…..
Au coeur de sa théorie, Jeremy England s’appuie sur le deuxième principe de la thermodynamique, aussi connu comme loi de l’entropie croissante (c’est à dire que l’énergie tend à se disperser au cours du temps). Ainsi, des particules qui se déplacent et interagissent ont tendance à adopter des configurations dans lesquelles l’énergie est répartie. Finalement, le système arrive à un état d’entropie maximale appelée « équilibre thermodynamique » dont l’énergie est répartie uniformément.
Bien que l’entropie augmente au fil du temps dans un système « fermé », un système « ouvert » peut maintenir son entropie basse en augmentant grandement l’entropie de ses environs. Dans son ouvrage qu’il a écrit en 1944, «Qu’est-ce que la vie? », l’éminent physicien quantique Erwin Schrödinger a décrit ce que les êtres vivants doivent faire. Une plante, par exemple, absorbe la lumière solaire extrêmement énergique, l’utilise pour construire des sucres, et éjecte la lumière infrarouge, une forme beaucoup moins concentrée d’énergie. L’entropie globale de l’univers augmente lors de la photosynthèse qui dissipe la lumière du Soleil alors même que la plante elle-même empêche sa décomposition en maintenant une structure interne ordonnée.
À l’époque de Schrödinger, les scientifiques pouvaient résoudre les équations de la thermodynamique uniquement pour les systèmes fermés en équilibre. Dans les années 1960, le physicien belge Ilya Prigogine a fait des progrès sur la prévision du comportement des systèmes ouverts faiblement entraînées par les sources d’énergie externes (pour lequel il a remporté le prix Nobel de chimie en 1977). Mais le comportement des systèmes éloignés de l’équilibre et fortement entraînés par des sources d’énergie extérieures, ne pouvait pas être prédit.
Cette situation a changé dans les années 1990, principalement en raison du travail de Chris Jarzynski, maintenant à l’université du Maryland, et Gavin Crooks, aujourd’hui au Lawrence Berkeley National Laboratory. Ils ont démontré que l’entropie produite par un processus thermodynamique correspond à un rapport simple : la probabilité que les atomes subissent ce processus divisée par la probabilité de subir le processus inverse. « Notre compréhension de la mécanique statistique s’est alors grandement améliorée », a déclaré Grosberg. Il y a deux ans, Jeremy England, qui a étudié à la fois la biochimie et la physique, a monté son propre laboratoire au MIT pour appliquer cette nouvelle connaissance de la physique statistique à la biologie.
En utilisant la formule de Jarzynski et Crooks, il a généralisé la seconde loi de la thermodynamique : les systèmes sont fortement motivés par une source d’énergie externe, comme une onde électromagnétique, et ils peuvent décharger leur chaleur dans un bain environnant. Cette classe de systèmes comprend tous les êtres vivants. Jeremy England a ensuite déterminé la manière dont ces systèmes ont tendance à évoluer au cours du temps, augmentant leur irréversibilité. Les particules ont tendance à dissiper plus d’énergie quand elles résonnent avec une force motrice, ou se déplacent dans la direction qui les pousse, et elles sont plus susceptibles d’aller dans cette direction que toutes les autres à un moment donné.
« Cela signifie que des amas d’atomes plongés dans un bain à une certaine température, comme l’atmosphère ou l’océan, doivent se réarranger pour résonner de mieux en mieux avec les sources de travail mécanique, électromagnétique ou chimique dans leur environnement », a expliquéJeremy England. L’auto-réplication (ou la reproduction, en termes biologiques), processus qui entraîne l’évolution de la vie sur Terre, est un mécanisme par lequel un système pourrait dissiper une quantité croissante d’énergie au fil du temps. « Une bonne façon de dissiper plus est de faire plus de copies de vous-même », explique-t-il.
Dans un document publié dans le Journal of Chemical Physics, il a signalé le montant minimum théorique de dissipation qui peut se produire pendant l’auto-réplication de molécules d’ARN et des cellules bactériennes, et a montré qu’il est très proche des montants réels que ces systèmes dissipent lors de la réplication. Il a aussi montré que l’ARN, que de nombreux scientifiques décrivent comme précurseur de la vie à base de l’ADN, est un matériau de construction. Les mutations aléatoires, les événements catastrophiques et d’innombrables autres facteurs ont contribué à la finesse des détails de diversité de la flore et de la faune de la Terre. Mais, selon la théorie deJeremy England, le principe sous-jacent de cette évolution est l’adaptation axée sur la dissipation de l'énergie. Ainsi, ce principe s’applique à la matière inanimée. « Il est très tentant de spéculer sur ce phénomène dans la nature, nous pouvons maintenant penser que l’organisation adaptative est axée sur la dissipation », a déclaré Jeremy England. « De nombreux exemples sont juste sous notre nez, mais parce que nous ne les cherchons pas, nous ne les remarquons pas. »
Les scientifiques ont déjà observé l’auto-réplication dans les systèmes non vivants. Selon une nouvelle étude menée parPhilip Marcus de l’université de Californie à Berkeley, et rapportée en août dans la revue Physical Review Letters, les tourbillons de fluides turbulents se répliquent spontanément pour tirer de l’énergie de cisaillement dans le fluide environnant. Et dans un autre article, Michael Brenner, professeur de mathématiques appliquées et de physique à l’université Harvard, et ses collaborateurs ont proposé des modèles et des simulations théoriques d’auto-réplication de microstructures. Ces grappes de microsphères à revêtement spécial dissipent l’énergie sur les sphères voisines en formant des grappes identiques. « Cela rejoint la théorie de Jeremy », a déclaré Brenner.
Outre l’auto-réplication, une plus grande organisation structurelle est un autre moyen par lequel les systèmes fortement entraînés dissipent l’énergie. Une plante, par exemple, achemine l’énergie solaire à travers elle-même bien mieux qu’un tas non structuré d’atomes de carbone. Ainsi,Jeremy England fait valoir que, dans certaines conditions, la matière peut spontanément s’organiser. Cela pourrait expliquer l’ordre interne des êtres vivants et de nombreuses structures inanimées. « Les flocons de neige, les dunes de sable et les tourbillons turbulents ont tous en commun le fait que leur structure facilite un processus de dissipation », explique-t-il. La condensation, le vent et la traînée visqueuse sont les processus reliés à ces cas particuliers.
« Il montre que la distinction entre la matière vivante et non vivante n’est pas nette », a déclaré Carl Franck, un physicien biologique à l’université Cornell, dans un courriel. « Je suis particulièrement impressionné par cette notion et la considération de systèmes aussi petits que des circuits chimiques impliquant quelques biomolécules. » L’idée audacieuse de Jeremy England sera probablement sous surveillance dans les années à venir. Il exécute actuellement des simulations informatiques pour tester sa théorie et observer si les systèmes de particules adaptent effectivement leur structure pour mieux dissiper l’énergie. La prochaine étape sera de faire des expériences sur des systèmes appartenant au monde du vivant.
Mara Prentiss, qui dirige un laboratoire de biophysique expérimental à Harvard, pense que la théorie de Jeremy England pourrait être testée en comparant des mutations cellulaires à la recherche d’une corrélation entre la quantité d’énergie que les cellules dissipent et leurs taux de réplication. « Si de nombreuses expériences sur différents systèmes montrent que la dissipation et le succès de réplication sont en effet corrélés, ce principe d’organisation serait correct. » Brenner souhaite tester la théorie de Jeremy England avec ses propres constructions de microsphères et déterminer si la théorie prédit correctement les processus d’auto-réplication et d’auto-assemblage, « c’est une question scientifique fondamentale », dit-il.
Connaître le principe fondamental de la vie et de l’évolution donnerait aux chercheurs une perspective plus large sur l’émergence de la structure des êtres vivants. « La sélection naturelle n’explique pas certaines caractéristiques », a déclaré Louis Ard, biophysicien à l’université d’Oxford, dans un courriel. Ces caractéristiques comprennent un changement héréditaire à l’expression de gène appelée méthylation, c’est à dire une augmentation de la complexité en l’absence de la sélection naturelle, et certains changements moléculaires récemment étudiés.
Si l’approche de Jeremy England résiste à plus de tests, elle permettra aux biologistes de chercher une autre explication que celle qui suit la théorie darwinienne pour chaque adaptation et leur permettre de réfléchir plus généralement en termes d’organisation axée sur la dissipation. Ils pourraient trouver, par exemple, que « la raison pour laquelle un organisme montre une caractéristique X plutôt que Y n’est pas parce que X est plus fort que Y, mais parce que les contraintes physiques facilitent l’évolution de X par rapport à Y », explique Louis Ard. « Les gens sont souvent coincés dans la réflexion sur les problèmes individuels », a déclaré Mara Prentiss. Si les idées de Jeremy England sont vérifiées, dit-elle, « une pensée plus globale permet bien souvent de réaliser des percées scientifiques ».


Ainsi, pour reprendre le fil de ce travail, l'évolution du vivant ne serait pas seulement due à la théorie darwinienne, dont il ne faudrait pas retirer un mot,  mais aussi à cette nouvelle théorie thermodynamique en train de naître, qui propose un axe nouveau, peut-être englobant Darwin. Alors, si la qualité et la quantité de dissipation énergétique déterminent les structures et leurs évolutions, si ces flux ont un rapport avec ce que j'appelle ici plaisir, alors l'évolution du vivant est aussi l'évolution du plaisir.

L'idée centrale et nouvelle de Jérémy England est que l'évolution qui va du minéral au vivant, selon son principe thermodynamique en système ouvert, donc soumis à un flux constant d'énergie, est parfaitement linéaire, provoquant une complexité de structure croissante, à entropie négative donc, et guidée par l'augmentation régulière et constante de l'énergie entropie positive dissipative. Cette hypothèse est en cours de vérification en  physique, mais on peut déjà supposer qu'elle n'est vraie que dans des cycles spatiaux-temporels limités. En effet, l'évolution de la vie même donne des exemples opposés. Ainsi, l'apparition des cyanobactéries il y a environ 3,8 milliards d'années, dans une atmosphère essentiellement composée de méthane, eut pour conséquence une production dissipative d'oxygène, dont l'augmentation progressive devint en fait un poison pour ces bactéries même, qui disparurent alors en grande partie. Rien d'irréversible dans ce développement, donc. Un autre cycle vivant s'inaugura alors, lié à l'oxygène comme intrant, et non plus dissipé. Difficile ainsi de soutenir ce seul principe de l'augmentation de l'énergie dissipative comme guide de l'évolution croissante de la complexité vivante. Les grands cycles d'apparition et de disparition des espèces explorés par Darwin restent de mise. Il faut sans doute toujours avoir un peu de recul à propos des théories à prétention unitaire, qui touchent sans doute au phénomène bien humain de croyance en fin de compte.
Mais les travaux de Jéremy England sont tout à fait importants et nouveaux, même s'ils ne s'appliquent qu'à des ensembles plus limités qu'il ne le propose. Les structures vivantes seraient ainsi des machines évolutives transformant l'énergie de la façon la plus efficiente possible dans les sens de la dispersion, en notant que la réplication de ces structures fait partie de cette dynamique, puisque multipliant ces possibilité de dispersion énergétiques. Remarquons surtout que cette reproduction de structure est à la fois une dissipation et une production accrue de cette dissipation..
Nous allons nous intéresser quand à nous, toujours dans ce chapitre sur les métaphores utiles que la physique amène à notre sujet, aux flux ainsi déterminants dans la création et le maintien de la vie.
Ainsi, la lecture et l'écoute peuvent-ils être considérés comme des intrants, de même que la réflexion prend la forme d'une structure, et la création intellectuelle celle de dissipation de cette énergie, avec la particularité que cette dissipation est elle-même éventuellement structurante à son tour. Ainsi la circulation énergétique, dans l'ordre symbolique, est-elle à entropie paradoxale : ces ilots de pensée émis par les hommes augmentent sans aucun doute l'entropie, ce qui s'entend quand on parle pour ne rien dire, par exemple, ou dans le concept d'abréaction freudien, ce qui revient au même. Et parfois, ces produits dissipatifs de la pensée participent à baisser l'entropie, en cristallisant, structurant les pensées des autres, lecteurs et auditeurs… On peut supposer que le plaisir n'est pas le même en l'occurence.
Dès lors qu'on s'intéresse à ces flux, deux conséquences suivent, de nature physique, puisque tel est le centrage de ce chapitre. Cette résonance, dans le travail de England, est à la fois entrante, lors de l'apport d'énergie au système, et sortante, lors de sa dissipation, ce qui s'adapte bien aux plaisirs que nous connaissons de plus près, puisque se dorer au soleil est bien agréable, comme manger ou boire, sont entrants, alors que créer, aimer, désirer sont des énergies dissipées, mais aussi des résonances sortantes.
Pour résumer l'apport de Jéremy England sur le flux entrant, au fond cet apport saturant d'énergie produit un désordre qui appelle un nouvel ordre pour le gérer, et permettre ensuite la dissipation. Une désorganisation entrante a pour conséquence une modification de la structure existante, qui va alors pouvoir la traiter. En d'autres termes, le bruit produirait au final de l'information, ce qui est une idée un peu nouvelle appliquée à nos domaines. Ce qui perturbe structure également, dans un deuxième temps. On comprend immédiatement l'apport de cette idée dans la question de la névrose traumatique, où le pire serait alors peut-être le retour du même pour celui qui a subit cet apport désordonné d'une énergie non désirée. Le traumatisme ferait partie de ce qui structure l'appareil psychique, même si point trop n'en faut, bien entendu.
La seconde, sans doute plus applicable aux flux sortants, convoque les notions physiques de résonance. Un autre aspect de cette dernière théorie de la thermodynamique statistique pourra être repris dans le présent travail. C'est la notion de résonance, dont on se souvient que j'ai supposé qu'elle était au coeur de la notion de plaisir. 






 



Créer un site
Créer un site