Surtout connu pour ses contributions fondamentales en physique des solides, Léon Brillouin s’est également illustré par de remarquables travaux en théorie de l’information. En 1959, il publie Vie, matière et observation, ouvrage dans lequel il expose avec rigueur et philosophie les problèmes et les enjeux de la cybernétique. Dans la préface de ce livre, son confrère Louis de Broglie affirme qu’on lui doit « la plus importante et la plus belle des idées suggérées à la cybernétique : l’analogie profonde entre l’information et l’entropie ». En historien des sciences avisé et éclairé, Brillouin procède tout au long de son livre à un véritable questionnement épistémologique des relations entre thermodynamique et information, esprit et machine, vie et physico-chimie. Dans l’extrait présenté ici, il démystifie les soi-disant lois de la Nature et rappelle à tous les scientifiques « de bien prendre garde de parler de choses qu’ils ne peuvent ni voir, ni mesurer ».

Vie, matière et observation de Brillouin

Que signifient les soi-disant lois de la Nature ? — Le rêve de la symétrie du temps.

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Qu’on ne nous parle plus des « lois de la Nature » ! On a usé et abusé de ce vocable. Les lois de la mécanique de Newton, l’électromagnétisme classique de Maxwell ont été baptisés : lois de la nature, et les physiciens se sont imaginés avoir découvert des lois absolues, intangibles. Lourde erreur ! Les lois inventées par l’homme (même le plus savant) ne valent pas davantage que leur inventeur. Et les « lois de la nature » ont dû être révisées bien des fois depuis leurs premiers énoncés : Relativité et quanta en sont les derniers exemples.

Au risque de nous répéter, il semble nécessaire de rappeler en quoi consiste exactement le processus de la recherche scientifique ; on y distingue 3 étapes :

A. découverte de relations et de régularités dans les observations, ces relations n’étant qu’approximatives à cause des erreurs d’expérience ;

B. recherche d’un énoncé mathématique qui exprime ces relations d’une manière aussi simple que possible ;

C. extension progressive du domaine d’application de ces lois, jusqu’au moment où l’on découvre des divergences trop importantes pour pouvoir être attribuées aux erreurs d’expérience. À ce moment,…

A’. recherche de nouvelles relations ou régularités capables de généraliser les précédentes, et conduisant à de nouvelles lois B’ valables pour un grand domaine C’ plus étendu — et ainsi de suite.

Pauli disait : la Science est le reflet de l’homme dans le miroir de la Nature. Cette formule peut s’inverser : la Science est l’image de la Nature dans l’esprit humain. Les deux éléments y sont nécessairement accouplés : observation des faits naturels, d’une part ; réflexion humaine, d’autre part. Et n’oublions pas un troisième ingrédient, indispensable, quoique souvent omis : la sélection, faite par le savant, des phénomènes particuliers sur lesquels il décide de concentrer son attention, ses efforts d’observation et ses réflexions. Cette sélection joue un rôle essentiel dans l’étape C → A’ indiquée plus haut.

Les lois B s’appliquent non pas à la nature elle-même (inaccessible en toute rigueur) mais au modèle physique III de Planck. Les savants se sont bien souvent grisés de la beauté de ces lois simples : La Nature aime la simplicité ! Remarque vraiment trop naïve. Nous ne savons ce que la Nature aime, ni si cette formule anthropomorphique a le moindre sens. L’esprit humain aime et recherche des lois simplifiées, ne serait-ce que pour pouvoir les utiliser plus aisément. Lorsque Maupertuis décrivit le « Principe de moindre Action », les savants et les philosophes le tournèrent en ridicule : « Vous prétendez que Dieu est paresseux, lui dit-on ; c’est une pensée sacrilège. » Ni Dieu ni la Nature ne connaissent la paresse ; la loi de Maupertuis n’est valable que pour notre modèle physique.

Les lois de la Nature nous sont inaccessibles ; nous n’obtenons que les lois de nos modèles représentatifs, et cela nous suffit.

Que n’a-t-on écrit, par exemple, sur la réversibilité des lois de la mécanique ! Ces lois simplifiées s’appliquent à une collection de modèles, un peu enfantins, au moyen desquels nous représentons le système solaire, les astres,… et sur terre, une variété de machines. Le monde évolue toujours dans le même sens, sans jamais montrer de retour en arrière, tandis que nos modèles mécaniques sont (au moins en apparence) réversibles. Accusons notre simplisme. Puisque la réversibilité n’a jamais reçu la moindre justification expérimentale, c’est qu’elle n’existe que dans notre imagination. Nous ne disposons d’aucune méthode physique qui permette, à un instant donné, d’inverser exactement le mouvement des atomes, électrons,… et certaines expériences (spin-échos) réalisent cela grossièrement sur les spins des électrons ; mais le principe de symétrie du temps ne peut être vérifié expérimentalement.

La symétrie théorique du temps se retrouve dans la théorie électromagnétique. On écrit des solutions, en apparence équivalentes, avec les potentiels retardés ou des potentiels avancés ; mais aucun potentiel avancé ne se peut observer. Le rêve est purement théorique.

C’est un autre rêve que l’invention d’un espace indéfiniment divisible. Aucune expérience ne justifie l’idée d’une structure continue dans laquelle se meuvent les astres ou les atomes. Ce rêve nous a été suggéré par les mathématiciens ; gardons-nous de le prendre au sérieux ; il peut être utile à nos calculs, mais n’a aucun rapport avec la réalité.

Source : Brillouin (Léon), Vie, matière et observation, Paris, Albin Michel, coll. « Sciences d’aujourd’hui », 1959.

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Brillouin, Léon