrent
de la complexité. Y-a-t-il pour eux une limite ? Il semble
en effet, à regarder les figures dans le livre, que la
continuation du processus ne génère pas de complexité
plus grande. Ferait t'on tourner les système des milliards
de fois, le résultat serait-il différent ? Atteindrait-on
un autre ordre de complexité ? Verrait-on une autre forme
émerger ? A première vue, Wolfram n'en parle pas.
Il n'explique pas comment un tel automate peut augmenter sa complexité.
Faut-il pour cela, combiner ensemble des automates et les faire
tourner jusqu'à trouver - un peu au bonheur la chance -
la substantifique moelle? S'agit-il encore de règles aussi
simples ? Faut- il vraiment s'affranchir d'un phénomène
tel que l'évolution et la sélection (qui alors conduit
aux algorithmes évolutionnaires(5)).
Mais peut-être, finalement, la puissance informatique n'a
pas encore atteint les performances suffisantes pour avoir pu
faire tourner virtuellement le système aussi longtemps
que ne l'a encore fait la nature...
Ajoutons
qu'au moment de publier ce dossier, nous avons eu connaissance
du long article que vient de consacrer Ray Kurzweil au livre de
Stephen Wolfram, ainsi que du forum ouvert sur son site(6).
Nous reviendrons dans un prochain numéro sur les objections
faites par Kurzweil à A
New Kind of Sciences, et sur les conclusions intéressantes
pouvant découler du débat.
Commentaire sur la démarche
On ne reprendra pas ici le cursus professionnel et
scientifique de l'auteur, tel qu'il le présente lui-même
dans son livre. Remarquons seulement que certains lui ont reproché,
outre un parcours solitaire, un parcours commercial. Il est vrai
que A New Kind of Science est né des développements
du générateur de programmes de calculs scientifiques
Mathematica, qui s'est révélé un outil
très apprécié des développeurs, et
qui lui a apporté l'aisance matérielle, gage de
pouvoir se consacrer totalement pendant dix ans à ces travaux
sur les AC et à la réalisation de ce livre. D'ailleurs,
si Stephan Wolfram a abandonné la carrière universitaire
(comme d'ailleurs beaucoup d'autres scientifiques anglo-saxons),
c'est peut-être aussi qu'il n'avait pas trouvé assez
d'encouragements dans ce milieu universitaire pour concrétiser
ses intuitions.
Aujourd'hui, la promotion du livre et des produits
dérivés est conçue dans un cadre commercial
apparemment strict, que certains regretteront. Rien n'empêche
cependant ceux qui le souhaitent de reprendre ses hypothèses
et de les approfondir comme ils l'entendent. Les idées
de Stephan Wolfram ne sont pas brevetées, que nous sachions.
Notes
(1) "Un
positionnement différent pour les mathématiques"
(sept. 2001) 
(1bis) Voir sur l'analyse de systèmes
sociaux : http://www.theatlantic.com/issues/2002/04/rauch.htm.
Voir aussi http://www.theatlantic.com/unbound/interviews/int2002-03-29.htm
et http://www.theatlantic.com/issues/2002/04/rauch-movies.htm
(2) Voir notre interview
du 12/05/2002
(3) "Notre univers" est placé entre
guillemets pour tenir compte de l'interprétation quantique
dite des univers multiples
(4) Concernant l'idée de construire
l'ensemble de la physique en termes de transformations computationnelles,
on se reportera au site de Edward Fredkin qui, dès le début
des années 80 à proposé une "Nouvelle théorie
de la physique" basée sur cette idée. On lira avec
intérêt sur le site son "Introduction to Digital
Philosophy" (cf : http://www.digitalphilosophy.org).
Notons que, durant l'été 2002, la National Science
Foundation a parrainé l'atelier "The Digital Perspective"
qui finalement contient beaucoup des idées évoquées
par S. Wolfram, et dont les actes doivent sortir prochainement.
(5) Qui produisent souvent des solutions élégantes
(devrions-nous dire "intelligentes") pour certains problèmes
complexes. Mais même ici, il semble toujours manquer quelque
chose car, à notre connaissance, ces algorithmes atteignent
rapidement une asymptote dans leur niveau de performance.
(6)
Voir http://www.kurzweilai.net/meme/frame.html?main=/articles/art0464.html.
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