Nous sommes capables de mesurer des trous noirs, mais nous ne pouvons pas guérir un rhume
Albert Einstein a déclaré que "la propriété la plus incompréhensible de l'univers est qu'il est compréhensible". Et il a été surpris non sans raison. À la suite de l'évolution, le cerveau humain a développé un système d'adaptation, mais son architecture neuronale de base n'a guère changé depuis que nos ancêtres ont disséqué la savane et fait face aux difficultés de la vie. Et en fait, il est étonnant que ce même cerveau nous permette de trouver un sens dans le monde quantique et dans l'espace, dans des concepts qui sont loin du «bon sens» du monde quotidien où notre évolution a eu lieu.
Mais je pense qu'à un moment donné, la science va freiner. Et cela peut se produire pour deux raisons. Optimiste - nous nettoyons et décrivons certaines zones (par exemple, la physique atomique) afin qu'il n'y ait plus rien à ajouter. Un autre, plus inquiétant, est que nous atteindrons les limites de la capacité de notre cerveau. Il peut y avoir des concepts nécessaires à une compréhension complète de la réalité physique, dont nous n'aurons pas plus d'idées que le singe sur le darwinisme ou la météorologie. Et certaines découvertes devront attendre l'intelligence posthume.
En général, les connaissances scientifiques sont étonnamment fragmentées - et les énigmes les plus profondes sont souvent situées à proximité. Aujourd'hui, nous pouvons
interpréter de manière convaincante
les résultats de mesures montrant la collision de deux trous noirs situés à plus d'un milliard d'années-lumière de la Terre. Entre-temps, nous avons peu progressé dans le traitement du rhume, malgré les énormes progrès de l'épidémiologie. Le fait que nous puissions être sûrs de l'existence d'un phénomène cosmique mystérieux et lointain, tout en nous retrouvant dans une position difficile à cause des choses du quotidien, n'est pas aussi paradoxal qu'il n'y paraît au premier abord. L'astronomie est beaucoup plus simple que la biologie et les autres sciences humaines. Les trous noirs, qui nous semblent exotiques, sont l'un des objets les plus simples de la nature. Ils peuvent être décrits avec précision par des équations simples.
Comment déterminons-nous la complexité? La question de savoir jusqu'où la science peut aller dépend en partie de la réponse. Quelque chose composé de quelques atomes ne peut pas être trop compliqué. Les grandes choses ne doivent pas non plus être compliquées. Malgré sa taille énorme, l'étoile est un objet assez simple. Son cœur est si chaud que des molécules complexes sont détruites et qu'il n'y a aucun composé chimique là-bas, donc, en fait, il reste un gaz amorphe provenant des noyaux atomiques et des électrons. Et vous pouvez considérer un cristal de sel, composé d'atomes de sodium et de chlore, très serré pour créer un réseau cubique répétitif. Si vous prenez un gros cristal et le hachez, sa structure reste pratiquement inchangée jusqu'à ce que vous le triiez en atomes individuels. Même s'il est grand, un morceau de sel ne peut pas être qualifié de complexe.
Les atomes et les phénomènes astronomiques - très grands et très petits - peuvent être assez simples. Mais entre eux, les difficultés commencent. La partie la plus difficile de tout est les êtres vivants. L'animal a des structures internes à toutes les échelles, des protéines dans les cellules séparées aux membres et aux principaux organes. Il ne peut pas exister coupé en morceaux car un cristal de sel continue d'exister lorsqu'il est coupé. Il se meurt.
La compréhension scientifique est parfois présentée sous la forme d'une hiérarchie, disposée à la manière des étages d'un bâtiment. Tout ce qui est connecté à des systèmes plus complexes est situé plus haut, et tout ce qui est plus simple est plus bas. Les mathématiques sont au sous-sol, au-dessus de la physique des particules, puis du reste de la physique, puis de la chimie, puis de la biologie, puis de la botanique et de la zoologie, et enfin, du béhaviorisme et des sciences sociales (économie, bien sûr, prétend penthouse).
Le tri des sciences n'est pas contesté, mais la question se pose de savoir si les sciences du premier étage - en particulier la physique des particules - sont plus profondes ou plus complètes que d'autres. Dans un sens, ça l'est. Comme l'explique le physicien
Stephen Weinberg dans Dreams of a Final Theory, 1992, toutes les réponses explicatives pointent vers le bas. Si vous, enfant têtu, répétez «pourquoi, pourquoi, pourquoi?», Vous vous retrouvez au niveau des particules. Du point de vue de Weinberg, tous les scientifiques sont des
réductionnistes . Ils sont sûrs que tout, aussi arbitrairement complexe soit-il, est une solution de
l'équation de Schrödinger - l'équation de base qui contrôle le comportement du système selon la théorie quantique.
Mais l'explication des réductionnistes n'est pas toujours la meilleure ou la plus utile. "Plus signifie différent", a
déclaré le physicien Philip Anderson. Tout ce qui est arbitrairement complexe - forêts tropicales, ouragans, communautés humaines - est constitué d'atomes et obéit aux lois de la physique quantique. Mais même si ces équations pouvaient être résolues pour d'énormes grappes d'atomes, elles ne nous donneraient pas l'illumination que les scientifiques recherchent.
Les systèmes macroscopiques contenant un grand nombre de particules présentent des propriétés émergentes qui sont mieux comprises en termes de nouveaux concepts irréductibles adaptés à un niveau donné du système. La valence, la
gastrulation (différenciation cellulaire au cours du développement de l'embryon), l'
empreinte , la sélection naturelle sont des exemples de tels phénomènes. Même un phénomène qui n'est pas aussi mystérieux que l'écoulement de l'eau dans les tuyaux ou les rivières est mieux compris en termes de viscosité et de turbulence que sous la forme de relations d'atomes individuels. Les spécialistes de la mécanique des fluides ne font pas attention au fait que l'eau est constituée de molécules H
2 O; ils peuvent comprendre comment les vagues se décomposent et quand un virage fait tomber l'écoulement uniquement parce qu'ils présentent le liquide comme une substance continue.
Les nouveaux concepts sont particulièrement importants pour notre compréhension de choses particulièrement complexes - par exemple, la migration des oiseaux ou le cerveau humain. Le cerveau est une collection de cellules; une image est un ensemble de pigments chimiques. Mais il est important et intéressant de voir comment les structures et les modèles apparaissent lorsque nous montons les niveaux - ce que l'on peut appeler manifester de la complexité.
Le réductionnisme est donc en quelque sorte vrai. Mais il est rarement fidèle dans un sens utile. Seulement 1% des scientifiques étudient la physique des particules ou la cosmologie. Les 99% restants travaillent aux niveaux supérieurs de la hiérarchie. Ils sont contraints par la complexité de leur sujet, et non par le manque de compréhension de la physique subnucléaire.
Il s'avère donc vraiment que l'analogie entre la science et le bâtiment est mauvaise. Une fondation faible met en péril la structure du bâtiment. Inversement, les sciences de niveau supérieur qui travaillent avec des systèmes complexes ne souffrent pas de fondations peu fiables. Chaque niveau de science a ses propres explications individuelles. Les phénomènes de différents niveaux de difficulté doivent être compris en termes de concepts divers et irréductibles.
De grandes percées peuvent être attendues sur trois fronts: très petit, très grand et très complexe. Néanmoins, j'ose suggérer qu'il y a des limites à notre compréhension. Les premiers à atteindre ces limites peuvent être des tentatives de comprendre des systèmes très complexes - comme notre cerveau. Peut-être que des groupes complexes d'atomes, que ce soit le cerveau ou les machines électroniques, sont incapables d'apprendre tout sur eux-mêmes. Et nous pouvons rencontrer une autre barrière si nous essayons de suivre les flèches de Weinberg encore plus bas: si elles conduisent à la géométrie de nombreuses dimensions que les experts en théorie des cordes dessinent pour eux-mêmes. Les physiciens peuvent ne jamais comprendre les fondements de l'espace et du temps car leurs mathématiques seront trop complexes.
Ma déclaration sur les limites de la cognition humaine a été
contestée par David Deutsch , un physicien théoricien exceptionnel qui a proposé le concept d '"ordinateurs quantiques". Dans son livre provocateur et merveilleux, The Beginning of Infinity (2011) [The Beginning of Infinity], il dit que tout processus est fondamentalement calculable. C'est vrai. Cependant, la capacité de calculer quelque chose n'est pas égale à la capacité de le comprendre. Un beau motif
fractal , un
ensemble de Mandelbrot , est décrit par un algorithme à plusieurs lignes. Sa forme peut même être construite sur un ordinateur de puissance modeste.
Mais pas une seule personne avec un seul algorithme devant lui ne peut imaginer ce dessin extrêmement complexe comme il peut imaginer un carré ou un cercle.
Le champion du monde d'échecs Garry Kasparov écrit dans le livre «Deep Thought» (2017) qu'une «personne avec une machine» peut faire plus qu'individuellement. Peut-être que de nouvelles découvertes seront faites en améliorant la symbiose de ces deux entités. Par exemple, dans le développement de médicaments et dans la recherche en science des matériaux, l'utilisation de simulations informatiques offre de plus en plus d'opportunités que les expériences de laboratoire. La question de savoir si les voitures seront finalement en mesure de nous surpasser qualitativement - et de devenir raisonnables - reste un point discutable.
La pensée abstraite, accessible au cerveau biologique, a prédéterminé l'émergence de la culture et de la science. Mais cette activité, qui ne dure pas plus de plusieurs dizaines de millénaires, sert probablement de bref précurseur à des esprits posthumains plus puissants - qui ne sont pas apparus en raison de la sélection darwinienne, mais du «développement rationnel». On peut se demander si l'avenir appartient aux post-humains organiques ou aux machines électroniques super intelligentes. Mais nous serons indûment anthropocentriques, croyant qu'une compréhension globale de la réalité physique est soumise à l'homme, et qu'il n'y aura plus de secret pour nos lointains descendants.