Le macroscopique peut-il être indéterministe du fait de phénomènes quantiques?

[Amanuensis]

Une opinion:

A- Tous les phénomènes chimiques élémentaires demandent des explications en termes quantiques, avec des superpositions, des indéterminations, etc. Les réactions chimiques dans les neurones n'échappent pas à la règle.

B- La question n'est pas s'il faut recourir aux effets quantiques pour décrire le cerveau, mais si son fonctionnement peut se décrire comme une émergence statistique à partir des réactions chimiques élémentaires ou même simplement de description simples (elles-mêmes émergentes) du fonctionnement de synapses, neurone, y compris prenant en compte le milieu extra-cellulaire. (Parler de réductionnisme est souvent une manière de masquer la notion d'émergence.) Et non, expliquer des phénomènes «macroscopiques» (in fine, un comportement en termes de stimuli sensoriels, de mouvements musculaires, etc.) en termes d'émergence de phénomènes chimiques n'est pas de la para-science.

L'idée est bien en ligne avec les très grands nombres impliqués, la complexité de ce qui émerge venant alors de ces grands nombres et non des phénomènes élémentaires.

C- L'échelle des énergies et des durées mises en œuvre ne paraît pas compatible avec l'idée que ce qui émerge manifeste systématiquement des phénomènes relevant d'une description «quantiques. (Les valeurs d'action dans les processus synaptique sont très très supérieures à h. Notons l'exception des sens, par exemple l'absorption d'un seul photon peut suffire pour déclencher une cellule de la rétine.)

D- On ne peut pas exclure la possibilité que le fonctionnement implique, exceptionnellement, un débranchement de type chaotique qui sera «résolu» par une «réduction d'onde» affectant par exemple une transition moléculaire unique (et ensuite amplifiée par les mécanismes émergents). Cela peut être vu comme permettant l'irruption d'un certain «hasard» dans les processus décisionnels. Mais cela ne contredirait pas les points précédents.

L'exemple de la vue est intéressant à étudier: le processus élémentaire initial (transition moléculaire causée par l'absorption d'un photon) est «quantique». Mais il n'est pas évident que cela ait une portée significative sur le phénomène de vision qui émerge de la multitude de captures de photons par les cellules rétiniennes.
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[Deedee81]

Salut,

Sur ce point précis :

Est-il possible qu'une personne puisse faire un choix A ou un choix B parce que [...] quantique

Je ne suis pas sûr qu'on sache répondre. J'aurais tendance à répondre que non même au niveau neuronal car la décharge d'un neurone est un effet de seuil donc en principe peu sensible aux fluctuations quantiques. Mais ça reste une opinion.

Je sais qu'il y a eut des travaux au niveau machinerie cellulaire de l'influence des fluctuations quantiques (pour la diffusion moléculaire dans le cytoplasme, pour les liaisons des protéines à leur cible, pour la réparation de l'ADN, etc...), j'avais lu un article il y a déjà quelques années là-dessus. Mais au niveau neuronal je ne sais pas s'il y a eut des travaux sérieux (et encore moins sur les résultats cognitifs).

[Olorin]

Les phénomènes microscopiques ont une indétermination fondamentale d'origine quantique. Ainsi l'état d'une particule est décrit par une fonction d'onde qui s'interprète en terme de probabilité. Et, lors d'une "mesure", il y a réduction du paquet d'onde, mais le résultat ne sera pas déterministe mais uniquement probabiliste (au niveau microscopique).

Les prémisses de ta question font qu'elle se place dans le cadre d'une interpretation particulière des phénomènes quantiques ( Celle dite de Copenhague) . Or, il existe une école qui considère que les phénomènes de la physique quantique sont déterministe, réaliste et non locaux; la théorie de l'onde pilote de de Bohm-De Broglie.

Je me pose la question suivante :
Existe-t-il des phénomènes naturels macroscopiques qui montrent un comportement intrinsèquement probabiliste du à la mécanique quantique?
Ou, au contraire, est-ce-que, dans la nature, les phénomènes quantiques microscopiques sont systématiquement "moyennés" de manière statistique en passant au macroscopique et ainsi le "macro" est toujours déterministe (ou en tout cas aucune indétermination d'origine quantique).

Curieusement, il existe des phénomènes macroscopiques qui sont analogues aux phénomènes quantiques et à l'interpretation de Bohm-De Broglie. A voir ici:

[ulyss]

Merci pour vos réponses.

Je reviendrai dessus.

Juste, par rapport à la remarque de Olorin, il me semblait que l'expérience d'Alain Aspect avait mis en défaut toute théorie à variables locales cachées, et que la théorie de l'onde pilote était justement une théorie à variable locale cachée, en l'occurrence les éventuelles variables décrivant l'onde pilote...

[ulyss]

Une opinion:

B- La question n'est pas s'il faut recourir aux effets quantiques pour décrire le cerveau, mais si son fonctionnement peut se décrire comme une émergence statistique à partir des réactions chimiques élémentaires ou même simplement de description simples (elles-mêmes émergentes) du fonctionnement de synapses, neurone, y compris prenant en compte le milieu extra-cellulaire. (Parler de réductionnisme est souvent une manière de masquer la notion d'émergence.) Et non, expliquer des phénomènes «macroscopiques» (in fine, un comportement en termes de stimuli sensoriels, de mouvements musculaires, etc.) en termes d'émergence de phénomènes chimiques n'est pas de la para-science.

L'idée est bien en ligne avec les très grands nombres impliqués, la complexité de ce qui émerge venant alors de ces grands nombres et non des phénomènes élémentaires.

J'essaie de comprendre les implications de ce que vous avancez ici.
Pour moi les effets statistiques tels que vous les présentez, les effets de moyennes apparaissent par exemple en physique statistique. On a un système, il y a une description microscopique (le donnée des vitesses et des positions de l'ensemble des molécules composant le système), il est impossible d'y avoir accès.
Néanmoins on en a une description par des distributions de maxwel-boltzman qui décrivent une répartition statistique.
Des moyennes sur cette distribution donnent les variables macroscopiques (qui ne sont définies que lorsque l'on est à l'équilibre thermodynamique). L'énergie cinétique moyenne des molécules va donner la température, une autre grandeur moyenne donne la pression, une autre le potentiel thermodynamique/ou chimique,etc...
Une autre moyenne est l'entropie globale, qui ne peut qu'augmenter, et donne une flèche thermodynamique/globale au temps. Ainsi le seconde principe de la thermodynamique, en physique statistique, n'est plus un principe mais un théorème qui se démontre.

Revenons à ce que vous dites, Amanuensis : vous semblez dire que le fonctionnement du cerveau qui se traduit en états cognitifs, mais pas seulement, il y a aussi tout le "contrôle-commande" de la machinerie humaine, tous les réflexes, la libération des hormones, la thermo-régulation, le contrôle du coeur, des organes, etc..
Vous semblez dire que ce fonctionnement est une émergence statistique impliquant les très grands nombres (j'ai compris le très grand nombre de neurones, et de synapses en l'occurrence).
Ce qui est sûr, c'est que ce qui émerge c'est un ordre, une organisation ordonnée de la matière, de notre corps.
Comme l'entropie ne peut qu'augmenter, il faut que l'on "expulse" le désordre, mais cela se fait par le fonctionnement de l'organisme, par l'émission de chaleur, par l'expulsion des toxines (par l'urine), ou la respiration, la sudation, etc...

Vous voulez dire que l'ensemble les réflexes, la régulation, les états cognitifs émergent d'une moyenne globale (ou locale à chaque sous-partie du cerveau dévolu à chaque fonction) des états des neurones et/ou des synapses?

Bon après, il faudrait peut-être qu'un neurologue intervienne ici, ou quelqu'un qui s'y connaît.

J'ai lu quelque part que le cerveau procédait probablement par optimisation de fonction-objectif global.
Il y a des choses innées, je veux dire qui sont "pré-codées" dans l'ADN, pour lesquelles le plan de câclage neuronal est en quelque sorte pré-établi.
Il y a les choses que l'on acquiert, que l'on apprend. C'est sur cette deuxième partie qu'il y aurait optimisation d'une série de fonctions-objectifs tendant à réorganiser le cerveau, à faire se développer telles synapses, alors que d'autres disparaissent.
Cela renvoie directement à ce que l'on fait en machine learning, cela s'appelle d'ailleurs de l'apprentissage statistique, donc je pense que vous pensiez à cela lorsque vous parliez d'émergence statistique ?
Mais bon, les datascientist le disent, si l'on parle de réseaux de neurones (ou Deep Learning), le perceptron de Rosenblatt (qui est le réseau de neurones le plus simple) en fait, on emploie le mot de neurone que par analogie, et Rosenblatt disait que le fonctionnement d'un vrai neurone organique est beaucoup plus compliqué que celui du perceptron. Mais il y a bien sûr plein d'autres algorithmes d'apprentissage...
Néanmoins en apprentissage statistique les variables d'entrée sont des variables aléatoires, effectivement, donc il y a un côté statistique, mais la réponse, la sortie n'implique pas forcément qu'il y ait un très grand nombres de variables internes à l'algorithme d'apprentissage...Ce qui n'implique donc pas forcément les très grands nombres dont vous parlez...
D'ailleurs un modèle, un algorithme d'apprentissage, ne grandit pas en efficacité lorsque l'on augmente trop le nombre de paramètres de l'algorithme. En fait il faut réaliser un compromis biais-variance, s'il n'y a pas assez de paramètres d'ajustement, il y a un biais important, mais s'il y en a trop, il y a sur-apprentissage, et trop forte variance du modèle.

Bon après il y a un très grand nombre de neurones, et cela dans chaque sous-partie du cerveau dédiée à telle ou telle tâche, et comme on dit que le cerveau fonctionnerait de manière massivement parallèle, de facto il y aurait des "moyennes" sur de grands nombres d'états...

De plus on dit que le cerveau est un système en déséquilibre global permanent, ou que les états d'équilibre ne sont que temporaire, je ne sais si cela peut apporter quelque chose à votre vision.

C- L'échelle des énergies et des durées mises en œuvre ne paraît pas compatible avec l'idée que ce qui émerge manifeste systématiquement des phénomènes relevant d'une description «quantiques. (Les valeurs d'action dans les processus synaptique sont très très supérieures à h. Notons l'exception des sens, par exemple l'absorption d'un seul photon peut suffire pour déclencher une cellule de la rétine.)

D- On ne peut pas exclure la possibilité que le fonctionnement implique, exceptionnellement, un débranchement de type chaotique qui sera «résolu» par une «réduction d'onde» affectant par exemple une transition moléculaire unique (et ensuite amplifiée par les mécanismes émergents). Cela peut être vu comme permettant l'irruption d'un certain «hasard» dans les processus décisionnels. Mais cela ne contredirait pas les points précédents.

L'exemple de la vue est intéressant à étudier: le processus élémentaire initial (transition moléculaire causée par l'absorption d'un photon) est «quantique». Mais il n'est pas évident que cela ait une portée significative sur le phénomène de vision qui émerge de la multitude de captures de photons par les cellules rétiniennes.

Dois-je comprendre (partie D) que lorsqu'il y a débranchement chaotique, ce qui pour moi signifie sensibilité à un ensemble de conditions initiales infimes (et donc peut-être décrites par un formalisme quantique), il y a émergence du hasard, et même plus, possibilité d'émergence du hasard véritable, intrinsèque (comme celui des phénomènes quantiques), et pas seulement du hasard du à l'ignorance fine des conditions initiales?

Merci pour vos réponses, si ce que je dit peut provoquer chez vous des remarques permettant de porter un nouvel éclairage sur la question initiale. J'espère ne pas être trop long

[Olorin]

Merci pour vos réponses.

Je reviendrai dessus.

Juste, par rapport à la remarque de Olorin, il me semblait que l'expérience d'Alain Aspect avait mis en défaut toute théorie à variables locales cachées, et que la théorie de l'onde pilote était justement une théorie à variable locale cachée, en l'occurrence les éventuelles variables décrivant l'onde pilote...

Non, le théorie de l'onde pilote est une théorie à variables non locales, puisque l'onde quantique associée à une particule est perturbée par les ondes quantiques de toutes les autres particules de l'univers. C'est une théorie fondamentalement non-locale, mais déterministe et réaliste.
Cordialement.

[LeMulet]

J'ai lu quelque part que le cerveau procédait probablement par optimisation de fonction-objectif global.
Il y a des choses innées, je veux dire qui sont "pré-codées" dans l'ADN, pour lesquelles le plan de câblage neuronal est en quelque sorte pré-établi.

A mon avis c'est presque ça, sauf que lorsqu'on dit que le câblage est génétique, ça ne veut pas dire qu'il est déterminé comme si on avait affaire à une machine, construite et assemblée selon un plan.
On doit plutôt voir ça comme des êtres vivants avec leur propre ADN, des cellules ici en l’occurrence, qui sont génétiquement prédisposées à croitre et à s'organiser au grès de leur environnement selon des "consignes".
Avant d'arriver à un cerveau, il y a eu tout un tas de transformations pendant le processus d’embryogenèse, qui a produit le tube neural.
Cette transformation est "codé" dans l'ADN en partant d'une minuscule cellule, et produit in finé, comme une fleur ou un champignon, une structure organisée dépendante de son milieu

Tout ça effectivement dans un contexte quantique (les réactions chimiques et les assemblages moléculaires sont des phénomènes qui présente des aspects quantiques), mais je ne suis pas sûr que cet aspect là des choses soit vraiment à la base de l'émergence du vivant.
Je dirais que le monde quantique, c'est le monde microscopique, "les briques", mais c'est l'organisation de ces briques qui fait émerger, malgré ou grâce aux phénomènes quantiques, les propriétés émergentes du vivant.
L'homéostasie, qui est un phénomène de régulation sert justement à "effacer" les micro variations et c'est à partir de ce phénomène, à mon avis, qu'on conçoit mieux ce qui prédomine dans le fonctionnement cellulaire.

[Amanuensis]

Merci pour vos réponses, si ce que je dit peut provoquer chez vous des remarques permettant de porter un nouvel éclairage sur la question initiale. J'espère ne pas être trop long

Mon problème, pour répondre, est que vous introduisez des tas de notions qui ne sont pas dans mon message, d'une part, mais surtout qui me semblent (en toute généralité) être trop souvent introduites sans nécessité, comme l'entropie ou l'idée de «hasard véritable». Elles sont inutiles aux idées que j'essayais de présenter, et, en allant plus loin, àmha, même nocives ou du moins «parasites».

Ceci dit, une fois mis de côté ces développements là et quand c'est applicable, la reformulation est dans l'ensemble correcte. Le message précédent (de LeMulet) va dans le sens que je présentais aussi.

Juste un point:

De plus on dit que le cerveau est un système en déséquilibre global permanent, ou que les états d'équilibre ne sont que temporaire, je ne sais si cela peut apporter quelque chose à votre vision.

Cela en fait partie. On peut aller plus loin: tout l'organisme est en déséquilibre permanent, au sens où il est constamment loin, très loin, de l'équilibre thermodynamique. Et il se maintient lui-même ainsi par l'acquisition et l'exploitation d'énergie de haute qualité, essentiellement par oxydo-réduction de réducteurs (le plus gros de la nourriture) par l'oxygène de l'air. Le vivant est essentiellement dynamique, pas statique. L'état de déséquilibre du cerveau est une sorte de «donnée de base» ; les processus dont il est le siège sont essentiellement dynamiques, il fonctionne sous cet aspect là comme tout le vivant.

[yvon l]

(...)
Une autre moyenne est l'entropie globale, qui ne peut qu'augmenter, et donne une flèche thermodynamique/globale au temps. Ainsi le seconde principe de la thermodynamique, en physique statistique, n'est plus un principe mais un théorème qui se démontre.
(...)

Une façon de présenter et formuler le problème du point de vue énergie entropie : le message #1 (exemple 2 pour le cerveau) de https://forums.futura-sciences.com/d...econdaire.html

[Amanuensis]

L'un des aspects «parasites» de certains concepts est propre aux forums: si on les abordent, elles se «reproduisent» dans la discussion, et finit par la bouffer...

[yvon l]

et comme d'ab. affirmation sans argumentation... dommage.

[stefjm]

L'un des aspects «parasites» de certains concepts est propre aux forums: si on les abordent, elles se «reproduisent» dans la discussion, et finit par la bouffer...

D'un autre coté, la modération a fermé le fil sur lequel les aspects «parasites» auraient pu être discutés, en toute indépendance de ce fil...