À la roulette de la vie notre numéro avait si peu de chances de sortir que forcement le Hasard qui nous a extraits du Néant marquera toute notre existence.

 L’intrusion obsédante, permanente, du hasard, dès l'origine de la vie, qui resurgit au détour des grandes découvertes scientifiques, est troublante, dérangeante.

 Dieu ne joue pas aux dés s’exclame Einstein… qui a donc choisi entre l’Être et le Néant ?

 JPL

 

 

Un coup de Dés...

jamais...

n'abolira...

le Hasard...

 

 Stéphane Mallarmé

 

Je passais là par hasard...

 

 "Tout ce qui existe dans l'univers est le fruit du hasard et de la nécessité ".

 Démocrite

 

 

À la roulette de la vie notre numéro avait si peu de chances de sortir que forcement le Hasard qui nous a extraits du Néant marquera toute notre existence.

 L’intrusion obsédante, permanente, du hasard, dès l'origine de la vie, qui resurgit au détour des grandes découvertes scientifiques, est troublante, dérangeante.

 Dieu ne joue pas aux dés s’exclame Einstein… qui a donc choisi entre l’Être et le Néant ?

Vie des Sciences, Sociétés, Arts - Présentation - JPL

 

Mais c'est quoi le hasard ?

Pour certains, c'est Dieu qui se cache derrière le hasard :

 

« C'est le nom que Dieu prend quand il ne veut pas qu'on le reconnaisse » dit Einstein qui n'en croyait rien.

 

Pour ma part, je m'en tiens à la définition du mathématicien Antoine Cournot :

 

Le hasard est la rencontre  fortuite de séries causales indépendantes."

        Une tuile me tombe sur la tête :

           - un coup de vent arrache une tuile mal fixée,

            - je suis sur le trajet habituel qui me conduit chez ma dulcinée.

   Malheureusement le hasard fait que ces deux événements dont la causalité est parfaitement établie, sont simultanés.

 

Mais quelle est donc la place du hasard dans le monde des sciences ? Foin du déterminisme ? c'est un peu l'objet de la théorie du chaos.

 

Le paradigme de la théorie du chaos  est que "d'infimes différences dans les conditions initiales d'un système déterministe peuvent conduire à des résultats complètement différents ".

 

 

" La nécessité n'a de comptes à rendre à personne, [que] le hasard est versatile, [mais que] ce qui vient par notre initiative est sans maître." Epicure

 

 

« L’homme sait enfin qu’il est seul dans l’immensité indifférente de l’univers d’où il a émergé par hasard. Non plus que son destin, son devoir n’est écrit nulle part. A lui de choisir entre le Royaume et les ténèbres. (…) Il sait maintenant que, comme un tzigane, il est en marge de l’univers où il doit vivre, un Univers sourd à sa musique, indifférent à ses espoirs comme à ses souffrances et à ses crimes ». 

 Jacques Monod, Le hasard et la nécessité

 

Dans cet ouvrage, qui dans les années 70 fut ma bible scientifique, tout est dit.

 

Depuis, les avancées de la recherche à propos de l'émergence du vivant permettent de reconstituer l'origine des premières molécules, leur chiralité, de formuler des hypothèses solides à propos de l'élaboration du premier ancêtre commun à tous les organismes vivants (LUCA : The Last Universal Common Ancestor).

 

Ce parcours, que je relate sur ce site, montre que la vie que nous connaissons a pour origine un concours de circonstance extraordinaire !

 

Le hasard est essentiel aux systèmes vivants et à leur évolution. C’est un facteur externe, mais aussi et surtout le produit de mécanismes internes ; on le retrouve à tous les niveaux d’organisation du monde du vivant, du gène à la biosphère... écrit Alain Pavé dans son introduction à l'ouvrage :Nécessité du hasard, vers une théorie synthétique de la biodiversité.

Chaos

Le chaos (maths)
Le chaos (maths)

Sa paternité est attribuée à Edward Lorenz, professeur de mathématiques au MIT (Cambridge, USA), mais Henri Poincaré (encore un génie français des mathématiques) avait largement ouvert la voie ; il lui manquait simplement un ordinateur.

 

Lorentz travaillait sur un système météorologique... qui est le parfait exemple d'un système chaotique :

- grand nombre de variables,

- connaissance imparfaite de ces variables...

 

D'une façon générale dans un système chaotique (système dynamique) :

- La moindre erreur augmente jusqu'à devenir ingérable : c'est la dépendance aux conditions initiales.

- L'allure même de la suite (croissante, décroissante, etc.) dépend de la moindre petite erreur.

- L'augmentation de l'erreur est telle que, dès que n est un peu grand, on ne plus rien dire sur la valeur de xn : c'est la propriété de mélange.

 

Autrement dit une incertitude minime peut irrémédiablement conduire à une totale impossibilité des prévisions. Quand le comportement d'un système est imprévisible il devient... hasardeux !

 

 Le physicien théoricien David Ruelle écrit  dans  "Le hasard aujourd'hui ", qu'après quinze jours, pour prévoir le temps, il faudrait tenir compte de l'effet gravitationnel qu'aurait un électron situé à 1010 années lumière de la Terre. En fait ,au-delà de 5 jours, aucune prévision météo n'est fiable !

 

 

L'effet papillon

 

Lorentz eut l'idée de tracer - sur sa vieille bécane (nous sommes en 1961) la courbe d'évolution de son système avec deux jeux de valeurs initiales très proches.

Comme il s'y attendait les trajectoires des deux courbes, qui semblaient identiques au départ, divergeaient rapidement. Ces deux courbes ressemblaient aux ailes déployées d'un papillon.

 

Aussi, en 1972, il commença ainsi la conférence qui fit sa gloire : " le simple battement d'ailes d'un papillon au Brésil pourrait déclencher une tornade au Texas "

 

David Ruelle qualifia ces deux boucles en ailes de papillon "d'attracteurs étrange".

 

La théorie du chaos nous conduit donc à poser la question suivante : " La science pourra-t-elle expliquer le monde toujours davantage, ou bien sa compréhension sera-t-elle inaccessible car reposant sur le hasard ?  "

 

Nous retrouvons un peu la controverse de la mécanique quantique et de son principe d'incertitude qui opposèrent Einstein (Dieu ne joue pas aux dés !) et Bohr.

 

Nous voici devant une nouvelle querelle philosophique autour du déterminisme.  Elle opposa notamment, dans les années 80, un matheuxRené Thom  -"Halte au hasard , silence au bruit " - (médaille Fields 1958) et un chimiste Ilya Prigogin (prix Nobel 1977). 

David Ruelle publiera quelques années plus tard "Hasard et déterminisme : le problème de la prédictibilité ".

On retrouvera les arguments des uns et des autres dans un ouvrage passionnant :

 

"  La querelle du déterminisme, Philosophie de la science d’aujourd’hui. "

 

 

Sérendipité

La sérendipité est le fait de réaliser une découverte scientifique (ou une invention technique) de façon imprévisible à la suite d'un concours de circonstances

 

Derrière ce mot barbare, se cache une situation que nombre de scientifiques -dont je suis- ont vécue.

 

Voici un exemple bien connu des chimistes : la programmation défaillante d'un réacteur chimique qui  conduit à une élévation exagérée de température - ou à un temps de réaction beaucoup plus long que souhaité.

Au final, la synthèse d'une molécule inattendue... pouvant parfois présenter des propriétés remarquables.

 

 

En chimie le phénomène n'est pas rare. C'est un chimiste,  Royston Roberts (Université du Texas), qui a recensé dans un ouvrage plus d'une centaine de découvertes accidentelles. On y retrouvera bien sûr la pénicilline, les rayons X, la poussée d'Archimède et bien d'autres (le polyéthylène, le téflon, la vulcanisation...).

 

Voir : La sérendipité dans les sciences, les arts et la décision (Colloque de Cerisy, CNRS, 2009)

 

 

Sérendipité, un exemple récent : les enzymes "mangeuses" de plastique

Une équipe anglo-américaine vient de rapporter (PNAS, 16 avril 2018) la conception fortuite d'une enzyme capable de digérer le PET (poly(téréphtalate d'éthylène) à grande vitesse.

 

Ces chercheurs voulaient simplement déterminer la structure cristalline d'une enzyme (la PETase) découverte dans une décharge  japonaise en 2016. Cette enzyme semblait pouvoir se "nourrir" de  ce polyester.

 

En intégrant des acides aminés dans la structure de l'enzyme, les chercheurs ont pu observer un changement radical de son "appétit". L'enzyme modifiée permet en effet de détruire en quelques jours le PET. A comparer aux années, ou aux siècles, que prend actuellement la décomposition naturelle des plastiques !

 

Même s'il ne s'agit que de travaux préliminaires, ces résultats suscitent de grands espoirs. Ils ouvrent une voie de recherche dans l'utilisation d'enzyme modifiée pour la destruction de déchets plastiques.

 

Art et hasard : de Protogène aux algorithmes

 

« Avant le hasard dans l’art, c’était l’erreur ... Mais depuis Marcel Duchamp et la mécanique quantique, il existe un hasard intentionnel, un outil qui demande à être organisé par le geste artistique.»

 

 

Photo de Vernazza (JPL), interprétée par Deep Dream
Photo de Vernazza (JPL), interprétée par Deep Dream

Et pourtant Montaigne racontait déjà la légende du jet de l'éponge du peintre Protogène et Victor Hugo faisait des taches d'encre d'où surgissaient des lavis qui évoquaient l'eau - la mer, les bateaux, la tempête... les étangs, ou encore les châteaux, les ruines... 

 

Léonard de Vinci - toujours lui ! - n'a pas manqué d'attirer l'attention des peintres sur les images suggestives nées du hasard (taches et lézardes sur les vieux murs, nuages...).

 

Si tu regardes des murs souillés de beaucoup de taches, ou faits de pierres multicolores, avec l’idée d’imaginer quelque scène, tu y trouveras l’analogie de paysages au décor de montagnes, rivières, rochers, arbres, plaines, larges vallées et collines de toute sorte. Tu pourras y voir aussi des batailles et des figures aux gestes vifs et d’étranges visages et costumes et une infinité de choses, que tu pourras ramener à une forme nette et compléter » 

 

Aujourd'hui, l'art algorithmique, qui consiste à produire des images par le calcul - comme les fractales, courbes créées de façon déterministe ou stochastiques - a le vent en poupe.

 

Enfin, j'ai évoqué par ailleurs le programme «DeepDream », qui permet de visualiser un processus de deep learning, avec des résultats étonnants. Les formes repérées, analysées et interprétées dans une images ont visuellement « augmentées » par le programme.

Si un nuage ressemble un peu à un oiseau, le réseau va le faire ressembler encore plus à un oiseau ".

 

Un travail surréaliste conduisant à des formes  qui se situent entre le rêve, le mirage et l’hallucination psychédélique ... Un rêve de machine !

 

Max Ernst - Au rendez-vous des amis
Max Ernst - Au rendez-vous des amis

Victor Hugo fut salué par les surréalistes, non pour son oeuvre littéraire, mais pour ses taches d'encre d'où surgissent des lavis qui souvent invitent l'eau - la mer, les bateaux, la tempête... les étangs, ou encore les châteaux, les ruines... :

"Il est donc satisfaisant pour l'esprit que le dernier mot doive rester dans ce domaine à l'œuvre d'un homme qui n'était ni graveur, ni peintre de profession. Que cet homme ait vu déjà avant Rimbaud, dans l'encre utilisée par le pinceau comme par la plume, le moyen de "fixer des vertiges" et d'interroger son propre subconscient. (…) Pour tout dire, que cet auteur négligé de lavis, de "taches d'encre" et de toiles de chevalet où la plus puissante imagination se donne cours, ait été un poète, et s'appelle Victor Hugo."

André Breton, L'Art magique

 

L'art aléatoire fut bien sûr la marque de fabrique de nombre de mouvements artistiques, dès l'aube du XXème siècle : dadaïsme, surréalisme... et de dizaines de grands créateurs parmi lesquels  André Breton, Max Ernst, Marcel Duchamp, Pierre Boulez, John Cage, François Morellet...

Des centaines d'ouvrages ont été publiés à leur propos.

 

VOIR sur le site : ART MODERNE

 

Les Faits du Hasard

Fractale
Fractale

Ce début du XXIème siècle marque le triomphe du numérique, l'avènement de l'intelligence artificielle, il est donc logique que des artistes choisissent d'explorer la dimension du hasard dans les technologies numérique  comme l'art génératif.

 

L'art algorithmique, qui consiste à produire des images par le calcul, peut dessiner de splendides fractales, courbes créées de façon déterministe ou stochastiques 

 

D'une façon générale l'art contemporain numérique a le vent en poupe et fait l'objet de nombreux événements, expositions, colloques... querelles.

Ainsi, actuellement au CENTQUATRE-PARIS, "Les Faits du hasard ", exposition centrale de la Biennale internationale des arts numériques met en avant " Accidents artistiques intentionnels et relecture poétique d’une société technologique perçue à l’heure du numérique " ...

« Avant le hasard dans l’art, c’était l’erreur ... Mais depuis Marcel Duchamp et la mécanique quantique, il existe un hasard intentionnel, un outil qui demande à être organisé par le geste artistique ».

 

 

Le VRAI hasard est quantique

Le fameux chat de Schrödinger
Le fameux chat de Schrödinger

« Un événement arrive par hasard s’il est imprévu. Une définition plus précise de cette notion dépend ensuite de la question: imprévu pour qui ? »

Nicolas Gisin

 

La rencontre entre deux personnes qui ne s’y attendent pas peut relever, de leur point de vue, du pur hasard. Mais pour un observateur extérieur, cette retrouvaille est nettement plus prévisible puisqu’il voit depuis un certain temps les deux protagonistes se diriger l’un vers l'autre.

 

On peut trouver, une explication déterministe à des événements en apparence aléatoires comme le pile ou face.

Certes, la complexité des microphénomènes en jeu est telle qu’il est impossible en pratique de prédire le résultat.  Mais cette impossibilité n’est pas intrinsèque.

 

" Elle n’est que le résultat de nombreuses petites causes qui s’imbriquent pour produire le résultat. Si l’on suivait avec suffisamment d’attention et de moyens de calculs le détail de l’évolution de la pièce, en garantissant les conditions des lancers, des molécules de l’air et de la surface sur laquelle elle rebondit, alors on pourrait prédire la face que la pièce exhiberait en fin de course."

 

«Le vrai hasard est donc celui qui est intrinsèquement imprévisible. C’est-à-dire que rien dans le passé de l’événement aléatoire ne permet de le prévoir.» Nicolas Gisin

 

 LIRE : Nicolas Gisin et Alain Aspect (préfacier), L'impensable hasard - Odile Jacob, 2012

 

Ce hasard se rencontre exclusivement en physique quantique. Il fait même partie de sa nature intime. Selon le formalisme quantique, en effet, les particules élémentaires peuvent se trouver dans des états dits «indéterminés». 

Leurs paramètres (position, vitesse, polarisation) ne sont pas déterminés avec précision mais par un nuage de valeurs possibles. Ce n’est qu’au moment de la mesure que ce paramètre se fixe dans une direction ou dans l’autre.

 

Voila un phénomène qu'Einstein lui-même a refusé d'admettre mais qui a aujourd'hui nombre d'applications, comme par exemple les ordinateurs quantiques ou le cryptage quantique.