La physique peut-elle expliquer la conscience ? Et celle-ci façonne-t-elle la réalité ?

Reliée à des concepts comme la connaissance, l’émotion, l’existence, l’intuition, la pensée ou encore le ressenti, la conscience est un terme polysémique sur lequel s’interroge l’Homme depuis qu’il tente de comprendre sa place dans l’Univers. Au cours des dernières années, les neurosciences ont traqué le siège de la conscience, et pourraient même l’avoir finalement trouvé. Mais les physiciens s’y intéressent également. Si la physique décrit l’Univers, peut-elle également expliquer la conscience ? Et, comme certains scientifiques l’affirment, la conscience a-t-elle le pouvoir de façonner la réalité dans laquelle nous vivons ?

Si la physique explique tous les phénomènes de l’Univers, et si la conscience fait partie de l’Univers, alors il semble que la physique puisse expliquer la conscience. Bien sûr, cela suppose que la conscience n’est pas séparée de la réalité matérielle expliquée par la physique — ce qui va à l’encontre de la vision dualiste de l’esprit et de la matière de René Descartes.

Certains n’ont aucun problème avec cela. Daniel Dennett de l’Université Tufts dans le Massachusetts et Michael Graziano de l’Université de Princeton, soutiennent que notre sens intuitif que la conscience a besoin d’une explication qui va au-delà des descriptions objectives du monde physique est déplacé. La conscience est un mirage produit par des mécanismes neuronaux sophistiqués dans le cerveau, soutiennent-ils, nous n’avons donc pas besoin de nouvelle physique pour l’expliquer.

Au contraire, nous avons besoin d’une meilleure compréhension de la façon dont le cerveau crée des modèles : du monde, d’un soi dans le monde et d’un soi qui fait l’expérience subjective du monde. D’autres non-dualistes ne nient pas catégoriquement que la conscience peut avoir des propriétés inhabituelles qui doivent être expliquées. Si cela est correct, alors la mécanique quantique peut offrir une explication.

Les systèmes quantiques peuvent exister dans une superposition de tous les états possibles simultanément, et la réalité classique émerge lorsque cette superposition s’effondre en un seul état. Une idée est que cela se produit lorsque la masse d’un système quantique franchit un certain seuil. Selon le physicien théoricien Roger Penrose de l’Université d’Oxford et l’anesthésiste Stuart Hameroff de l’Université de l’Arizona, la conscience émerge à la suite de tels effondrements se produisant dans le cerveau.

Effondrements quantiques cérébraux : sont-ils à l’origine de la conscience ?

Dans leur modèle, appelé réduction objective orchestrée (Orch OR), des éléments structurels microscopiques au sein des neurones, appelés microtubules, entrent dans des états de superposition quantique. Ceux-ci s’étendent sur des réseaux de neurones et lorsque la masse des microtubules en superposition dépasse un certain seuil, elle s’effondre, produisant des moments conscients.

Les microtubules sont des fibres constituant le cytosquelette des cellules. Selon la théorie de Penrose et Hameroff, les microtubules neuronaux pourraient entrer en état de superposition puis s’effondrer, donnant ainsi naissance à un état de conscience défini. © MicroBot

Il y a beaucoup de points à relier pour que cette idée soit prise au sérieux. L’une est de montrer que les microtubules peuvent atteindre des états de superposition quantique dans les températures relativement hautes du cerveau humain. Selon Hameroff, les travaux préliminaires et non publiés de Jack Tuszynski de l’Université de l’Alberta, au Canada, et de Gregory Scholes de l’Université de Princeton, ont atteint cet objectif. « Ils ont trouvé des preuves d’états quantiques dans les microtubules persistant jusqu’à 5 nanosecondes », explique-t-il.

L’étape suivante consiste à exposer les microtubules à des anesthésiques, qui perturbent sélectivement la conscience tout en laissant intactes les fonctions cérébrales non conscientes. « La prédiction est que les anesthésiques atténueraient les états quantiques des microtubules proportionnellement aux puissances anesthésiques connues pour endormir les humains et les animaux », explique Hameroff. Cela fournit un moyen de tester Orch OR, dit-il, et Bruce MacIver de l’Université de Stanford en Californie envisage de mener une telle expérience.

Mais que se passe-t-il si la conscience est séparée de la matière et donc en dehors du domaine de la physique ? Si c’est le cas, Orch OR interprète le problème à l’envers, déclare Johannes Kleiner du Munich Center for Mathematical Philosophy en Allemagne. Dans un article qui n’a pas encore été publié, lui et Kobi Kremnitzer de l’Université d’Oxford montrent mathématiquement que si la conscience non matérielle devait affecter la réalité matérielle, dans notre réalité physique, les superpositions sembleraient s’effondrer spontanément. « Donc, la flèche va de la conscience à l’effondrement. Dans Orch OR, c’est de l’effondrement à la conscience », explique Kleiner.

La conscience façonne-t-elle la réalité dans laquelle nous vivons ?

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Pour répondre à cette question, nous devons d’abord considérer comment la réalité de l’expérience quotidienne émerge de la réalité quantique plus complexe. Un système quantique existe dans une superposition de tous les états possibles, qui ne s’effondre en un seul état (réalité classique) que lorsque quelqu’un ou quelque chose l’observe ou le mesure — du moins, selon l’interprétation standard. Cependant, cette théorie ne parvient pas à définir exactement ce qui constitue une mesure ou un observateur, et comment cet effondrement se produit exactement.

Depuis les années 1950, de nombreux théoriciens ont tenté de résoudre ce « problème de la mesure » en se débarrassant du besoin de mesures et d’observateurs provoquant l’effondrement. L’interprétation des mondes multiples d’Everett, par exemple, dit qu’il n’y a pas d’effondrement et que chaque état classique de la superposition est physiquement réalisé dans un monde différent.

La théorie des mondes multiples d’Everett propose que lors de l’effondrement de la fonction d’onde, chaque état quantique se réalise au sein d’un sous-univers. © Christian Schirm

Les théories dites de l’effondrement, quant à elles, proposent que les superpositions s’effondrent de manière aléatoire dans l’un des nombreux états classiques possibles une fois que la masse de la matière dans le système quantique franchit un certain seuil, et résiste ainsi à la superposition. Il n’y a aucune preuve empirique pour prouver ou réfuter ces idées.

Une autre possibilité est que la conscience provoque l’effondrement. Le théoricien lauréat du prix Nobel Eugene Wigner a spéculé exactement cela dans les années 1960. Cependant, il a finalement désavoué son concept, et l’idée est tombée en désuétude, en partie parce qu’il n’y avait aucun moyen de formuler une telle théorie avec une précision mathématique. Récemment, cependant, David Chalmers à l’Université de New York et Kelvin McQueen à l’Université Chapman en Californie ont proposé un compte rendu spéculatif, mais mathématiquement fondé, sur la façon dont la conscience peut provoquer un effondrement.

La conscience : une propriété de tout système contenant de l’information

Ils commencent par la théorie de l’information intégrée (IIT), la prenant comme un exemple d’une mesure mathématique de la conscience. L’IIT dit que tout système qui intègre des informations est conscient. Chalmers et McQueen considèrent l’IIT comme appliqué aux systèmes quantiques, estimant que tout système de ce type qui intègre des informations peut entrer dans une superposition d’états conscients.

Ils postulent ensuite que les états conscients résistent à la superposition, de la même manière que, dans d’autres modèles, la masse qui franchit un certain seuil résiste à la superposition et provoque l’effondrement. Donc, si un système quantique entre dans une superposition d’états dans lesquels au moins un des états est conscient (selon l’IIT), alors cette conscience provoquera l’effondrement du système. Dans cette façon de penser, « la conscience crée la réalité classique. Mais cela ne crée pas la réalité quantique. C’est convertir la réalité quantique en réalité classique », explique McQueen.

Les tentatives précédentes pour résoudre le problème de la mesure en faisant appel à la conscience se sont heurtées à un problème majeur : si la réalité classique exige la présence d’humains conscients, comment l’Univers a-t-il évolué classiquement jusqu’au point où la conscience humaine est apparue ? La nouvelle idée évite cela parce que l’IIT ne limite pas la conscience aux êtres biologiques. L’Univers aurait pu commencer comme un système quantique et continuer à évoluer de manière quantique jusqu’à ce que la matière devienne capable d’intégrer l’information. Cette conscience a alors commencé à provoquer l’effondrement de la réalité quantique, créant le genre de réalité classique que nous connaissons aujourd’hui.

L’Univers possède-t-il lui aussi une conscience ?

Pour certains, la question de savoir si l’Univers est conscient a peu de sens. « Cela présuppose une vision de la conscience comme quelque chose de spécial qui est détaché de la psychologie. L’Univers est-il embarrassé ? L’Univers est-il heureux ? Si cela ne peut être aucune de ces possibilités, alors l’affirmation selon laquelle il est conscient est, je pense, vaine », explique Daniel Dennett de l’Université Tufts, dans le Massachusetts.

D’autres ne rejettent pas la question d’emblée, cependant. En particulier, la théorie de l’information intégrée (IIT) de la conscience soulève l’idée que tout système physique peut être conscient. Une métrique appelée phi mesure la quantité d’informations intégrées qu’un système possède, et toute personne ayant un phi qui est même supérieur à zéro serait consciente. Cela inclurait, par exemple, un thermostat, qui pourrait simplement être conscient d’être allumé ou éteint. Les partisans purs et durs de l’IIT sont conduits vers le panpsychisme, l’idée que tout dans l’Univers est conscient – ​​y compris, peut-être, l’Univers lui-même.

En février, le mathématicien Johannes Kleiner de l’Université Ludwig Maximilian de Munich, en Allemagne, et Sean Tull du Cambridge Quantum Computing Limited, au Royaume-Uni, se sont rapprochés d’une analyse formelle de l’idée. Ils ont publié ce qu’ils appellent la structure mathématique de l’IIT. Ils ont identifié l’espace mathématique qui décrit les états des systèmes physiques d’une part, et l’espace mathématique qui décrit les expériences que les systèmes physiques peuvent avoir d’autre part.

Ils ont ensuite développé un algorithme pour cartographier les éléments d’un espace à l’autre. Si l’IIT dit qu’un système physique est conscient parce que son phi est supérieur à zéro, alors ce nouveau calcul mathématique permet de mapper son état physique à une expérience. Le philosophe Kelvin McQueen de l’Université Chapman, en Californie, est plus circonspect à propos de l’IIT et de ses implications pour le panpsychisme. Selon lui, l’IIT n’est pas synonyme de panpsychisme. « Cela ne veut pas dire que tout est conscient. Et l’univers pourrait être l’une de ces choses qui ne l’est pas, même s’il contient des systèmes conscients », déclare McQueen.

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