Leibniz et la physique quantique

1.2.2. Physique et dynamique leibnizienne

Relativité du temps et de l'espace, du mouvement et de l'étendue

C'est par la combinaison du principe des indiscernables et de celui de raison suffisante que Leibniz conclut à l'irréalité fondamentale du temps et de l'espace. En effet, une portion d'espace ou de temps, indépendamment des phénomènes dont elle est le cadre, ne peut en aucun cas se distinguer d'une autre qualitativement. Il est alors impossible d'expliquer pourquoi Dieu a placé une substance en tel lieu et non en tel autre, ou pourquoi il a mis le monde dans un sens ou dans un autre. Pour éviter de tomber dans de telles difficultés, il faut refuser à l'espace et au temps toute substantialité pour n'en faire qu'un certain ordre des substances qui tient à leur organisation et à leur communauté. L'espace devient l'ordre des coexistences possibles et le temps l'ordre des possibilités inconstantes.

En posant l'inexistence, en soi, de l'espace, Leibniz redouble par la même occasion son argument de l'impossibilité du vide. S'il n'y a que des substances et leur ordre, le vide ne peut y avoir de place. Cette non substantialité de l'espace préfigure également cette réalité immatérielle, infinitésimale, plus fondamentale, qui n'obéit pas aux lois de la mécanique et qui ne peut se soumettre à une description géométrique. L'espace n'est qu'en tant que plusieurs substances coexistent car une substance seule est inétendue et il faut d'ailleurs une infinité de substances pour faire la moindre portion d'espace. On voit comment Leibniz identifie subtilement espace et étendue pour en déduire l'impossibilité du vide et la non substantialité de l'étendue. En effet si l'essence du corps résidait dans la seule étendue et que celle-ci ne possédait que des propriétés géométriques, comme la géométrie ne nous donne aucune règle pour distinguer le plein du vide, dans l'espace conçu comme une substance une portion de celui-ci pourrait être indifféremment une portion de plein et une portion de vide. Car sans la considération du mouvement, un corps au repos est identifiable à un espace vide car il possède exactement les mêmes propriétés géométriques. Le plein au repos doit alors être présupposé et un espace sans corps devient donc parfaitement inconcevable. Pour sa part Leibniz identifie espace et étendue mais ne fait ni de l'un ni de l'autre une substance mais suppose des substances comme composantes de cette étendue ; et ces substances, parce qu'elles sont quelque chose de plus que ce que nous donne la géométrie, permettent une efficace distinction entre le vide et le plein. La preuve qu'avance Leibniz pour affirmer la relativité de l'espace devient exactement la même que celle qu'il avance concernant l'étendue, il est impossible de faire reposer l'un sur l'autre et la conception leibnizienne de la substance trouve ici une de ses plus fortes justifications. On ne peut fonder rien de réel sur des choses étendues et divisibles, seuls des points de substance peuvent constituer les éléments derniers des choses et du plein.

Le non-substantialité du temps entre pour sa part dans un intime commerce avec le problème du mouvement. Leibniz ressuscite ici implicitement le vieux paradoxe de Zénon : s'il n'y a que des corps étendus, leur situation spatiale et leur changement dans le temps, puisque seul l'instant peut-être dit réel, le mouvement n'existe pas. « Le mouvement est une chose successive, laquelle par conséquent n'existe jamais, non plus que le temps, parce que toutes ses parties n'existent jamais ensemble » (Lettre à Pellisson). La conception cartésienne du mouvement local a en effet prêté bien maladroitement son flanc à une critique de ce genre car puisque Descartes fait reposer toute forme d'action dans le monde matériel sur sa loi de conservation du mouvement tout son système mécanique est mis en danger par ce paradoxe sur l'inexistence du mouvement. La faille du mouvement cartésien est simple : si le monde des corps ne connaît que étendue et figure et que le mouvement n'est un changement de lieu, ce changement ne peut plus reposer que sur la multiplication des instants ; à chaque instant pris indépendamment il n'y a donc pas vraiment de mouvement. Mais Descartes conçoit une vision arithmétique du mouvement, qui se conserve un pour un. Leibniz, par la distinction du mouvement d'avec la force et par la seule conservation de celle-ci, construit une conception dynamique du changement et de l'action mécanique. Il met dans le corps des conatus, une tendance au mouvement pour chaque point (minimum d'espace et minimum de temps), qui est présente à chaque instant et qui est quelque chose de l'instant ; le conatus est au mouvement ce que le point est à la courbe. En rajoutant dans le corps cet élément aux seules données de l'espace et de la figure, Leibniz sauvegarde le mouvement tout en rendant compte de manière intelligible de la conservation non pas du mouvement mais de la force. Mais ce conatus ne peut pas être rigoureusement attribué à un corpuscule car, en tant qu'étendu, ce dernier est relatif, cette notion implique elle aussi, mais par une voie encore nouvelle, quelque chose de plus fondamental et de non étendu pour rendre raison de l'étendue.

Leibniz, en établissant ainsi la non substantialité de l'espace et du temps, porte un coup décisif à la vision cartésienne du mécanisme et de la substance. Si cette vision garde une certaine efficacité en termes pratiques, elle n'est pas soutenable comme ontologie car elle ne supporte pas une analyse rigoureuse. Et cette réflexion leibnizienne sur le cadre spatio-temporel est également d'une importance capitale pour l'ensemble du système car ce qui se joue ici c'est l'impossibilité de faire reposer la substance sur des principes matériels, que ce soit l'étendue substance de Descartes ou des atomes de matière. On entrevoit, dans la notion leibnizienne d'espace, une conception tout immatérielle de l'essence des choses, une conception antérieure à la géométrie, ce qui exclut la compréhension de cette essence des choses à la seule mécanique. Quand à la notion de temps et de conatus que Leibniz tire de cette réflexion, on peut y voir la substance comme dotée d'un conatus et qui donc n'est plus seulement média pour le mouvement mais aussi, dans l'instant, tendance au mouvement ou source du mouvement.

Principes de l'action des corps

Comme nous l'avons déjà vu, Leibniz effectue une correction de taille, que même Malebranche acceptera, sur une question purement mécanique, à savoir la non conservation du mouvement mais plutôt celle de la force. Cette simple correction a de plus une portée philosophique que Leibniz ne manque pas de constater et d'exploiter. Il s'en sert notamment à la proposition XVIII du Discours de métaphysique pour prouver que les fondements de la mécanique ne peuvent se trouver dans la seule géométrie. Il l'évoque succinctement dans le Système nouveau de la nature sur le sujet des formes substantielles et dans un éclaircissement pour prouver la supériorité de son Harmonie préétablie sur la vision cartésienne de l'union de l'âme et du corps. Enfin, dans la Monadologie à la proposition quatre vingt, il affirme même que cette loi de conservation de la force doit amener directement à la l'hypothèse de l'Harmonie préétablie. C'est que le mouvement au sens cartésien est une simple notion géométrique basée sur le temps, elle peut donc se contenter d'une explication mathématique et cinématique malgré la question de son inexistence soulevée précédemment. Mais la force est plus que le changement de lieu d'une portion d'étendue, elle demande plus que les notions d'espace et de temps. Ainsi la dynamique de Leibniz, dans son optique pratique, rajoutera aux corps des propriétés supplémentaires à celles de l'étendue et de la figure.

Le conatus, que nous avons déjà évoqué et que Leibniz emprunte à Hobbes, est le minimum de mouvement qui s'applique à un point, identique à la dérivée d'une courbe. Cette notion est complètement dans l'esprit du calcul infinitésimal naissant car elle conçoit le point, dans l'espace comme une étendue plus petite que toute étendue donnée, et dans le temps comme une durée plus petite que toute durée donnée. Puisque l'étendue est relative et divisible, le mouvement qu'on donne à un corps doit être divisible de la même manière que ce dernier ; et puisque que pour Leibniz, l'étendue est bien plus divisée actuellement à l'infini, le mouvement doit l'être également et donc « le mouvement présent d'un corps naît de la composition des conatus précédents » (Lettre à Arnauld). En effet le corps est phénoménal, issu de notre perception singulière et somme de points de perception davantage réels, donc son mouvement est lui aussi phénoménal et moins réel que les conatus individuels de chaque point dont le mouvement d'un corps est la somme. Ce point de mouvement qu'est le conatus sera beaucoup plus approprié et plus stable pour recevoir la force car celle-ci ne s'attribue pas indifféremment comme les cartésiens attribuent le mouvement et le repos de manière relative au corps de référence.

La conception arithmétique du mouvement cartésienne considère donc l'étendue comme indifférente au mouvement et au repos car ces deux notions dépendent du corps de référence. Un corps au repos, aussi grand soit-il, devrait, selon ces principes, se laisser pleinement emporter par n'importe quel corps le percutant car rien alors ne l'enclin à rester au repos. Pourtant, avec sûrement le dessein de concilier la loi de conservation de la quantité de mouvement avec les expériences, Descartes, parmi les lois du choc qu'il dérive de cette conservation du mouvement, en énonce une qui veut qu'un corps plus petit entrant en contact avec un plus grand au repos rebondit d'une manière déterminée. Mais Leibniz montre que ce principe ne souffre aucune continuité avec les autres principes du mouvement cartésien de sorte qu'entre le choc de deux corps de même grandeur et celui de deux corps de grandeurs variant d'une quantité plus petite que toute quantité donnée (une quantité infinitésimale) il y a une différence qui rompt le principe de continuité. Par l'inertie naturelle des corps, que l'on constate empiriquement, il a pourtant toujours résistance et que même un corps plus petit percuté par un corps plus grand fera perdre au second une partie de sa vitesse. Le corps n'est plus indifférent au repos et au mouvement : on pourrait plutôt dire qu'il tend au repos. Mais cela n'est pas tout à fait fidèle à Leibniz car, par sa conception infinitésimale des choses liée au principe de continuité, il voit le repos comme un mouvement imperceptible, plus petit que tout mouvement que nous pouvons donner. Ainsi l'inertie est entièrement compatible avec la dynamique leibnizienne, mieux elle l'implique, car elle suppose une élasticité au corps qui n'est pas transmissible, qui lui est propre et qui est principe du mouvement.

La matière n'est pas neutre comme le pensent les cartésiens, même eux lui accorde l'antitypie qui est l'impénétrabilité et l'extension qui est la tendance à l'étendue. Ces deux notions sont le fondement de la résistance que l'on observe dans tout corps. Elle devient élasticité à mesure que le corps devient un peu plus organisé car la résistance qui s'opère entre les différentes parties d'un corps entraîne sa réaction lorsque celui-ci est sollicité. C'est que le corps n'est pas mobile mais il est toujours animé d'un certain mouvement ou du moins a-t-il toujours une tendance au mouvement qui est la stricte somme des conatus des substances qui le composent. Ce qui peut alors donner du repos, ou plutôt l'illusion du repos, c'est que les corps s'entre empêchent ; mais aucun corps, s'il peut perdre son mouvement, ne perd sa force, celle-ci peut seulement devenir potentielle. Et là encore il faut être rigoureux : tout corps a actuellement un certain mouvement aussi imperceptible soit-il car il ne saurait être totalement empêcher (ou il n'existerait alors tout simplement pas), et il n'applique non plus jamais pleinement sa force car il faudrait qu'il soit seul au monde puisque tout corps, aussi petit soit-il, l'empêcherait d'appliquer sa force dans une mesure certes tout aussi petite.

Cette vision de l'action des corps permet de rendre pleinement compte de la résistance et de l'élasticité qu'on leur observe tout en assurant à Leibniz une voie dégagée pour formuler sa théorie des substances et de leur commerce. Outres à formuler des lois sur le fonctionnement de la nature plus précises et plus véridiques, ces considérations sur l'essence du mouvement et de la matière amènent également à la question de la substance car Leibniz a besoin, pour sa dynamique, contrairement à Descartes pour sa mécanique, d'unités véritables qui puissent constituer les éléments derniers des choses.

Réhabilitation des formes substantielles

La forme substantielle, dans les traditions aristotélicienne et scolastique, constitue l'essence d'un corps en cela qu'elle est un passage entre matière première et matière seconde. Alors que la première constitue la matière non formée, c'est-à-dire qui n'est à proprement pas encore parler existante, la seconde s'est vue rajoutée une forme qui la détermine et qui lui permet d'exister par l'individuation. On assiste par la forme au passage de la pure matière à un corps déterminé, à un corps substance, et cette forme donne au corps ses qualités intrinsèques. Le mouvement est lui aussi qualitatif, déterminé par l'essence du corps, par sa forme.

Dans la vision mécaniste de Descartes où il n'y a que l'étendue et la quantité, toute qualité ou forme doit posséder une traduction quantitative et géométrique. De la même manière que les causes finales sont à expulser hors de la physique, les arguments formels ne doivent pas servir tel quels à l'explication des phénomènes, ils doivent se réduire en notions distinctes, qui sont pour Descartes l'étendue et sa figure. Et le mouvement est donc conçu différemment, il n'est plus qu'un changement de lieu, ni naturel ni violent, ou plutôt toujours les deux, qui tient à une communication réglée par de stricts règles mathématiques indépendantes des corps eux-mêmes. La rupture est radicale car alors que pour Aristote le mouvement est déterminé par la forme, Descartes fait découler la forme d'un corps du mouvement de ses parties.

La négation cartésienne des formes substantielles tient au dualisme qu'il instaure. La pensée et la matière sont deux substances complètement distinctes qui doivent, selon Descartes, pour être bien comprises, considérées chacune à part, l'une ne pouvant être expliquée par quelque chose de l'autre. Ainsi y a-t-il les qualités premières, grandeur, figure et mouvement, qui appartiennent en propre à la matière et dont la compréhension permet sa réelle connaissance, et les qualités secondes, ou qualités sensibles, qui ne sont pas dans les choses mais seulement dans notre esprit et qui sont donc quelque chose de notre esprit. Pour un cartésien l'usage des formes et de la finalité dans le monde des corps est un usage illégitime qui correspond à une introduction inappropriée du spirituel dans le matériel.

Leibniz en appelle de bonne heure à la réhabilitation des formes substantielles pour résoudre les problèmes qu'il soulève quand à la nature du mouvement et de sa communication. A la critique de la vision cartésienne de la matière comme résidant dans la seule étendue correspondra une remise en cause du procès que fit Descartes aux formes substantielles au nom de cette vision. Leibniz montre en effet par plusieurs voies que l'étendue ne peut constituer l'essence des choses mais que des unités véritables doivent constituer le continu. De même, la force que Leibniz isole dans les corps comme quelque chose de plus que l'étendue, n'est pas, comme nous l'avons vu, quelque chose qui se transmet de corps en corps à la manière du mouvement de Descartes. Elle exprime bien plus une spontanéité de la part de la matière et cette spontanéité, s'il est possible de l'observer à l'échelle des corps sensibles par la résistance et l'élasticité dont ils témoignent, sa réalité est davantage à chercher dans les conatus individuels qui correspondent à ces unités véritables.

Nous avons donc des unités inétendues et dotées d'une tendance au mouvement, d'une spontanéité. De la même manière que Aristote parlait de la forme substantielle comme de l'âme du corps par analogie avec notre âme et notre corps, Leibniz, quand il cherche la nature d'une telle unité source de ses actions et indivisible, ne peut manquer de reproduire le même schéma et de faire de ces points des âmes ou esprits. Il semble en effet « que leur nature consiste dans la force et que cela s'ensuit quelque chose d'analogique au sentiment et à l'appétit ; et qu'ainsi il fallait les concevoir à l'imitation de la notion que nous avons des âmes » (Système nouveau de la nature). Car puisque la notion cartésienne d'une étendue indifférente au mouvement est erronée mais que bien plus les corps possèdent une tendance propre qui apparaît même dans les lois de la nature que la mécanique peut déceler, les notions d'action et de passion doivent avoir quelque fondement. Et si toutes les substances sont susceptibles d'action c'est qu'elles doivent bien toutes avoir quelque chose d'une âme. Plus radicalement les unités dernières des corps ont une tendance à l'action qui n'est jamais une puissance nue mais jamais non plus un acte parfaitement accompli, d'où l'analogie avec l'appétit, par conséquent les causes efficientes ne peuvent pleinement les expliquer car quelque chose de la finalité et de la rétention doit se trouver dans les substances. En effet le conatus est dans l'instant et le mouvement dans l'instant n'existe pas, c'est donc qu'il représente, pour ainsi dire, un mouvement prévu, conséquence du mouvement passé ; il n'est jamais accompli mais il est toujours déjà commencé. Ces entéléchies premières sont donc des forces primitives qui consistent en une activité originale distincte aussi bien de l'acte que de la puissance.

Leibniz diffère d'Aristote en libérant les formes des corps car ces derniers ne sont pas des substances, il s'agit de les rendre intelligibles en séparant « l'usage qu'on doit en faire de l'usage qu'on en a fait » (Système nouveau de la nature). Dans l'explication des phénomènes particuliers de la nature elles n'ont pas à intervenir puisque la considération des unités dernières de la nature n'est ni utile ni nécessaire et que le commerce des corps peut s'expliquer par les seules lois de la mécanique et des causes efficientes. Mais l'utilité de ces formes substantielles est du ressort de la métaphysique, elles permettent de rendre raison des notions utilisées en mécanique et qui ne se suffisent pas à elles-mêmes. Ainsi l'étendue et la force, et tous les objets de la mécanique qui en découlent (espace, temps, mouvement, résistance...), doivent faire appelle à ces unités véritables lorsque l'on tente de les expliciter. Les qualités d'un corps sont explicables, comme le pensait Descartes, par le mouvement de ses parties mais les unités dernières de ses parties, indivisibles, ne peuvent être expliquer mécaniquement car elles n'ont pas de parties, une forme ontologique donc, proprement substantielle, doit alors être invoquée pour rendre compte de leur activité.