Qu'est-ce que la vie ?

Qu'est-ce que la vie ? est un essai de vulgarisation scientifique du physicien Erwin Schrödinger, paru en 1944. L'ouvrage est fondé sur une série de conférences donnée par l'auteur sous les auspices de l'Institut d'études avancées de Dublin, au Trinity College. Elles y avaient attiré une assistance d'environ quatre cents personnes, dûment averties « que le sujet était difficile et que les conférences ne pouvaient être qualifiées de populaires, bien que l'arme la plus terrible du physicien, la déduction mathématique, y fût peu utilisée. » Le propos de Schrödinger s'était attaché à une question importante : « comment la physique et la chimie peuvent-elles rendre compte des évènements spatio-temporels qui se déroulent à l'intérieur des frontières d'un organisme vivant ? »

Dans le livre, Schrödinger introduisait l'idée d'un « cristal apériodique » où l'information génétique serait contenue dans la configuration des liaisons covalentes. Dans les années 1950, cette idée stimula l'enthousiasme des chercheurs pour la quête de la molécule génétique. Bien que l'existence de l'ADN fût connue depuis 1869, son rôle dans la reproduction et sa forme hélicoïdale étaient encore ignorés lors des conférences de Schrödinger. Rétrospectivement, le cristal apériodique peut être considéré comme une prévision théorique bien menée de ce à quoi les biologistes devaient aboutir dans leur recherche sur le matériel génétique. Francis Crick, co-découvreur de la structure de la molécule d'ADN, a crédité Qu'est-ce que la vie ? d'une description théorique précoce du fonctionnement du stockage de l'information génétique, qui avait été pour lui une source d'inspiration dans ses premières recherches.

Contexte

Issu des conférences prononcées à Dublin en 1943, l'essai paraît en 1944. À cette date l'ADN n'est pas encore reconnu comme porteur de l'information héréditaire, ce qui ne sera le cas qu'à partir des expériences de Hershey et Chase en 1952. Parmi les branches les plus fructueuses de la physique d'alors figurent la physique statistique et la mécanique quantique, également de nature très statistique. Schrödinger est lui-même l'un des pères fondateurs de la mécanique quantique.

Les conceptions de Max Delbrück sur les bases physiques de la vie ont eu une influence importante sur Schrödinger. Le généticien Hermann Joseph Muller, prix Nobel 1946, avait déjà décrit dans un article de 1922, « Variation due à un changement dans le gène individuel », toutes les propriétés de base de la molécule de l'hérédité, propriétés que Schrödinger dérive des premiers principes de Qu'est-ce que la vie ? et que Muller avait précisées dans son article de 1929, « Le Gène en tant que base de la vie », et clarifiées encore au cours des années 1930.

Contenu

Au chapitre premier, Schrödinger explique que beaucoup de lois physiques applicables à une échelle donnée résultent d'un chaos à échelle plus réduite. Il appelle ce principe « l'ordre issu du désordre. » Il donne en exemple la diffusion, qui peut être modélisée comme un processus hautement ordonné alors qu'elle découle du mouvement fortuit des atomes ou des molécules. Si le nombre d'atomes diminue, le comportement du système devient lui-même plus aléatoire. Schrödinger en conclut que la vie ayant un grand besoin d'ordre, un physicien naïf peut penser que le maître-code d'un organisme vivant doit être constitué d'un grand nombre d'atomes.

Dans les chapitres II et III, il résume ce qui est connu, à l'époque, du mécanisme de l'hérédité. Il insiste surtout sur l'importance du rôle des mutations dans l'évolution. Il en déduit que le vecteur de l'information héréditaire doit être à la fois petit de taille et permanent dans le temps, ce qui contredit l'attente du physicien naïf. Cette contradiction ne peut pas être levée dans le cadre de la physique classique.

Au chapitre IV Schrödinger présente les molécules, naturellement stables même quand elles ne comportent que quelques atomes, comme la solution au problème posé. Même si les molécules étaient déjà connues, leur stabilité ne pouvait s'expliquer par la physique classique car elle renvoie au caractère discret de la mécanique quantique. De même les mutations sont directement liées aux sauts quantiques.

Schrödinger continue en expliquant, au chapitre V, que les véritables solides, eux aussi permanents, sont les cristaux. La stabilité des molécules et celle des cristaux tiennent du même principe, si bien qu'on peut appeler la molécule un « solide en germe. » Inversement un solide amorphe, dénué de structure cristalline, doit plutôt être vu comme un liquide de très haute viscosité. Schrödinger pense que le matériau de l'hérédité est une molécule, qui à la différence d'un cristal ne se répète pas. Il l'appelle cristal apériodique. L'apériodicité permet de coder un nombre presque infini de possibilités avec un petit nombre d'atomes. Enfin il rapproche ce tableau des faits connus et constate qu'il est en accord avec eux.

Au chapitre VI Schrödinger déclare :

« ... le domaine du vivant, sans échapper aux « lois de la physique » telles qu'elles sont aujourd'hui établies, est susceptible d'impliquer « d'autres lois de la physique » jusqu'ici inconnues et qui pourtant, une fois révélées, deviendront partie intégrante de la science tout autant que les précédentes. »

Il sait que cette assertion prête à confusion et tente de la clarifier. Le principe majeur impliqué dans « l'ordre issu du désordre » est le deuxième principe de la thermodynamique, selon lequel l'entropie ne fait que croître. Schrödinger explique que la matière vivante se soustrait à la désintégration qui conduit à l'équilibre thermodynamique en se nourrissant de néguentropie.

Au chapitre VII, il soutient que « l'ordre issu de l'ordre » n'est pas une nouveauté absolue en physique. En fait, c'est même un principe plus simple et plus plausible. Cependant la nature suit celui de « l'ordre issu du désordre », à quelques exceptions près comme le mouvement des corps célestes ou le comportement d'objets mécaniques comme les montres. Mais même dans ces cas-là des forces thermiques et frictionnelles interviennent. Le degré auquel un système suit un fonctionnement plutôt mécanique ou plutôt statistique dépend de la température. Chauffée, la montre cesse de fonctionner parce qu'elle fond. En sens inverse, quand la température s'approche du zéro absolu tout système se comporte de façon de plus en plus mécanique. Certains atteignent ce type de fonctionnement relativement vite, la température ambiante étant déjà pour eux l'équivalent pratique du zéro absolu.

Schrödinger conclut ce chapitre et l'ensemble du livre par des spéculations philosophiques sur le déterminisme, le libre arbitre et le mystère de la conscience humaine. Il se sent proche de la conception hindoue du Brahman, dans laquelle la conscience de chaque individu n'est qu'une manifestation d'une conscience unitaire qui habite l'univers entier. Dans le paragraphe final, il souligne que ce que signifie le « Je » n'est pas la collection des évènements vécus, mais « précisément la toile sur laquelle ils sont collectés. » Si un hypnotiseur réussit à effacer toutes les réminiscences du passé, écrit-il, il n'y aura pas de perte d'existence personnelle - « et jamais il n'y en aura. »

Paradoxe de Schrödinger

Le paradoxe de Schrödinger tire son origine des idées présentées dans Qu'est-ce que la vie ? Ce paradoxe et sa solution peuvent être brièvement présentés ainsi : dans un monde régi par le second principe de la thermodynamique, tout système fermé tend à s'approcher d'un état de désordre maximum ; en revanche la vie tend à atteindre et maintenir un état hautement ordonné, ce qui semble violer le second principe. La solution du paradoxe est que la vie n'est pas un système fermé. L'accroissement de l'ordre à l'intérieur d'un organisme est plus que compensé par un accroissement du désordre à l'extérieur de cet organisme. Par ce mécanisme, le deuxième principe est vérifié et la vie maintient un état d'ordre élevé qu'elle entretient en entraînant un net accroissement du désordre dans l'univers.

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