Il faut mettre à jour la définition du déterminisme
27/06/2008
Ce texte introduit en 5 pages les 480 pages du livre
"Le déterminisme
étendu pour mieux comprendre et prévoir
Un pont entre science et philosophie pour la pensée rationnelle"
http://www.danielmartin.eu/Philo/Determinisme.pdf (5 MB)
pour permettre à chacun d'apprécier l'intérêt éventuel de le lire.
Qu'est-ce que le déterminisme ?
Avec le postulat de causalité qui en constitue la base, le déterminisme est un des fondements de la pensée rationnelle. Le déterminisme régit l'évolution d'une situation initiale (la cause) vers une situation finale (la conséquence). Il sert donc à comprendre les situations constatées, à prévoir leur évolution, et à comprendre comment le passé connu a produit le présent constaté.
La définition traditionnelle du déterminisme philosophique est celle donnée par Laplace en 1814. Le "déterminisme de Laplace" postule l'existence d'une chaîne de causalité unique commençant infiniment loin dans le passé et se poursuivant infiniment loin dans l'avenir. Voici comment Laplace a énoncé son postulat dans "l'Essai philosophique sur les probabilités" http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/gallardo/Essai_philosophique_sur_les_probabilites.pdf :
"Nous devons donc envisager l'état présent de l'univers comme l'effet de son état antérieur et comme la cause de celui qui va suivre. Une intelligence qui, pour un instant donné, connaîtrait toutes les forces dont la nature est animée, et la situation respective des êtres qui la composent, si d'ailleurs elle était assez vaste pour soumettre ces données à l'analyse, embrasserait dans la même formule les mouvements des plus grands corps de l'univers et ceux du plus léger atome : rien ne serait incertain pour elle, et l'avenir comme le passé, serait présent à ses yeux"
(L'intelligence en question est parfois appelée « démon de Laplace »).
Le postulat de causalité est une condition nécessaire et suffisante :
§ Condition nécessaire : en l'absence de la cause, la conséquence n'a pas lieu ;
§ Condition suffisante : si la cause existe au départ, la conséquence existe à l'arrivée (c'est une certitude).
A ce postulat, le déterminisme traditionnel scientifique ajoute une règle de stabilité : les mêmes causes produisent toujours les mêmes effets (reproductibilité). Les lois physiques dont l'action produit la conséquence d'une cause sont stables, elles sont les mêmes en tous lieux et à tout instant.
Le déterminisme traditionnel, philosophique ou scientifique, exclut donc :
§ Le hasard : le résultat d'un lancer de dé, un nombre entier de 1 à 6, est réputé non déterministe ;
§ Les interventions surnaturelles (dues à une cause ou une loi d'évolution externes à notre Univers) ou imprévisibles (ne résultant d'aucune cause ou loi, connue ou à découvrir).
La définition traditionnelle du déterminisme est contredite par le comportement réel de la nature
Le déterminisme, qui a pour vocation de nous aider à prévoir avec certitude ce qui arrivera, est contredit par des phénomènes physiques connus. Trois exemples parmi les dizaines cités dans le livre :
§ Décomposition radioactive (fission nucléaire)
Un échantillon d'uranium 238 voit ses atomes se décomposer spontanément, sans aucune cause autre que le temps qui passe ; un atome d'uranium se transforme alors en un atome d'hélium et un atome de thorium. Le nombre d'atomes qui se décomposent par unité de temps suit une loi connue, qui prévoit que 50 % des atomes d'un échantillon de taille quelconque se décomposeront en un temps fixe T appelé "demi-vie de l'uranium 238", puis la moitié du reste (c'est-à-dire ¼) dans le même temps T, puis la moitié du reste (1/8) dans le même temps T, etc.
La décomposition radioactive naturelle, c'est-à-dire spontanée, s'explique par l'instabilité de l'énergie d'excitation des neutrons et protons du noyau d'un atome radioactif. Cette énergie varie spontanément, phénomène inexplicable dans le cadre du déterminisme traditionnel, et qui fait intervenir une probabilité dans une apparition d'événement. Ce phénomène s'explique parfaitement sous le nom d'effet tunnel dans le cadre de la mécanique quantique : l'énergie d'excitation d'un noyau peut parfois dépasser l'énergie potentielle appelée barrière de fission de l'élément, entraînant une déformation si grande du noyau que celui-ci se décompose.
Contrairement aussi au déterminisme traditionnel, on ne sait pas quels atomes se décomposeront pendant un intervalle de temps donné, ni à quel instant un atome particulier se décomposera.
La décomposition radioactive a un caractère statistique, valable pour une population d'atomes mais ne permettant pas de prévoir l'évolution d'un atome donné, ce qui contredit le déterminisme au sens prédiction de l'avenir. Et ce n'est pas tout : lorsqu'un échantillon contient des atomes décomposés, on ne peut savoir à quel instant chacun d'eux s'est décomposé, ce qui contredit le déterminisme au sens reconstitution du passé.
§ Mouvement d'une particule atomique
Une particule atomique comme un électron n'a pas de trajectoire bien définie à partir d'un point donné, ni de vitesse précise en un point donné. On ne peut prévoir sa trajectoire que comme occupant un volume de l'espace, en chaque point duquel il aura, à un instant donné, une probabilité de se trouver et une probabilité d'avoir une certaine vitesse. La nature probabiliste de la trajectoire d'un électron contredit le déterminisme : soumis aux mêmes lois de forces que des objets macroscopiques dont le déplacement est parfaitement prévisible, le déplacement d'un électron n'est prévisible que sous forme probabiliste. Et en plus, il est impossible de mesurer la taille d'un électron (son diamètre… si il est sphérique et ne se déforme pas trop).
Dans le cas des particules atomiques, la chaîne de causalité est décrite par une arborescence où chaque nœud associé à une situation peut être suivi de plusieurs branches associées chacune une évolution différente aboutissant à une conséquence différente. Et la multiplicité des conséquences d'une même cause existe aussi en physique macroscopique sous forme de points d'accumulation de l'espace des phases, phénomène qui explique l'apparition brusque d'espèces dans l'évolution darwinienne.
Plus grave encore, dans certaines situations, l'action d'une loi d'évolution sur une cause produit des conséquences multiples existant toutes à la fois !
Le remplacement de la chaîne de causalité unique du déterminisme traditionnel par une arborescence, et la possibilité qu'une cause unique produise plusieurs effets superposés, existant en même temps, contredisent ce déterminisme-là.
§ Fluctuations quantiques
Comme si le déterminisme n'était pas suffisamment mis à mal par les phénomènes précédents, le vide entre des atomes ou entre des galaxies est sujet à des fluctuations quantiques, où des paires de particules apparaissent spontanément en « empruntant » leur énergie à l'espace environnant, puis disparaissent en la leur restituant. Au sens du déterminisme classique la spontanéité est totale, aucune cause ne peut l'expliquer ; tout se passe comme si la nature avait aussi des phénomènes sans cause ; on ne peut prévoir ni où apparaîtra une paire de particules, ni quand, ni avec quel emprunt énergétique.
Et même lorsque la matière est infiniment concentrée et dense, comme dans un trou noir, il y a des fluctuations qui font sans cesse apparaître et disparaître des particules ; certaines de celles-ci peuvent même apparaître à l'extérieur du trou noir, provoquant ainsi son "évaporation" ! Enfin, dans l'Univers extrêmement comprimé qui a suivi le Big Bang – Univers pourtant si homogène que les différences de densité relative y étaient inférieures à un cent-millième - de colossales fluctuations quantiques ont fait apparaître les zones de forte densité d'énergie qui ont ultérieurement donné naissance aux galaxies. Un vrai pied de nez au déterminisme traditionnel !
Le hasard a bon dos
C'est parce que certains phénomènes sont inexplicables, instables ou connus seulement de manière probabiliste, que la tradition philosophique veut que la nature soit déterministe… sauf quand elle ne l'est pas, c'est-à-dire quand le hasard intervient. Cette tradition prétend même qu'il y a un hasard irréductible, c'est-à-dire qu'aucun progrès de nos connaissances ne nous permettra jamais de prédire scientifiquement l'évolution de certains phénomènes physiques. C'est pourquoi Laplace, certain du triomphe final de la Raison comme tous les penseurs des Lumières, exclut le hasard de sa définition du déterminisme. Il affirmait implicitement par là que les progrès scientifiques finiraient par rendre prédictible le résultat de toute évolution. Einstein lui-même, au début du XXe siècle, considérait les modèles probabilistes de la physique atomique comme un substitut provisoire à des modèles strictement déterministes qu'on finirait par découvrir ; il disait « Dieu ne joue pas aux dés avec l'Univers ! »
Puisque nous savons aujourd'hui que certains phénomènes physiques sont intrinsèquement stochastiques (ne pouvant être décrits sans mathématiques probabilistes), nous n'avons que deux possibilités :
§ Ou nous décidons que certains phénomènes de l'Univers sont imprévisibles et que notre connaissance de leur résultat est à jamais vouée à être limitée, attitude qui constitue un renoncement à certains progrès scientifiques ;
§ Ou nous décidons d'inclure les mathématiques des probabilités dans notre représentation de la nature, comme nous y avons inclus d'autres équations pour comprendre des phénomènes non stochastiques comme les lois de la dynamique newtonienne.
Je montre dans ce livre que le second choix constitue une extension naturelle du déterminisme, indispensable pour tenir compte de la physique moderne, et qui a l'avantage d'unifier nos méthodes de représentation du monde.
Des phénomènes déterministes dont le résultat est imprévisible
Le livre donne des exemples de phénomènes bien connus, dont l'état initial et la loi d'évolution déterministe n'ont aucun mystère, mais dont on a prouvé que le résultat est impossible à prévoir, parce qu'il ne peut exister d'algorithme qui en permette le calcul. Le déterminisme a donc tort d'affirmer la prévisibilité systématique de l'effet.
Le livre donne aussi des exemples de phénomènes qui sont imprévisibles parce qu'ils résultent de la composition d'un nombre immense de comportements, dont chacun est pourtant déterministe et prévisible.
Des certitudes indémontrables
Il y a aussi des énoncés décrivant des situations ou des lois physiques, pour lesquels on a prouvé qu'il ne peut exister de démonstration ; certains sont vrais, d'autres faux. On les qualifie d'indécidables. De tels énoncés échappent au principe de causalité, parce que s'ils avaient une cause certaine, leur existence serait certaine et leur véracité aussi. Leur existence même prend le déterminisme en défaut lorsqu'il s'agit de pensées humaines, mais pas lorsqu'il s'agit de la nature (le livre l'explique).
La solution proposée pour la physique : mettre à jour le déterminisme
Ce livre montre que si l'on veut que le déterminisme permette de prévoir les évolutions dans tous les cas où nos connaissances scientifiques sont suffisantes – y compris pour les phénomènes dont le modèle est probabiliste - on peut partir de deux certitudes sur les lois de l'Univers : celui-ci est homogène et isotrope, et les lois physiques sont stables dans le temps. Il est facile d'en déduire la nécessité du postulat de causalité.
Toutes nos surprises face à certaines constatations sont dues à nos représentations mentales déficientes de la réalité. Ces représentations simplistes sont basées sur des concepts imaginés à l'époque de Newton ou juste après, par analogie et induction à partir d'expériences sensorielles. Si nous acceptons d'ajouter à ces concepts traditionnels comme le temps, l'espace et la masse, des concepts un peu plus élaborés comme les postulats mathématiques de la mécanique quantique, les difficultés et contre-exemples dus au hasard et aux comportements probabilistes disparaissent : la physique redevient déterministe et dénuée de surprise dans le cadre d'un déterminisme étendu. Et les philosophes disposent d'un déterminisme à jour et conforme à la réalité lorsqu'ils pensent au-delà de la science.
Une critique du déterminisme
Dans ce livre, j'énonce des raisons de mettre en doute le déterminisme traditionnel et le principe de causalité, ou de leur trouver des limites. Je propose d'abord des contre-arguments logiques et philosophiques, puis j'étudie en détail la méthode scientifique, à la lumière des avancées dues au rationalisme critique de l'école de Karl Popper, pour trouver des failles éventuelles dans la manière d'établir la vérité scientifique à la base du déterminisme.
Les lois du vivant sont-elles déterministes ?
Mais l'homme fait aussi partie de la nature, et il faut établir ce qui, dans les lois qui le concernent, relève du déterminisme supposé étendu. Le livre part d'avancées scientifiques récentes en biologie moléculaire et neurologie pour montrer que beaucoup de phénomènes du vivant sont déterministes, à commencer par les mécanismes cellulaires de base reposant sur l'interprétation du logiciel génomique. Mais il montre aussi que la plupart des phénomènes psychiques ne sont pas déterministes, soit parce qu'ils sont soit indécidables, soit parce qu'ils dépendent d'un nombre si élevé de variables que les lois déterministes donnent des résultats imprévisibles ou entachés d'une forte incertitude.
Les lois portant sur une population d'agents économiques sont déterministes
Le livre montre, sur l'exemple économique de la mondialisation, que ce phénomène est déterministe, et déduit - au-delà de son caractère inéluctable - la nécessité d'en faire une solution aux problèmes écologiques comme les gaz à effet de serre, problèmes graves à l'échelle du monde entier.
Déterminisme et libre arbitre de l'homme
A part de rares philosophes comme Nietzsche, qui recommandent d'accepter la réalité même lorsqu'elle implique l'absence de libre arbitre de l'homme et l'absence de sens de la nature - donc l'absence d'espoir, la plupart des philosophes ont soutenu que l'homme est libre de ses choix. Ils ont voulu, ce faisant, justifier leur intuition de liberté et leur volonté de déclarer l'homme responsable de ses actes. J'essaie de montrer une des raisons de leur méprise : ils ont confondu imprévisibilité de l'homme (caractéristique que j'étudie en détail dans le livre) et liberté de choix. Le nombre immense de variables des situations vécues par l'homme rend ses choix d'action innombrables ; et bien que tous ces choix soient contraints par le déterminisme, leur nombre et l'ignorance de chaque homme lui donnent une impression trompeuse de libre arbitre.
Voilà ce que j'ai voulu faire, qui m'a demandé un millier d'heures de travail et a produit les 480 pages de texte du livre. Pardon pour cette longueur.
Ce texte-ci sert d'introduction au livre ci-dessus, introduction complétée par :
§ Une définition constructive du déterminisme étendu à partir de propriétés de l'Univers (8 pages A4), texte qui définit le déterminisme étendu et justifie cette définition.