1. Introduction

Erwin Schrödinger, l’un des physiciens les plus influents du XXe siècle, n’est pas biologiste et ne cesse de s’en excuser dans son ouvrage. Pourtant, un scientifique, précise-t-il, doit être capable de s’exprimer à propos de plusieurs champs de la science. Or la révolution théorique initiée par les physiciens quantiques pose question et il s’agit d’en étudier les conséquences dans les différents domaines scientifiques. Telle est la tâche que s’assigne Schrödinger dans Qu’est-ce que la vie ? écrit en 1944 : étudier les retombées des découvertes de la physique quantique sur la biologie.

La biologie, comme l’indique son étymologie, est la discipline qui cherche à rendre compte de la vie. Pour Schrödinger, la biologie est bien plus avancée que la physique et il est donc nécessaire de comprendre comment la révolution quantique est susceptible d’impacter le champ de connaissance de la biologie : la physique quantique peut-elle apporter quelque chose à la biologie ? Comment peut-on comprendre la vie après la révolution quantique ? Qu’est-ce que la vie ? a pour projet de répondre à ces questions en vulgarisant un savoir scientifique nouveau et complexe.

Pour ce faire, Schrödinger dirige son propos autour de deux axes centraux : il propose un état de la science à propos de ce mystère qu’est la vie en 1944 ; il soutient également que nous sommes actuellement incapables d’expliquer le vivant mais qu’un jour nous le pourrons. Quelle est donc la place de la physique classique dans l’explication du vivant ? Quelles répercussions la physique quantique a-t-elle sur la biologique ? Dans quelle mesure la révolution quantique en biologie redéfinira-t-elle la philosophie ?

2. Un état des lieux de la physique classique et de la biologie

Qu’est-ce que la vie ? Avant de comprendre l’une des réponses que la physique quantique apporte à cette question, il faut présenter l’état de la connaissance de la vie. Bien que cela puisse choquer un lecteur novice, précise Schrödinger, il est acquis, dans la physique classique, que les lois fonctionnent sur le mode de la probabilité. Les phénomènes suivent des règles statistiques et non exactes ou nécessaires. Par ailleurs, explique Schrödinger, plus un phénomène est complexe, c’est-à-dire composé d’un grand nombre de particules, plus il a de chances d’être stable ou de répondre à une loi de manière précise et exacte.

Dans ce contexte scientifique, la vie est elle aussi régie par ces lois. Or, explique Schrödinger, pour la biologie, puisqu’un organisme vivant est stable et répond à des lois presque exactes, il est une structure très complexe composée d’un très grand nombre d’atomes : « On conclura qu’un organisme doit avoir une structure comparativement massive pour pouvoir jouir du privilège de lois sensiblement exactes » (p. 64). En effet, s’il faut un grand nombre de particules pour qu’un phénomène soit stable, alors le vivant est composé d’un grand nombre de particules puisqu’il est relativement stable.

L’autre savoir acquis de la biologie classique est celui de l’hérédité et de la sélection naturelle. Depuis Darwin, on a montré que les traits génétiques s’ajoutent ou disparaissent petit à petit. Une modification génétique se produit au fil des générations grâce à l’hérédité. C’est par l’accumulation d’une même caractéristique que se modifie un gène.

La vie, d’après la physique classique, c’est donc un organisme complexe et stable qui évolue et s’améliore au fil des générations par l’accumulation des expériences.

3. Qu’est-ce que la physique quantique ?

« Physique quantique » sonne à notre esprit comme un domaine très complexe et spécialisé de la science, à juste titre. Il faudra cependant le présenter dans les grandes lignes pour comprendre le propos de Schrödinger dans Qu’est-ce que la vie ?

La physique quantique est d’abord une révolution : s’intéressant aux atomes et aux particules plus petites (nommés « quanta »), les physiciens ont découvert qu’à très petite échelle, les phénomènes répondaient à des lois de la nature différentes, qui ne sont pas celles auxquelles obéissent des phénomènes à plus grande échelle.

Les trois principes fondamentaux que l’on peut identifier sont les suivants. D’abord, les états et les grandeurs des particules ne sont pas continus mais « discrets ». Cela signifie qu’une particule ne change pas progressivement d’état ou de grandeur mais effectue un saut spontané que l’on appelle un « saut quantique », sans continuité entre le premier état et le second. Ensuite, le déterminisme, c’est-à-dire la relation de cause à effet jusqu’alors considérée comme absolument nécessaire, est remise en question puisque les résultats qu’obtient la physique quantique ne sont toujours que probables, jamais certains. Enfin, on ne peut observer une particule objectivement : dès qu’on l’observe, on lui apporte de l’énergie et on la modifie.

Le fameux exemple du « chat de Schrödinger » peut aider à comprendre plus concrètement la physique quantique. Imaginons un chat dans une boîte fermée : tant que je n’ai pas ouvert la boîte, je ne sais pas si le chat est mort ou vivant. Ce n’est que lorsque j’ouvre la boîte qu’un des deux états possibles (mort ou vivant) devient réalité. Tant que je ne l’ai pas observé, le chat n’est ni mort, ni vivant. S’il est difficile pour nous d’imaginer cela à l’échelle du chat, il faut admettre qu’au niveau microscopique (au niveau des quanta), il en est ainsi. Imaginons une particule radioactive dans une boîte fermée. Une particule radioactive est un quantum : elle peut se désintégrer au bout de cinq minutes ou bien rester stable. Tant que nous n’avons pas ouvert la boîte pour l’observer, nous ne savons pas si la particule est stable ou s’est désintégrée ; elle est donc dans les deux états en même temps, et ce n’est que lorsque nous ouvrons la boîte que nous observons la particule et que nous pouvons dire qu’elle est stable ou s’est désintégrée. C’est donc à partir de ce moment-là que la particule est dans un état et pas dans l’autre.

Schrödinger propose alors de s’imaginer, à la place d’une particule, un chat dans une boîte fermée : tant que je n’ai pas ouvert la boîte, je ne sais pas si le chat est mort ou vivant. Ce n’est que lorsque j’ouvre la boîte qu’un des deux états possibles (mort ou vivant) devient réalité. Tant que je ne l’ai pas observé, le chat n’est ni mort, ni vivant. S’il est difficile pour nous d’imaginer cela à l’échelle du chat, il faut admettre qu’au niveau microscopique (au niveau des quanta), il en est ainsi.

4. Définir la vie après la révolution quantique

Si la connaissance de la vie repose sur les lois de la nature définies par la physique classique, alors la révolution quantique aura un impact sur cette même connaissance du vivant. L’idée de Schrödinger, et c’est là le cœur de l’ouvrage, est de proposer une « théorie quantique de la biologie » – en d’autres termes, de comprendre les implications sur la biologie de la révolution quantique qui s’est accomplie en physique.« Les prévisions du physicien classique, loin d’être banales, sont fausses » (p. 67).

Schrödinger explique que les physiciens ont tort lorsqu’ils pensent que le vivant est régi par une loi stable en raison du grand nombre de particules qui le composent. En effet, Schrödinger insiste sur le fait que dans un organisme, un petit groupe d’atomes joue un rôle dominant : ce sont les chromosomes, lesquels chez l’être humain sont au nombre de 46, qui régissent l’organisme.

L’autre phénomène qui est remis en question par la révolution quantique est celui de la sélection naturelle. Schrödinger prend l’exemple de la dynastie des Habsbourg qui avaient pour caractéristique génétique de posséder une lèvre de forme « anormale ».

Or ce gène s’est transmis de génération en génération, sans revenir à la normale, et la sélection naturelle ne s’est pas opérée. On peut par ailleurs prendre l’exemple des sauts de génération dans les caractéristiques génétiques. Pour Schrödinger, la mutation d’un gène ne s’opère pas progressivement par l’accumulation et l’hérédité, c’est un événement quantique : les gènes changent spontanément de configuration.

On voit donc que le vivant répond à des lois d’un autre ordre qui ne sont pas les lois de la physique classique. Pour Schrödinger, la vie répond aux lois de la physique quantique. Dans cette optique, sa caractéristique principale, qui permet de la définir, est de ne pas répondre à l’entropie. L’entropie est la loi qui pousse les structures non vivantes à aller vers l’inertie, le désordre.

À l’inverse, tant qu’un organisme est pénétré de vie, il est en mouvement permanent. La définition même de la vie est de lutter contre l’inertie. Pour le moment, on ne peut donc la définir que par la négative, mais voilà qui est déjà essentiel pour Schrödinger.

5. Conclusion

Qu’est-ce que la vie ? est un ouvrage aussi complexe que la question qu’il pose. Si Schrödinger y propose une vulgarisation de la connaissance scientifique, elle reste malgré tout difficilement accessible pour un lecteur novice en sciences. C’est que la physique quantique est totalement contre-intuitive et demande au lecteur de mettre de côté l’ensemble de ses certitudes. C’est en cela, par ailleurs, que la physique quantique est révolutionnaire et rivalise avec la physique relativiste. La physique quantique, par ailleurs, constitue un savoir très spécialisé et profondément original.

Pour résumer la réponse qu’apporte Schrödinger à la question « Qu’est-ce que la vie ? », on peut dire qu’un organisme vivant est une structure qui ne va pas vers le désordre mais maintient son ordre. En ce sens, la vie ne répond pas aux lois de la physique classique, mais à un autre mécanisme, appelé mécanisme créateur, dont Schrödinger fait l’hypothèse qu’il est composé des lois de la physique quantique.

6. Zone critique

La physique et la mécanique quantiques sont des champs très spécifiques et spécialisés de la science contemporaine. Ce domaine de recherche est à la fois jeune et très actif. Il constitue une véritable révolution dans le domaine de la physique puisqu’il rivalise, dans une certaine mesure, avec la physique de la relativité d’Albert Einstein. Celle-ci n’est pas incompatible avec la physique quantique mais elle ne permet d’étudier que, dans le temps, ce qui se situe après le Big Bang et, dans l’espace, ce qui est plus gros qu’un atome. La physique quantique, quant à elle, permet d’étudier le comportement des particules lors du Big Bang ainsi que l’infiniment petit : les lois de la physique se distordent à un moment donné et à une grandeur donnée.

Cette révolution est d’une telle ampleur que la science comme la philosophie n’en ont pas encore assimilé toutes les conséquences. Si les scientifiques travaillent activement à approfondir le savoir dans le domaine de la physique quantique, les philosophes contemporains s’attachent également à prendre en compte la révolution quantique et à en comprendre les impacts sur la possibilité de connaître notre monde (épistémologie) et sur ce qu’est le monde (métaphysique, ontologie).

On peut songer aux travaux de Michel Bitbol, l’un des élèves les plus influents de Schrödinger aujourd’hui. Ce chercheur du CNRS s’emploie à montrer que la physique quantique donne raison à la pensée d’Emmanuel Kant et l’actualise : pour Kant, nous ne pouvons savoir toute la vérité sur notre monde car notre pouvoir de connaître est limité ; par ailleurs, la connaissance n’est jamais complètement objective, donc nous apportons toujours une modification subjective à l’objet de la connaissance. C’est ce que nous apprend également la physique quantique lorsqu’elle affirme que nous ne pouvons pas observer de particule sans la modifier puisqu’en l’observant nous lui apportons de l’énergie. Nous ne pouvons donc jamais l’observer de façon neutre et objective, et cette impossibilité nous empêche de nous approcher de toute vérité objective.

Le travail de Richard Haeley cherche également à comprendre les implications philosophiques de la révolution quantique dans son ouvrage The Quantum Revolution in Philosophy, paru en 2017. Cet ouvrage très récent, disponible seulement en anglais, et qui préconise une révolution philosophique fondée sur la révolution de la physique quantique, montre bien que nous savons encore très peu de choses dans le domaine de la physique quantique ; il reste beaucoup à découvrir, et ce qui sera découvert sera révolutionnaire.

7. Pour aller plus loin

Ouvrage recensé

– Qu’est-ce que la vie ? De la physique à la biologie [1944], Paris, Seuil, coll. « Points Sciences », 1993.

Du même auteur

– Mémoires sur la mécanique ondulatoire (Der Grundgedanke der Wellenmechanik, 1927), trad. par A. Proca, Paris, 1933, reprod. en fac-sim., J. Gabay, Sceaux, 1988.– L’Esprit et la Matière (Mind and Matter, 1958), trad. par M. Bitbol, Paris, Seuil, coll. « Points Sciences », 2016.– Physique quantique et représentation du monde, textes de conférences (Science and Humanism), Paris, Seuil, 1992.

Autres pistes

– Pierre Costabel, « Schrödinger Erwin (1887-1961) », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 1er avril 2019. URL : http://www.universalis-edu.com/encyclopedie/erwin-schrodinger/– Claude de Calan, « Physique quantique », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 1 avril 2019. URL : http://www.universalis-edu.com/encyclopedie/physique-quantique/– Michel Bitbol, « Le ‘‘Qu’est-ce que la vie ?’’ de Schrödinger », in F. Monnoyeur (éd.), Questions vitales, Paris, Kimé, 2009.