Origine de la matière

[invite0807971c]

Bonjour à tous, tout d'abord je tiens à faire savoir que je ne connais que très peu de choses en matière de science mais j'apprend petit à petit. Ce site et son forum semble très pertinent donc je vais vous expliquer en quelques mots la question qui me hante depuis quelques jours.
Voilà, depuis toujours je m'interroge sur l'origine du monde et tout ce que cela implique. Je m’intéresse, donc avec mon minuscule niveau, aussi bien aux sciences, qu'à la philosophie et parfois il m'arrive de discuter avec des gens croyants, je suis moi meme issue d'un milieu plutot conservateur.

Lorsque l'on me demande mon sentiment sur les questions de l'origine de toutes choses, je répond la seule réponse me paraissant valable, c'est à dire que l'idée d'un début, d'un commencement est absurde car selon les théories actuelles, le temps serait apparu en même temps que la singularité initiale. Ces derniers jours j'ai encore eu l'occasion de m'entretenir avec une personne très croyante, avec qui nous avons confrontés nos visions du monde et de son origine et plus particulièrement de l'origine de la vie. Et là débarque une question de mon interlocuteur à laquelle je n'ai absolument pas la réponse d'ou mon passage sur ce forum, je vais vous l'écrire telle quelle :

" Bien. Disons que le temps est apparu à la suite du Big Bang, la vie ne peut apparaître du désordre, rien ne se crée à partir de rien. Donc vu que la matière est là cela nécessite obligatoirement un acte de création. Comment peux tu expliquer l'apparition du vivant sans cela ? "

N'ayant pas les bases scientifiques pour y répondre, je me tourne donc vers des gens surement plus calés que moi, qui pourrait peut être apporter certains éclaircissement à mon esprit cartésien qui aimerait pouvoir expliquer de la façon la plus rationnelle qui soit l'origine de la première cellule, en dehors de l'explication religieuse.

Merci d'avance

Jeremmmm
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[Deedee81]

Salut,

[...] l'idée d'un début, d'un commencement est absurde car selon les théories actuelles, le temps serait apparu en même temps que la singularité initiale.

Il y a moyen de le décrire en évitant cette bizarrerie (en voyant la variété espace-temps comme un tout). Mais inutile de nous lancer là dedans, il y a plus simple :

La description faisant intervenir une singularité (et un début) est celle de la relativité générale. Ce modèle est imparfait et a des limites, comme toute théorie scientifique. En particulier, lorsqu'on approche du début, la relativité générale devient invalide car il faudrait prendre en compte les aspects quantiques. Or le mariage de la relativité générale et de la mécanique quantique reste une gageure, on ne sait pas le faire.

Plus précisément : on sait le faire. Mais on n'a pas de théorie scientifiquement validée (par l'expérience), seulement des modèles mathématiques très élaborés. C'est le cas de la gravité quantique à boucles et de la théorie des cordes (et d'autres : twisteurs, triangulations dynamiques, géométries non commutatives, superespace, etc... etc...) Et chacune permet la construction de plusieurs modèles cosmologiques.

Donc, sans confirmation expérimentale et sans observation on est un peu ennuyé : on a autant de modèle que de théoriciens (ou peu s'en faut ).

Mais une constance ce dégage : TOUS ces modèles conduisent à une absence de début. Le "début" de l'univers que nous observons ne serait qu'un "goulot d'étranglement" très dense et très chaud, mais avec un "avant" (on parle de modèles de pré-big bang). Comment était-il avant ? Hé bien, vu la pléthore de modèles possibles et en l'absence de données, on a imaginé à peu près tout ce qui aurait pu être avant (perso, j'ai mon pt'tit modèle préféré, celui de la transition de phase en gravité quantique à boucles. Mais c'est une question de goût, pas une question de "meilleur modèle").

la vie ne peut apparaître du désordre

Ca c'est faux. Suffit d'observer un cristal se former pour voir que l'ordre peut de former à partir du désordre et en y regardant de plus près on comprend vite pourquoi. La vie c'est plus complexe et on manque de données fossiles pour déterminer le scénario détaillé de l'origine de la vie, mais depuis des travaux comme ceux de Prigogine, de Miller et d'autres, on sait que cela n'a rien de mystérieux : juste compliqué. On a fait énormément de progrès depuis (on a même très récemment enfin compris comment les acides nucléiques pouvaient se former dans des conditions abiotiques). Mais il reste encore beaucoup, beaucoup, de travail.

Pour le détail des scénarios, je ne vais pas me lancer là dedans. Je te conseille de lire ce fil de Geb (notre spécialiste de la question) :
http://forums.futura-sciences.com/bi...determine.html

D'une manière générale, fait attention. Chacun a ses croyances et c'est tout à fait respectable, mais sur Futura il est hors de question d'aborder les questions de croyance, de religion, de foi, de Dieu ou de métaphysique. Sinon c'est le trajet direct pour l'archivage.

Je le signale juste par précaution.

[invite0807971c]

Merci infiniment d'avoir prit le temps de me répondre.
PS : oui, je suis d'accord, ici je souhaite seulement discuter de science. J'ai juste placé le le contexte de ce questionnement en particulier.

[Geb]

Bonjour,

Si je comprends bien, cette "personne très croyante" avec qui tu t’es entretenu semble suggérer que puisque "rien ne se crée à partir de rien", la formation de la matière (des premiers atomes) est une énigme, c’est bien ça ?

Une énigme qu’il se propose de résoudre en postulant l’existence d’un principe créateur a priori surnaturel. Est-ce bien ça ?

Et en vertu du même fait que "rien ne se crée à partir de rien", il postule que l’émergence de la vie serait une énigme encore plus difficile à résoudre, parce que, selon lui, "la vie ne peut apparaître du désordre". J’interprète bien les propos que tu as rapportés ?

Finalement, ce qui te pose problème, c’est :

- l’apparition du temps ?
- l’apparition de la matière (nucléosynthèse primordiale) ?
- l’émergence de la vie ?

Parce que chacun de ces problèmes peut (doit ?) être traité indépendamment.

J’imagine que ce qui t’a poussé à initier cette discussion dans le forum de biologie, c’est bien de "pouvoir expliquer de la façon la plus rationnelle qui soit l'origine de la première cellule". En ce cas je ne vois pas trop les arguments pertinents développés dans ce cadre par ton interlocuteur, à moins de faire appel à l’idée bizarre défendue par certains milieux créationnistes et certaines personnes qui commencent à s’intéresser à ce sujet : l’émergence de la vie contredirait (j’insiste sur mon usage du conditionnel) la seconde loi de la thermodynamique.

Autrement dit, la matière ne pourrait pas se complexifier elle-même jusqu’à l’émergence d’une première cellule vivante.

Deedee81 a avancé l’idée que dans le raisonnement de ton interlocuteur, ce qui cloche, c’est l’idée que "la vie ne peut apparaître du désordre". Moi, je dirais que cette idée est tout à fait juste.

En fait, comme l’écrivait déjà Schrödinger dans son très célèbre ouvrage "What is life?", dont la première édition remonte à 1944 (voir les passages que j’ai mis en gras) :

The unfolding of events in the life cycle of an organism exhibits an admirable regularity and orderliness, unrivalled by anything we meet with in inanimate matter. We find it controlled by a supremely well-ordered group of atoms, which represent only a very small fraction of the sum total in every cell. Moreover, from the view we have formed of the mechanism of mutation we conclude that the dislocation of just a few atoms within the group of 'governing atoms' of the germ cell suffices to bring about a well-defined change in the large-scale hereditary characteristics of the organism. These facts are easily the most interesting that science has revealed in our day. We may be inclined to find them, after all, not wholly unacceptable. An organism's astonishing gift of concentrating a 'stream of order' on itself and thus escaping that the decay into atomic chaos of 'drinking orderliness' from a suitable environment seems to be connected with the presence of the 'aperiodic solids', the chromosome molecules, which doubtless represent the highest degree of well-ordered atomic association we know of much higher than the ordinary periodic crystal in virtue of the individual role every atom and every radical is playing here. To put it briefly, we witness the event that existing order displays the power of maintaining itself and of producing orderly events. That sounds plausible enough, though in finding it plausible we, no doubt, draw on experience concerning social organization and other events which involve the activity of organisms. And so it might seem that something like a vicious circle is implied.

Donc, certes, "la vie ne peut apparaître du désordre", mais les scientifiques qui s’intéressent à l’origine de la vie ne cherchent pas un milieu "désordonné". En effet, comme le disait Schrödinger : un organisme vivant "absorbe de l’ordre" d’un "environnement favorable". Toute la question est donc : qu’est-ce qu’un environnement favorable ?

Comme l’a souligné Deedee81, on peut, par exemple, s’intéresser aux travaux très importants d’Ilya Prigogine (1917-2003) à ce sujet. Ce à quoi Prigogine s’est intéressé s’appelle la thermodynamique hors-d’équilibre. C’est un nom savant pour dire qu’on étudie des milieux dans lesquels ont fait passer, sans discontinuer, beaucoup d’énergie. Dans ces milieux, nous a appris Prigogine, apparaissent ce que Prigogine a appelé des structures dissipatives. Ces structures dissipatives disparaissent lorsqu’on les prive de l’énergie qui les alimente. L’exemple le plus commode de structure dissipative est un ouragan.

Un ouragan, comme la vie, ça ne peut apparaître que dans des conditions particulières, et l’ouragan n’existe qu’en cas de maintien de ces conditions particulières (sinon, l’ouragan disparaît). En gros, l’ouragan naît grâce à un déséquilibre thermique de l’atmosphère. Dans un ouragan, l’atmosphère n’est plus séparée en couche distincte de température.

En gros, on estime, grâce aux travaux théoriques de Prigogine, qu’en présence d’une source constante d’énergie appropriée, en quantité suffisante, la matière peut "se complexifier elle-même" (pour reprendre les termes que j’ai utilisé), donnant naissance à une forme de structure dissipative, qui pourrait éventuellement contribuer, voire mener à l’émergence d’une première cellule vivante.

Seulement, pour que la proposition de Prigogine fonctionne, et que la vie apparaisse, il nous faut au moins :

Premièrement, on doit disposer d’un système (un environnement) dit ouvert (dans le sens thermodynamique). C’est-à-dire un environnement dans lequel de l’énergie (et de la matière) peut-être ajouté ou retiré. Plus précisément, il nous faut la matière qui compose la vie : carbone, hydrogène, oxygène, azote, mais aussi des cofacteurs inorganiques (phosphate, certains métaux de transition comme le fer, etc…).

Deuxièmement, on doit disposer d’une source d’énergie disponible appropriée (le but étant, d’abord, la "complexification de la matière"). Là, les possibilités essayées et validées par les chercheurs sont nombreuses : chaleur, lumière ultraviolette, rayons cosmiques, énergie d’un impact météoritique ou cométaire, etc… Le tout étant de déterminer si ce sont vraiment les bonnes. L’idéal serait de disposer d’un environnement ou un grand nombre de sources d’énergie (gradient en température, gradient rédox, gradient de pH) soit disponible.

Troisièmement, il faut que le système soit capable de capturer et de stocker cette énergie brute qui l’alimente. Une des possibilités envisagées, d’abord proposée par le Prix Nobel Lars Onsager au début des années 1970, puis reprise tout de suite après par le Prix Nobel Fritz Lipmann et explorée plus en détail par le Prix Nobel Christian de Duve au début des années 1990, est le stockage de cette énergie sous forme de thioesters. Il y a d’autres possibilités envisagées, comme les polyphosphates.

Enfin, il faut imaginer un mécanisme simple qui permettrait de convertir cette énergie en énergie utilisable capable d’améliorer la complexification du système. Ce sont par exemple toutes les expériences qui tentent de déterminer des mécanismes abiotiques capables de polymériser les acides aminés. La piste la plus prometteuse à mes yeux concerne la mise au point de moteurs moléculaires primitifs, dans un environnement approprié. Une des propositions (un mécanisme chimiosmotique primitif mimant l’activité de l’ATP synthase à partir de membranes inorganiques en sulfures de fer) est le fruit d’une collaboration datée de 1991 entre Arthur L. Koch et Thomas M. Schmidt de l’Université de l’Indiana à Bloomington (aux États-Unis). Cette proposition a été précisée de manière infiniment plus détaillée, à partir de 1994 et jusqu'à aujourd'hui, par le géologue britannique Michael John Russell, qui travaille depuis 2006 aux États-Unis.

Ce sont les travaux de ce dernier, et des autres chercheurs avec qui il collabore qui font principalement l’objet du fil de discussion indiqué par Deedee81. Je t’invite à le lire, et éventuellement, à y participer, si tu souhaites de plus amples détails.

Cordialement.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

Deedee81 a avancé l’idée que dans le raisonnement de ton interlocuteur, ce qui cloche, c’est l’idée que "la vie ne peut apparaître du désordre". Moi, je dirais que cette idée est tout à fait juste.

Là on se contredit quelque peu, mais c'est sur la forme, sur la façon de s'expliquer, car je suis entièrement d'accord avec tes explications (beaucoup plus complètes que les miennes). Merci,

[Amanuensis]

Le mot "désordre" n'a pas de signification rationnelle bien claire.

Il me semble qu'on associe "désordre" avec "homogène": si un jeu de carte est "dans le désordre", il est homogène au sens où la probabilité de trouver une carte donnée à un endroit donné du paquet ne dépend ni de la carte ni de l'endroit.

Et il est correct que la vie ne peut pas apparaître dans un milieu "homogène" au sens sans aucune inhomogénéité impliquant un déséquilibre.

Une condition nécessaire est, comme l'indique Geb, une situation hors-équilibre du point de vue échanges d'énergie, typiquement l'existence d'un flux d'énergie passant d'une entropie faible ("ordre") à une entropie élevée ("désordre") ; l'apport énergétique du Soleil a cette propriété là.

On peut donc dire d'une certaine façon que la vie ne peut pas naître d'une situation où il n'y a que "désordre".

(Dans le cas de la formation d'un cristal à partir d'une solution on part d'une situation en déséquilibre: on n'est pas dans la situation d'équilibre entre la phase en solution et la phase solide. C'est cet "ordre" caché (tout en solution, rien ou peu en solide) qui va se "transformer" en un "ordre" visible (le cristal). Et ce en conformité avec le second principe.)

[Deedee81]

Le mot "désordre" n'a pas de signification rationnelle bien claire.

C'est de là que ça vient (pas le désordre , mais les propos divergent.... en apparence).

[invite0807971c]

Merci de répondre de façon aussi limpide et complète, même si le débutant que je suis ne comprend pas encore certains passages.
En fait Geb, ce qui me pose problème pour ainsi dire, c'est que je suis quelqu'un d’extrêmement cartésien venant d'un milieu ou les gens sont très croyants. Je passe de très nombreuses heures à discuter avec des tas de personnes qui ont une vision totalement différente de la mienne, et cela donne lieu à des débats très souvent passionnant. Maintenant l'un de leurs arguments pour tenter de me "convaincre ", c'est toujours cette idée de création ex nihilo, ce qui ne me convainc pas, et plus récemment la complexité du vivant. Deux arguments qui étayent selon eux l'idée d'une théorie créationniste, ce qui, comme vous avez pu vous rendre compte me plait que très moyennement. L'idée n'est bien sur, pas de démonter les théories créationnistes, mais plutôt de tenter d'expliquer cet univers ultra complexe de façon plus rationnelle et scientifique.

Sur mon post de l'autre jour, j'avais donné mon sentiment sur l'absurdité et le paradoxe qu'il y ait eu un " début " du temps. Et en ce qui concerne le fait quel cet univers puisse être apte à l'apparition de la vie, je me suis raccroché à l'hypothèse des multivers, en pensant que si il existe tout un tas d'univers, et bien le notre a eu la " chance " d"être vivable au détriment de tous les autres.

En bref, la science me passionne, et j'essaie de comprendre le fonctionnement de l'univers en dehors du discours dans lequel je baigne depuis tout jeune.

Bien à vous,

Jeremmmm

[Amanuensis]

Maintenant l'un de leurs arguments pour tenter de me "convaincre ", c'est toujours cette idée de création ex nihilo, ce qui ne me convainc pas, et plus récemment la complexité du vivant.

Il y a différentes approches au créationnisme. L'une est la création des espèces telles qu'elles sont. Mais une autre est la création d'un Univers tel que la vie puisse apparaître et se complexifier par évolution pour en arriver là où elle en est. L'argument de la complexité du vivant ne joue pas contre l'idée de création au second sens. (Entre les deux on peut imaginer une création d'une cellule unique, d'où dérive ensuite tout le vivant.)

Faut donc distinguer la notion de projet (le vivant complexe actuel aurait été projeté, que ce soit créé tel quel, ou via les conditions suffisantes pour qu'il se crée "automatiquement" par évolution, ou par évolution dirigée, peu importe), et la question si les mécanismes décrits par la biologie permettent d'expliquer le passage d'une vie "simple" à une vie "complexe" (et/ou du non-vivant au vivant).

(Ceci dit, la notion de "vie simple" est très relative: une bactérie est déjà un "objet" très compliqué, quand on en étudie les détails ; il y a certainement bien moins de différence de complexité entre une bactérie et un mammifère que entre la vie minérale et une bactérie...)

Les deux débats sont très différents, et ne s'argumentent pas de la même façon. L'idée d'un plan, d'un projet, est essentiellement métaphysique, elle est du ressort de la foi. La possibilité d'une évolution pouvant amener à la "vie complexe" est par contre scientifique, et peut se discuter comme telle.

[invite0807971c]

Merci sincèrement pour toutes ces réponses très intéressantes. Comme j'aime à le rappeler je suis très cartésien, et je pense qu'un beau jour la science sera capable d'expliquer le mystère de la vie, et pourquoi pas remonter avant le célèbre Mur de Planck. L'idée c'est que je me contente seulement de ce qui est observable et démontrable. Ma rigueur scientifique m’empêche heureusement ou malheureusement de me raccrocher aux thèses créationnistes. Car cela reviendrait à expliquer un mystère par un autre.

[Syst.]

Oh, on explique toujours un mystère par un autre, qu'on soit en science ou ailleurs, non ?
La différence est qu'une explication est un cul-de-sac tandis que l'autre permet d'aller vers de nouveaux mystères…
Après chacun ses préférences.

[Geb]

Bonjour,

Merci de répondre de façon aussi limpide et complète, même si le débutant que je suis ne comprend pas encore certains passages.

Les autres intervenants et moi-même nous nous ferons un plaisir de t'aider à comprendre ces passages plus difficiles. Il suffit pour ça que tu nous dises quels sont les passages que tu as plus de difficulté à comprendre.

Maintenant l'un de leurs arguments pour tenter de me "convaincre ", c'est toujours cette idée de création ex nihilo, ce qui ne me convainc pas, et plus récemment la complexité du vivant.

L'idée que la vie ne peut se former spontanément a été formulée dès 1858 par Rudolf Virchow à travers un adage bien connu : "omni cellula e cellula". Cette locution latine, qui exprime le fait que "là où apparaît une cellule, il doit y avoir eu une autre cellule auparavant", a été "confirmé expérimentalement", en quelque sorte, grâce aux travaux de Louis Pasteur entre 1857 et 1862. Donc, ça fait très longtemps que les scientifiques sont confrontés à un paradoxe vis-à-vis d'une création ex nihilo de la vie à partir d'un monde abiotique.

Le postulat de base, comme j'ai tenté de l'exprimer dans mon message précédent est d'estimer, comme l'a proposé Ernst Haeckel en 1866, que les conditions qui ont permis à la vie d'apparaître ne peuvent plus être reproduites naturellement aujourd'hui, mis à part en laboratoire.

La vie ne peut pas apparaître dans n'importe quels conditions. Il faut des conditions particulières (auxquelles j'ai fait allusion plus haut), dans un environnement particulier, qu'on suppose avoir existé très tôt dans l'histoire de la Terre (mais plus maintenant) pour au moins deux raisons principales :

- avant la vie, la complexification de la matière était plus facile, parce qu'aujourd'hui la vie mange les produits de la chimie organique abiotique avant qu'ils n'aient le temps de se complexifier d'eux-mêmes (un argument déjà avancé par Darwin en 1871),
- avant la vie, il y avait peu d'oxygène dans l'atmosphère (puisque l'oxygène moléculaire est un produit de la photosynthèse), ce qui encore une fois, rendait la complexification de la matière plus facile. Là, encore, c'est la vie elle-même qui est à l'origine de l'importante quantité d'oxygène moléculaire actuellement stockée dans l'atmosphère. L’effet délétère de l’oxygène sur les molécules organiques a été exploré par Palit & Dhar, deux chimistes de l’Université d’Allahabad (en Inde), dans les années 1920 et 1930.

Il y a plusieurs types d'argument de la "complexité du vivant" chez les créationnistes, le plus courant étant celui qui fait intervenir une interprétation singulière des probabilités. Par curiosité, tu pourrais préciser celui auquel tu as été "exposé" (à défaut d'un terme plus adéquat) ?

Cordialement.

[Deedee81]

Salut,

le plus courant étant celui qui fait intervenir une interprétation singulière des probabilités.

On retrouve ce genre d'argument fallacieux chez les anti-évolutioniste avec la formation de l'oeil ou des plumes, etc... etc....
(alors que les intermédiaires sont connus, et pas toujours dans des fossiles !)

J'aime bien mon exemple du cristal car il marche aussi pour cet argument. Quelle est la probabilité pour qu'un milliard de milliards d'atomes s'alignent spontanément pour former un cristal (de l'ordre du milligramme ici) ? Quasi nulle. Pourtant, les cristaux se forment, il est facile de voir pourquoi et comment sans faire intervenir d'explication métaphysique. Cela montre bien que cet argument "d'assemblage improbable" sont idiot. S'il semble pouvoir s'appliquer (aux yeux de ceux ayant peu d'éducation ou au yeux de fanatiques) c'est uniquement parce que contrairement aux cristaux, pour la vie, c'est beaucoup plus compliqué et tous les détails ne sont pas toujours connus.