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Emergence en physique, biologie et sciences cognitives : Vers une compréhension globale

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par Pedro CONTRO
Université Paris 1 Panthéon-Sorbonne - M1 Philosophie des sciences 2008
  

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Émergence en Physique, Biologie et Sciences

Cognitives : Vers une Compréhension Globale

Pedro CONTRî PRADO

Mémoire du Master 1 Recherche LoPhiSS dans la spécialité
« Philosophie des Sciences » de l'Université Panthéon-Sorbonne Paris 1
UFR de Philosophie, sous la direction de
Anouk BARBEROUSSE

à ma chère mère

Résumé 4

1. Introduction à l'émergence 5

L'émergence en physique 12

2.1 Les dunes de sable comme exemple 19

3. L'émergence en biologie 26

3.1 La cellule comme exemple 30

4. L'émergence en philosophie et en sciences cognitives 39

4.1. La causalité descendante 39

4.2. La dynamique co-émergente en opposition aux thèses dualistes et monistes 49

5. Conclusions 55

Résumé

Dans ce travail, j'explore le concept d'émergence dans trois domaines différents : physique, biologie et sciences cognitives. Cette exploration graduelle de l'émergence vise à comprendre la relation corps- esprit comme une dynamique co-émergente. On expose l'étude des phénomènes émergents aux divers disciplines, en essayant de trouver de principes généraux pour l'émergence, ainsi qu'en exposant quelques problématiques conceptuelles qui peuvent être résolues avec une changement d'ontologie sur la façon par laquelle l'émergence a lieu. Les cas physique et biologique servent à établir une image plus claire de l'émergence, ce qui permet de fonder une compréhension plus profonde sur la façon par laquelle les niveaux d'organisation supérieur et inférieur interagissent mutuellement. En effet, cette reconnaissance peut guider une direction de recherche plus fructueuse pour comprendre la relation entre le cerveau et l'esprit.

1. Introduction à l'émergence

Le mot émergence existe aussi bien en anglais qu'en français depuis le XVe siècle, mais dans la vie quotidienne le mot s'utilisait seulement pour parler, par exemple, d'un rocher qui émerge de l'eau à marée basse. Néanmoins, ce qui nous intéresse dans ce travail c'est l'émergence comme concept qui a été introduit pour expliquer la vieille constatation d'Aristote que le tout n'est pas simplement la somme de ses parties. L'émergence peut être considérée essentiellement comme une thèse qui reconnaît la difficulté de réduire quelques propriétés aux éléments constituants, mais aussi qui veut rendre intelligible comment ces propriétés se manifestent, ainsi que la façon par laquelle elles sont reliées causalement avec ces constituants.

En 1862, dans son oeuvre « A System of Logic », J.S. Mill considérait le phénomène de la vie comme le résultat d'une juxtaposition et interaction de ses parties constitutives, mais il ne trouvait pas une explication directe seulement en termes d'effets physiques. Il a donc introduit la distinction entre un effet homéopathique et un effet hétéropathique, en caractérisant le premier comme un effet dont l'effet total peut toujours être décomposé en la somme des causes individuelles des effets constitutifs, comme par exemple une force résultante peut se décomposer en la somme de plusieurs forces. En opposition, un effet hétéropathique serait le résultat d'une dynamique composée par plusieurs actions causales, mais qui ne peut pas se décomposer simplement dans l'étude des résultats

des actions causales individuelles, dont Mill considéra l'exemple du phénomène du vivant.

Quelques penseurs britanniques ont par la suite développé les idées de Mill en caractérisant ces types de phénomènes comme émergentes. Ce concept a commencé à attirer l'attention des philosophes comme S. Alexander et A.O. Lovejoy, entre autres, qui ont transmis aussi leur intérêt à des biologistes comme L. Morgan et R. Sperry. Malgré une grande croissance en popularité au début du XXe siècle, dans les années 1930 à 1960 le concept d'émergence a été attaqué par des philosophes influents des sciences comme C. Hempel et E. Nagel, qui soutenaient l'idée que le concept classique d'émergence était confus et incohérent, parfois en l'associant au néo-vitalisme [1]. Mais l'idée d'émergence refusait de mourir, et après une longue série de transformations et adaptations aux nouvelles découvertes, il est maintenant très présent dans la discussion sur des phénomènes comme la vie et la conscience, et aussi dans une relation importante avec les connaissances qu'on a sur l'auto-organisation [2]. Dans ce parcours, il est évident que quelques restes idéologiques historiques continuent à être cause du débat sur la façon de penser l'émergence, dont il est très courant de trouver plusieurs considérations ontologiques1 d'un phénomène émergent qui peuvent se placer encore soit dans l'extrême du réductionnisme, soit dans l'extrême du dualisme.

1 Dans ce travail, on considérera par le terme ontologie, l'ensemble des suppositions (plutôt implicites) sur les types d'existence des phénomènes. Souvent ces derniers se portent sur la vraie existence d'un phénomène par rapport aux autres, comme par exemple la supposition ontologique que les parties sont plus réelles que le tout.

De façon générale, on parle d'un phénomène d'émergence quand on trouve un niveau d'organisation à une échelle supérieure qui présente une certaine nouveauté, ou qui ne peut pas être prédit à partir des règles qui gouvernent le niveau sous-jacent. Voici quelques exemples typiques de processus émergentes: la liquidité d'un fluide à partir de l'interaction de ses molécules, la cristallisation à partir de certains arrangements d'atomes, ou la formation des symétries d'un flocon de neige à partir de la condensation des petites gouttes d'eau ; ou encore des cas plus polémiques, comme le comportement économique global d'un marché financier à partir des actions des agents individuels, ou l'organisation d'une ville à partir des comportements individuels de ses habitants.

Le fait qu'on a un très grand panorama de phénomènes avec de degrés de complexité assez divers, qui néanmoins sont caractérisés tous comme étant des phénomènes émergents, suggère de faire aussi une gradation et une distinction des différents types d'émergence. Aussi bien en science qu'en philosophie, on distingue deux types d'émergence : émergence faible et émergence forte [3]. On dit qu'un phénomène de niveau supérieur est faiblement émergent par rapport au niveau inférieur si les propriétés du phénomène émergent peuvent être expliquées par des règles locales du niveau inférieur directement ou à travers une simulation numérique. Inversement, un phénomène est fortement émergent si on ne peut pas expliquer même en principe les propriétés au niveau supérieur à partir simplement des relations dans la dynamique locale. Tandis que la science a mis l'accent sur

l'étude de l'émergence faible, la philosophie l'a fait sur le concept d'émergence forte.

Il est très avantageux de commencer par remarquer quelques propriétés générales sur les phénomènes émergentes, qui peuvent nous donner une idée plus claire sur sa formation et structure :

1) L'émergence est un phénomène qui apparaît typiquement dans systèmes complexes et auto-organisationnels.

2) Une propriété émergente surgit de l'interaction des éléments d'un ensemble ou réseau, dont aucun des éléments n'a cette propriété, et maintient une certaine autonomie par rapport au niveau sous- jacent.

3) L'émergence apparaît spontanément de la dynamique du système. Il n'existe pas un agent qui contrôle l'organisation de manière individuelle.

4) La dynamique locale fait émerger une propriété globale du système, et il apparaît que cette propriété globale a une influence sur la dynamique locale.

Si l'ensemble de ces propriétés ne peut pas être considéré comme une définition précise qui s'applique à n'importe quel phénomène émergent, il nous aide à en avoir une idée qui ne soit pas trop vague. Pour ce qui concerne une définition plus rigoureuse, la question de caractériser très précisément ce qui est une propriété émergente est encore débattue, essentiellement car la définition de l'émergence est

très souvent posée en termes métaphysiques qui sont précisément la cause du débat. Par exemple, M. Bedau propose une caractérisation d'un phénomène émergente qui repose sur deux facteurs [4]:

- Un phénomène émergent est dépendant des processus sous-jacents.

- Un phénomène émergent est autonome par rapport aux processus sous-jacents.

Cette caractérisation est encore plus générale que la liste des quatre propriétés exposée antérieurement, et elle reflète très bien la contradiction apparente à laquelle l'émergence doit faire face. Évidemment, pour le faire, il faut préciser ce que veulent dire dépendance et autonomie dans ce contexte, puisque la façon par laquelle on interprète ces termes est centrale dans la discussion sur la question si le phénomène émergent peut se réduire au niveau sous-jacent, ou pour fournir une explication à l'interaction causale entre niveaux. Néanmoins, le fait d'essayer de partir d'une définition de l'émergence qui soit très précise, suppose qu'on comprend déjà bien le phénomène de l'émergence. Il me semble qu'il sera plus sensé d'utiliser une démarche dans laquelle on commence avec une idée générale et qu'on raffine notre interprétation des termes en parallèle avec l'approfondissement de notre compréhension.

Une autre manière de caractériser l'émergence est aussi très souvent exprimée en termes épistémologiques. Habituellement on parle d'émergence en relation aux nouvelles propriétés qui ne surgissent de rien d'autre que l'interaction d'un grand nombre de composants dans un niveau inférieur, et qui d'ailleurs ont un pouvoir causal sur la dynamique locale qui les a fait émerger, mais qui ne peuvent

pas être expliqués simplement en termes de l'interaction de ses composants. Ainsi, si bien on reconnaît la difficulté d'expliquer le phénomène émergent seulement en termes du niveau d'organisation sous-jacent, on s'intéresse à rendre compte de la façon par laquelle ces deux niveaux d'organisation interagissent entre eux, en nient qu'il a des causes fondamentalement occultes qui donnent lieu aux propriétés émergentes. De cette sorte, puisque un réductionniste voudrait expliquer ces propriétés émergentes seulement en termes de la dynamique constitutive, et qu'un dualiste dirait que ce sont deux niveaux d'organisation radicalement différents sans pouvoir rendre compte de leur relation causale, l'émergence est une thèse au milieu, ou peut-être au-delà, du réductionnisme et du dualisme. Plus explicitement, le fait qu'il existe une nouveauté et une autonomie dans les propriétés au niveau supérieur, ainsi que la difficulté de prévoir ces propriétés en regardant seulement la dynamique locale, s'opposent à la thèse réductionniste. De l'autre côté, le fait que les propriétés émergentes se manifestent causalement à partir de la dynamique locale mais qu'elles peuvent avoir un effet causal sur cette dynamique s'oppose à la thèse dualiste.

Néanmoins, comme on l'a déjà dit, aujourd'hui on trouve plusieurs conceptions qui pensent l'émergence avec de fortes suppositions ontologiques de manière qu'elles peuvent classer l'émergence dans un plan toujours réductionniste ou dualiste, même si elles sont moins fortes qu'auparavant. Si la supposition ontologique pour le réductionniste est d'attribuer une vraie existence seulement au niveau d'organisation fondamentale, le dualiste s'oppose à cette vision en supposant

que les deux niveaux ont un statut d'existence mais essentiellement différent. Par exemple, la vision standard de l'émergence, appelé émergentisme, est une façon de voir un phénomène émergent comme étant épistémiquement irréductible mais ontologiquement réductible au niveau sous-jacent [5], une thèse également assez proche de ce qui est nommé physicalisme non-réductif2. Néanmoins, on verra plus en détail dans la section 4, que cette conception est problématique, et que quelques philosophes même déclarent que cette vision «...menace de s'effondrer soit dans un réductionnisme, doit dans plusieurs formes plus graves du dualisme » [1].

Pour pouvoir avoir une compréhension plus profonde sur l'émergence, et pour essayer d'expliquer la relation entre le cerveau et l'esprit en termes du concept d'émergence, il est essentiel de fonder cette entendement d'abord dans l'étude de l'émergence dans des dynamiques plus simples, comme le cas de la physique ou la biologie. D'après avoir eu une compréhension solide dans ces cas, on pourrait mieux s'aventurer à comprendre la relation cerveau-esprit.

2 Quelques autres philosophes, comme John Searle, défendent que l'esprit comme propriété émergente du cerveau, est ontologiquement irréductible, mais épistémiquement réductible [6].

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