Second principe quand tu nous tiens

Article 12 sur un total de 12 pour la série :

La terre n'a pas 6000 ans, et alors? ♥♥♥

Second principe quand tu nous tiens

« L’évolution contredit le second principe de la thermodynamique ». Et vlan ! Combien de fois ai-je entendu cela dans les conversations science/foi ? J’ai cessé de compter. Le raisonnement se décline grosso modo de la manière suivante :

Le second principe de la thermodynamique (SPT) stipule que le désordre dans un système doit augmenter avec le temps.
L’évolution suppose une croissance de l’ordre, de l’organisation, dans le monde vivant.
L’évolution s’oppose donc au second principe. Elle est donc impossible. CQFD, rentrez chez vous messieurs dames, circulez, y’a (plus) rien à voir !

Le problème de ce raisonnement est qu’il est faux. Voyons cela.

Fait froid

Prenez un verre d’eau et mettez-le au congélateur. Il gèle, et oui, l’entropie de l’eau baisse. La preuve est donc faite, chez vous, dans votre frigo. L’entropie peut diminuer.

Le SPT est-il donc faux ? Que nenni. Dans sa version complète, il stipule en fait que l’entropie doit augmenter avec le temps, pour un système fermé, c’est-à-dire qui n’échange ni énergie ni matière avec son environnement (et encore… voir paragraphe suivant).

Le verre d’eau n’a pas échangé d’eau avec l’extérieur, pas de matière, donc. Mais il a échangé de l’énergie. Il en a perdu, et son entropie a diminué.

Fait chaud

Peut-être pensez-vous « d’accord, je ne connaissais pas trop les conditions d’application du SPT, mais bon, augmenter l’ordre en refroidissant, ce n’est finalement pas trop surprenant ». Je vous le concède. Allons donc plus loin. Peut-on imaginer une diminution de l’entropie dans un système vraiment isolé, ou pire, un système que l’on chauffe ? Et bien oui.

Je vous laisse par exemple déguster ce résumé d’une intervention que j’ai personnellement suivie lors d’une conférence récente. Les auteurs y mentionnent l’observation de « brèves violations du SPT en accords avec les probabilités prévues, pour un petit système »[1]. A noter qu’aucun prix Nobel ne sera décerné pour cela. L’expérience est certes élégante, mais elle ne surprend personne (et oui, les scientifiques comprennent bien mieux le SPT que certains veulent bien le croire).

De nouveaux, le SPT est-il donc faux ? Re-que nenni. Outre les conditions citées au paragraphe précédent (système fermé), le SPT ne s’applique à strictement parler qu’aux systèmes « assez grands ». C’est-à-dire formés d’un grand nombre de particules. La raison principale est que le SPT est de nature statistique. Si j’ai 1000 boules sur un billard et que je secoue le tout, les chances que toutes les billes se retrouvent dans la même moitié de la table sont infimes. Bref, le nombre rend très improbable un ordre spontané. Mais si je n’ai que 5 boules, les chances que la même chose se produise augmentent radicalement.

Ni chaud ni froid

Résumons : Le SPT s’applique à des systèmes fermés et constitués d’un grand nombre d’éléments. Dire qu’il s’oppose à l’évolution est donc tout simplement faux. Pourquoi ? Parce que ni la terre, ni un être vivant, ni même une cellule, ne sont des systèmes fermés. Tous échangent de la matière et de l’énergie avec leur environnement. De surcroit, un nucléotide, par exemple, n’est pas un système fait d’un « très grand nombre » de parties, et à ces échelles, le SPT devient une passoire. Un jeune professeur du MIT, Jeremy England, est en train de passionner plein de gens en creusant la physique statistique précisément à cette échelle, et précisément dans un contexte biologique.

Cela ne veut pas dire que l’apparition de la vie est un problème scientifiquement réglé, loin s’en faut[2]. Cela ne veut pas dire qu’on ne tombera jamais sur un os en cherchant à comprendre la vie sans faire appel au miracle. Cela veut juste dire que les choses sont plus subtiles que « l’entropie doit augmenter ». Cela veut aussi dire qu’une diminution locale de l’entropie dans un système ouvert n’a rien de mystérieux du point de vue des lois de la physique.

Le seul mystère dans cette histoire, c’est la longévité d’un argument aussi faible. Mais ça, c’est une autre histoire.

[1] “Brief violations of the Second Law of Thermodynamics occur with the predicted probabilities, for a small system”

[2] Voir par exemple http://www.lavillebrule.com/catalogue/de-l-inerte-au-vivant,30