L’illusion du continu

Cette notion intuitive de la rotation continue et uniforme est reliée à l’apparence de réalité du cercle physique, comme la notion de mouvement rectiligne, continu et uniforme (mouvement inertiel) est liée à l’apparence de réalité de la continuité de la droite. La physique relativiste démontrera que le mouvement inertiel n’est pas linéaire mais courbe, lié à la courbure de l’espace par les masses. La physique quantique sera un véritable pavé dans la mare de toutes ces conceptions continues, obligeant les physiciens à concevoir des rotations par sauts quantiques, comme des déplacements par sauts.

Si le réel est discontinu, pourquoi notre cerveau nous donne-t–il l’illusion du continu et qu’est-ce qui prouve que ce n’est pas lui qui est dans le vrai ? Effectivement, nous avons souvent des impressions d’évidence du continu que nous fournit notre cerveau. Nous croyons voir une surface d’eau lisse, alors que la séparation entre air et eau est fractale. Et nous croyons que cette limite est fixe, ressemble à la surface d’une table ou d’un plan fixe, alors que les molécules s’agitent sans cesse et s’échangent. Deux mécanismes discontinus, s’observant mutuellement et ayant des temps caractéristiques divers, peuvent donner une illusion de continuité si leurs rythmes diffèrent suffisamment. C’est pour cela que le film ressemble à la vie et pas à un diaporama, ce qu’il est pourtant. Tout dépend de l’interaction, du rythme des images et du rythme cérébral des observations visuelles. C’est l’occasion de constater que nous n’observons pas le continu par notre mécanisme yeux-cerveau. Le mathématicien-physicien Henri Poincaré observe ainsi dans « L’espace et la géométrie », Article publié dans la Revue de métaphysique et de morale, troisième année (1895) : « L’espace visuel. - Considérons d’abord une impression purement visuelle, due à une image qui se forme sur le fond de la rétine. Une analogie sommaire nous montre cette image comme continue, mais comme possédant seulement deux dimensions, cela distingue déjà de l’espace géométrique ce que l’on peut appeler l’espace visuel pur. D’autre part cette image est enfermée dans un cadre limité. Enfin il y a une autre différence non moins importante : cet espace visuel pur n’est pas homogène. Tous les points de la rétine, abstraction faite des images qui s’y peuvent former, ne jouent pas le même rôle. La tache jaune ne peut à aucun titre être regardée comme identique à un point du bord de la rétine. Non seulement en effet, le même objet y produit des impressions beaucoup plus vives, mais dans tout cadre limité le point qui occupe le centre du cadre n’apparaîtra pas comme identique à un point voisin de l’un des bords. Une analyse plus approfondie nous montrerait sans doute que cette continuité de l’espace visuel et ses deux dimensions ne sont non plus qu’une illusion ; elle l’éloignerait donc encore davantage de l’espace géométrique. »

Nos oreilles ne perçoivent pas non plus un mécanisme continu. Les sons sont le résultat de deux discontinuités : celle des molécules d’air et celle des chocs entre elles et des interactions entre eux. Les chocs sont beaucoup plus rapides que les mouvements de déplacement lorsque les molécules sont suffisamment espacées. La perception cérébrale des sons ne peut non plus percevoir le continu. Les neurones ne peuvent transmettre que de façon discontinue. Leur mécanisme est fondé sur une émission brutale et discontinue, suivie d’un temps de repos. Les personnes âgées dont les mécanismes souples du cerveau, mémoires, imagination, vision, audition, ne fonctionnement plus avec autant de célérité, perdent cette apparence de continuité de la conscience qui est si confortable. Leurs pertes de souplesse neuronale font que le lissage des impressions est affaibli et qu’elles ont de désagréables impressions de trous dans la conscience. En fait, ce sont elles qui voient juste : la conscience procède de façon discrète [1] et non continue. La rétroaction du lent et du rapide est une des contradictions dynamiques qui produisent les illusions de la continuité comme d’autres contradictions produisent les mirages de la périodicité fixe, de la régularité et de la stabilité.

Nous croyons également penser en continu alors que ce n’est nullement le cas, le fonctionnement du neurone étant déjà fondé sur le discontinu (décharge puis temps de relaxation). Contrairement à ce que nous dit notre intuition, tout le mode d’information du cerveau n’est pas fondé sur le continu : « Le fonctionnement cérébral comme celui d’autres organes est discontinu dans le temps. » explique le biochimiste Ladislas Robert dans « Les temps de la vie ». C’est désormais une idée reconnue parmi les spécialistes du cerveau. « A la fin du 19ème siècle, une révolution sans précédent inaugure les développements fulgurants des sciences du cerveau qui suivront. Les progrès de la microscopie optique et des techniques de coloration des cellules nerveuses conduiront l’anatomiste Santiago Ramon y Cajal à proposer une conception de la cellule nerveuse qui allait, à l’époque, contre l’opinion générale. Le débat portait sur la manière dont les cellules nerveuses possèdent des longs prolongements ramifiés : les dendrites et l’axone avec ses branches collatérales et son arborescence terminale. Mais deux théories s’affrontaient au sujet de leurs ultimes contacts : la théorie dite réticulaire et la théorie dite neuroniste. La théorie réticulaire voulait que toutes ces cellules nerveuses forment, les unes avec les autres, un réseau continu, qu’il y avait de minuscules canaux, des fibres particulières qui réunissaient ces cellules les unes aux autres, d’une manière continue. (...) Ces deux théories avaient aussi un substrat idéologique. Si ce réseau était continu, bien entendu, l’esprit allait s’engouffrer dans le réseau et passer plus facilement d’une cellule à l’autre ; si ces cellules étaient juxtaposées les unes aux autres, il y avait discontinuité, il fallait franchir cette barrière et cela posait un problème pour ceux qui voulaient qu’un esprit volatil circule au travers de tout cela. L’expérience a donné raison à Ramon y Cajal : les cellules nerveuses sont effectivement en contiguïté et non pas en continuité les unes avec les autres. (...) Les principaux signaux sont des impulsions électriques (...) Chaque onde électrique individuelle peut elle-même être expliquée intégralement par des transports de particules chargées, des ions (...) des processus strictement physico-chimiques, conclusion importante sur le plan philosophique et idéologique. (...) D’une cellule à l’autre, (...), la chimie va intervenir de manière quasiment obligée comme relais à l’électricité. Des substances chimiques (...) servent dans la transmission des signaux entre les cellules nerveuses. On les appelés de ce fait : neurotransmetteurs. (...) Ce mécanisme de relais chimique relativement simple dure de l’ordre de la milliseconde ou plus pour l’ensemble du processus. Cela crée une sorte de barrière temporelle, un temps critique (...) » explique le neurobiologiste Jean-Pierre Changeux dans la Conférence de l’Université de tous les savoirs de janvier 2000. Non seulement, le circuit neuronal qui fait fonctionner notre cerveau en connexion avec le corps n’est pas fondé sur un réseau continu de neurones reliés entre eux par des dendrites, mais le fonctionnement même du neurone est fondamentalement discontinu, agissant par à-coups brefs de l’ordre de la milliseconde.

Comme le rappelle Jean-Pierre Changeux dans « L’homme neuronal » : « La microscopie électronique (...) permet de confirmer la thèse de la discontinuité du réseau de neurones. On constate que les neurones se juxtaposent au niveau de synapses bien individualisées. (...) La machine corticale passe donc par celle de plusieurs dizaines de milliards de « singularités » neuronales où chaque singularité elle-même inclut le répertoire de plusieurs dizaines de milliers de contacts synaptiques. (...) L’emploi de microélectrodes permet de « décomposer » une activité électrique corticale continue (apparemment) en entités discontinues, tant au niveau des générateurs – les neurones – que des impulsions qu’ils produisent donc à la fois dans l’espace et le temps. (...) On sait qu’axones et dendrites ne sont pas en continuité les uns avec les autres (...) Ils sont interrompus d’un neurone à l’autre. Comment de telles discontinuités vont-elles permettre le passage de signaux électriques d’un neurone à l’autre ? (...) Chaque fois, une onde d’apparence continue et globale se trouve « découpée » en unités discrètes et interprétée comme résultant intégralement (...) de ces entités discrètes. (...) L’objet mental est identifié à l’état physique créé par l’entrée en activité (électrique et chimique) corrélée et transitoire, d’une large population ou « assemblée » de neurones (...) Cette assemblée est discrète (...). Elle se compose de neurones possédant des singularités. » Discret, impulsif, explosif, décharges, tel est le langage de la neurobiologie. Le caractère discontinu de la vie, du système nerveux, du cerveau et de la conscience n’a rien de secondaire. Ce sont des éléments déterminants d’une propriété considérable qu’est la mémoire, mémoire de la molécule, mémoire de la macromolécule, mémoire du réseau neuronal ou mémoire du cerveau. « La quantification de l’information, c’est-à-dire l’emploi du discontinu, permet d’éviter la dérive de l’information. Dans les systèmes biologiques, chaque atome et chaque molécule représentent une entité insécable. (...) La mémoire d’un système est d’ailleurs reliée à la notion de quantification. Un système ne peut avoir de mémoire que si les éléments qui le composent peuvent occuper des états bien définis (états quantiques par exemple). Ainsi on peut prévoir que l’évolution d’un système biologique se fera par sauts brusques et non de façon continue, ce qui est en fait le cas. » souligne le biochimiste Ernest Schoffeniels dans « L’anti-hasard ».

Georges Pragier, un spécialiste de la psychanalyse écrit dans "Repenser la psychanalyse avec les sciences" : " La vie psychique dans son ensemble est frappée de discontinuité. (...) Dans le cas Emma, décrit dans les "Lettres à W. Fliess, (...) Freud affirmait que la conscience des représentations oniriques est avant tout discontinue. (...) L’auto-organisation, propriété commune à tous les êtres vivants, a pour effet l’appariition de phénomènes nouveaux sous l’effet de l’environnement. (...) La possibilité d’apparition de changements liés au processus auto-organisateurs, représente donc une rupture radicale avec la conception d’une évolution déterministe continue. Le développement de l’organisme s’effectue au contraire sur un mode discontinu, avec des paliers. Force sera donc de travailler en historien."

Cependant, l’essentiel des physiciens partent de nombreux présupposés du continu : un temps continu, un espace continu, une causalité continue, des paramètres continus comme la température ou la pression... On retrouve cette continuité dans les équations où cette propriété est un présupposé, en ce qui concerne l’espace-temps, pour l’essentiel des physiciens du macroscopique et du microscopique, relativistes comme quantiques. Einstein a inventé la discontinuité quantique qu’il va chercher toute sa vie à intégrer dans un espace fondé sur un continuum à quatre dimensions, continues toutes les quatre, en fondant les particules sur des champs unitaires et continus. Les physiciens quantiques ne convergent avec Einstein que sur ce point : l’utilisation de paramètres continus du temps comme dans l’équation de Schrödinger. Pourtant ceux-ci reconnaissent aisément que ce n’est pas conforme avec ce que l’on observe. Si la physique a conçu la discontinuité avec l’atome, la particule puis le quanta, elle a également conçu la continuité avec l’onde, le champ (classique) puis l’onde de probabilité quantique et la théorie quantique des champs. Elle a prétendu les coupler avec la dualité onde/corpuscule mais cette prétention a échoué devant les contradictions logiques de cette démarche et elle a dû reconnaître la discontinuité de la matière, notamment la persistance des pôles positifs et négatifs. Dès ses débuts, l’étude de l’électromagnétisme a été marquée par la discontinuité. Faraday a inventé le champ magnétique qui peut sembler l’exemple même de l’idée d’un espace continu. En fait, c’est l’inverse : la notion de lignes de flux supposait le caractère discret de ces objets. Les lignes n’existent en effet qu’en nombre entier. La physique quantique est particulièrement marquée par des observations du discontinu en ce qui concerne la transmission d’énergie, le mouvement des particules, la matière, la lumière et même le vide. Les ondes, elles-mêmes, se sont révélées pleines de discontinuités que sont les quanta, les polarisations. Les seules ondes réelles que l’on reconnaît aujourd’hui en physique sont des ondes de probabilités de présence (de quanta) en des nuages de points. Les quanta sont aussi discontinus que les nuages de points. Les transformations de la physique ont lieu par saut et non de façon continue. La physique a été contrainte de reconnaître que le discontinu et le continu sont incompatibles. Le « Dictionnaire d’histoire et philosophie des sciences », sous la plume de Françoise Balibar, rapporte le courrier d’Einstein à Schrödinger de décembre 1850 : « De notre outillage, il ne reste que le concept de champ ; mais seul le diable sait s’il va résister. Je pense que cela vaut la peine de s’en tenir fermement au concept de champ, c’est-à-dire au continuum. » L’ouvrage commente ainsi ce problème clef de la physique classique : « Il est impossible de faire du discontinu à partir du continu (tout au plus peut-on obtenir un pseudo-continuum qui n’apparaît continu que parce que l’on ne l’observe pas avec des moyens suffisamment puissants, comme, par exemple, une étendue de sable, granulaire donc, qui paraît continue « vue de haut. De même, il est impossible de fabriquer du discontinu avec du continu. » La théorie des champs quantiques va unifier ce dualisme champ/particule en une seule notion : les « quantons » mais il leur donne un caractère discret puisque le champ est polarisé en particules virtuelles positives et négatives. La notion d’onde de probabilité de la physique quantique ne nous ramène pas non plus au continu. La continuité n’est pas un résultat issu de l’observation. Celle-ci n’existe que de façon ponctuelle. Il n’existe pas d’expérience continue. Les mesures ne le sont pas non plus. Une mesure continue signifierait des milliards de milliards de résultats en un milliardième de seconde ! Une série de mesures (ou de valeurs d’un paramètre) successives sans rupture, sans temps de relaxation, sans réaction, sans freinage, sans rétroaction, sans inhibition, est physiquement impossible. Aucun fluide, aucun solide, aucun être vivant, pas même notre conscience, n’est le siège d’une série continue d’états. L’apprentissage d’un enfant n’est une série continue d’acquisitions intellectuelles : la progression est fondée sur des rétroactions et l’acquisition correspond à des sauts. Même la croissance de taille d’un individu n’est pas continue [2]. Elle progresse par sauts suivis de périodes d’immobilité comme tous les autres domaines, comme la transformation de la vie (équilibres ponctués de Stephen Jay Gould) ou celle de la société avec ses crises. Pas de croissance sans crise ? On croirait lire la remarque d’un économiste devisant sur les aléas du capitalisme ou d’un militant devant les aléas sociaux et politiques ! Pourtant, il s’agit bien d’une étude du développement du corps des êtres vivants ou de la dynamique de la matière. Les interactions des corps chimiques obéissent à ces sauts qualitatifs. Les liaisons chimiques constituent une molécule de nature complètement différente qui n’est en rien la somme des propriétés chimiques des deux constituants. Il y a là un saut qui fonde l’ensemble des réactions chimiques. La liaison entre deux molécules est un phénomène brutal, quantique, c’est-à-dire à une échelle très inférieure à celle des deux molécules : c’est l’arrachage de l’électron d’un atome. La formation d’une étoile à partir d’un amas de matière tout comme la formation d’un être à partir d’un œuf fécondé n’est pas un processus continu mais procède par sauts discontinus. L’évolution d’une cellule totipotente (non spécialisée) vers une cellule spécialisée procède par étapes, par sauts comme la modification d’une espèce au cours de l’histoire de la vie. Elle suit une arborescence comme l’arbre des espèces et, comme lui, elle passe d’un état à un autre sans passer par des étapes intermédiaires. Il s’agit bien d’une transformation discontinue. Même si l’image de l’arbre, de ses branches et de ses brindilles fait penser à la continuité, il s’agit bien de bifurcations. L’arborescence est un phénomène chaotique, avec des sauts que sont les changements d’échelle. Il n’y a pas bien longtemps que l’on a compris que ce n’est pas la continuité mais la discontinuité qui caractérise le vivant ainsi que l’explique le biochimiste Ladislas Robert dans « Les temps de la vie » : « La discontinuité dans la vie cellulaire est une découverte récente, en grande partie attribuable à l’avènement des techniques microscopiques sophistiquées et de la culture in vitro des cellules (...) Une fois que ces phénomènes métaboliques ont été enregistrés, suivis dans le temps, il est apparu qu’ils ne sont pas continus et uniformes mais qu’ils présentent des oscillations. (...) Britton Chance, biochimiste américain travaillant à Philadelphie, a ainsi pu réaliser des observations importantes (...) la nature discontinue et oscillante de la glycolyse (série de réaction produisant de l’ATP –énergie- à partir du glucose). »

Et pourtant, me direz-vous, la continuité on la voit … à l’œil nu. Effectivement, pour nous, les objets semblent faits tout d’une pièce. Il n’y a pas de trou. Mais nous ne voyons pas le réel, seulement la reconstruction par notre cerveau des informations de nos yeux transmises par le système nerveux et ce dernier donne l’illusion du continu car l’excitation dure un peu. C’est ce que l’on appelle « la persistance rétinienne ». Encore une fois, le continu est fondé sur une illusion. « On peut se demander pourquoi notre œil, dont la rétine sensible est formée d’un nombre fini de pixels, perçoit néanmoins une image continue (...) Il s’agit là d’une propriété du « système de traitement » de l’image du cerveau et non une propriété de l’image elle-même. » écrivent Alain Blanchard et Pierre Léna dans leur ouvrage intitulé « Lumières ». On peut en dire autant dans tous les domaines où notre cerveau transforme du discontinu en continu apparent [3] dès que la transition se déroule sur un temps suffisamment court pour être négligeable à l’échelle du domaine étudié. Nous imaginons le monde comme un jus continu. Chaque instant est, à nos yeux c’est-à-dire selon notre cerveau, suivi d’un instant infiniment proche, chaque espace suivi d’un espace conjoint. Les objets que je « vois » remplissent tout l’espace qu’ils semblent occuper. Il n’y a aucun trou. La table sur laquelle j’écris n’a aucun trou. Sa matière solide est formée d’un matériau sans espaces vides. Ma pensée me semble continue, sans interruption ni absence. Je n’ai pas d’ordinaire le sentiment d’un trou de l’existence pas plus que d’un trou de l’univers. J’observe la droite dessinée à la craie sur le tableau et je ne vois pas que les points ne se suivent pas les uns derrière les autres. Ce n’est pas la réalité. Ce ne sont même pas mes sens qui me trompent. C’est mon cerveau. Je suis dans le véhicule qui se déplace. L’énergie qui le propulse est issue des explosions du moteur, phénomène discontinu mais j ‘ai le sentiment d’être transporté de manière régulière. Tant est forte l’illusion intellectuelle de la continuité. Car il s’agit bien d’une illusion, d’un mirage engendré par notre cerveau. Il n’y a pas de continuité de la matière. Il n’y a pas de continuité du temps ni de l’espace. Il n’y a pas de continuité du mouvement. Pas de continuité dans les relations entre matière, entre matière et lumière, entre matière et vide. Il n’y a pas de continuité de la pensée, de la conscience ni des images visuelles. Dans le domaine « solide », cette discontinuité fondamentale a été clairement établie. En étudiant la matière sur de courtes distances (celles de la microphysique quantique), on s’est aperçu qu’il n’y avait aucune continuité, ni matérielle, ni temporelle, ni spatiale, du réel. L’image la plus simple de la particule élémentaire étudiée de façon individuelle, celle d’une balle allant d’un point à autre en passant par toutes les positions successives dans des instants successifs, est morte. Elle ne fonctionne à notre échelle (dire macroscopique) que parce qu’il s’agit d’un grand nombre de particules et, du coup, d’une moyenne d’un grand nombre d’interactions vues de très loin. Du point de vue conceptuel, le choc a été rude pour les physiciens qui étaient habitués à la notion d’objet fixe se contentant de se déplacer régulièrement dans un espace et un temps avec lequel il n’interagirait pas. Ce n’est pas seulement la fixité qui est remise en cause par le constat que matière, espace et temps interagissent, c’est le caractère prétendument non-contradictoire de la matière, de l’espace et du temps. Le temps court peut détruire ou masquer les effets sensibles sur un temps long, et inversement.

Un autre « objet » qui va contribuer à faire croire à la ligne continue est issu de l’optique. C’est le rayon lumineux. Mais il se révélera encore illusoire. Il n’y a aucun objet physique derrière cette apparence linéaire et continue. Si le rayon lumineux existait, il contiendrait une énergie infinie et la source devrait émettre une telle quantité d’énergie dans toutes les directions. Les photons arrivent un par un et il n’y a entre eux aucune ligne, qu’elle soit droite ou pas. La continuité du flux de particules est elle-même une illusion. Steven Weinberg expose dans « Les trois première minutes de l’univers » que « L’énergie d’un photon est très petite, et c’est pourquoi les photons semblent se fondre en un flux continu de rayonnement. » Il montre en effet que leur énergie est de l’ordre de l’électron-volt alors que les énergies nucléaires sont de l’ordre d’un million d’électronvolts par noyai atomique. Un autre domaine de l’optique qui semble continu, c’est celui du spectre de la lumière solaire. Dans l’arc en ciel, on trouve successivement les fréquences intermédiaires Cette continuité est le produit d’un phénomène de choc discontinu : les heurts des éléments discrets que sont les molécules puisque la lumière solaire est le produit de l’agitation thermique de sa surface. L’émission dite de « corps noir » a la même caractéristique : une émission selon une apparente continuité de fréquences fondée sur la discontinuité des chocs entre corps discrets, les quanta. C’est l’une des découvertes d’Einstein et Planck qui a donné naissance à la physique quantique. La lumière s’avère aussi discontinue que l’espace et le mouvement. La lumière est formée de corpuscules, les photons, qui sont discrets c’est-à-dire discontinus et agissant par unités. La palette des couleurs, correspondant aux longueurs d’onde, est elle-même discontinue. Pour le grand public, la lumière reste imagée par des « rayons » continus et l’image de l’onde reste dominante. L’onde se propagerait continûment et ce n’est pas ce que l’on observe. L’impression de continuité provient de petits sauts réguliers.