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Alors, chapitre trois, hein… "La Nature en tant que Constructeur : La Vraie Sophistication." Bon, c'est un titre qui en jette, faut l'avouer.
En gros, l'idée c'est que la nature, c'est la championne toutes catégories pour trouver des solutions à des problèmes, des problèmes bien corsés, hein. On parle pas de trucs simples. Ses solutions, c'est des assemblages organiques et inorganiques, un peu le bazar quoi, mais un bazar qui marche du tonnerre pour répondre à des défis naturellement complexes. Prenez une rivière, par exemple. Elle gère la distribution de l'eau, contrôle l'érosion, transporte les nutriments, crée des habitats, et même régule les inondations. C'est dingue, non ? Et une montagne, pareil ! Elle capte l'eau, favorise la biodiversité, régule le climat, capture le carbone… C'est un vrai couteau suisse, quoi. Et puis les castors, alors là, c'est le pompon! Ils gèrent la récolte du bois, la construction de barrages et de huttes, le stockage de la nourriture, la défense de leur territoire, et même la structure familiale. C'est des pros!
On a tous, je pense, cette envie de voler quand on voit un oiseau, ou de glisser dans l'eau comme un dauphin. Mais faut avouer, le corps humain, il est pas super bien équipé pour survivre dans la nature. Pas de fourrure pour nous tenir chaud, pas de griffes pour se défendre, pas de dents acérées pour chasser. Par contre, on a une sacrée capacité à bosser ensemble et à transformer des idées en outils. Et ça, c'est notre force.
Observer et reproduire ce que fait la nature, c'est une part essentielle de ce qui fait de nous des êtres humains. On voit les nageoires d'un poisson, et on comprend direct le lien entre la surface et la propulsion. Et on s'arrête pas là, hein! On se fabrique des nageoires pour nous-mêmes. On regarde l'eau d'une rivière, et ça nous donne envie de construire nos propres systèmes de distribution d'eau et de régulation des crues. Une montagne nous inspire pour construire des structures hautes avec des formes aérodynamiques, pour réduire la consommation d'énergie ou se protéger des éléments. Nos techniques de jardinage et d'ingénierie imitent les barrages de castors. Nos vêtements et nos textiles essaient de reproduire la chaleur et l'imperméabilité de certains animaux.
Depuis toujours, l'humanité s'inspire des solutions de la nature pour fabriquer des trucs qui nous aident à survivre. Mais, soyons honnêtes, ce qu'on crée, c'est quand même vachement moins sophistiqué que les solutions naturelles. Une voiture, c'est plus rapide qu'un guépard ? Ça dépend ce qu'on entend par "rapide". Si on parle de ligne droite sur une surface plane, oui, la voiture gagne. Mais un environnement comme ça, c'est un truc artificiel, inventé par l'homme parce que la voiture, elle est incapable de se déplacer dans la plupart des environnements naturels. Une voiture, ça sert à rien dans la jungle. Les pneus patineraient dans le désert. On peut changer les pneus, ajouter des mécanismes, mais ça bougera jamais comme une solution naturelle.
Un guépard, ça contourne les obstacles, ça tourne en un éclair, ça accélère super vite, et ça garde l'équilibre dans plein de situations différentes. Le guépard, il est bien plus performant que la voiture, presque dans tous les domaines. Et c'est vrai pour tout ce qu'on crée. Ça a l'air sophistiqué, mais c'est rien comparé à ce que la nature est capable de faire. C'est seulement dans des environnements artificiels que nos créations ont l'air efficaces. Une voiture a besoin d'une route pour être rapide, un avion a besoin d'un ciel dégagé et d'une trajectoire directe pour être efficace, un médicament a besoin qu'on ignore ses effets secondaires pour qu'il soit "ciblé". La sophistication de la nature, elle dépasse de loin ce qu'on est capable de faire.
On a ajouté plein de pièces à nos solutions. Mais les ponts, les avions de ligne, les microprocesseurs, c'est toujours du déterministe. Ils fonctionnent avec des instructions basées sur des règles, une ingénierie bien pensée. Chaque pièce a des interactions connues, des liens de cause à effet visibles. L'intérieur d'un moteur à combustion, même super avancé, a un fonctionnement précis et prévisible. Bien sûr, des erreurs peuvent introduire de l'imprévisibilité, mais ça vient de l'extérieur. Le système lui-même produit des résultats de manière totalement déterminée.
En fait, une grande partie du progrès humain consiste surtout à changer le monde pour qu'il corresponde à notre capacité limitée à construire, plutôt qu'à inventer des trucs incroyables. Quand on compare honnêtement ce que l'homme crée à ce que crée la nature, on voit qu'on n'a pas créé de vraie sophistication. À part peut-être les villes, les marchés et l'IA, presque aucune de nos solutions ne présente les caractéristiques de la complexité. Du coup, ce sont pas des objets qui résolvent des problèmes vraiment difficiles. Nos créations sont considérées comme sophistiquées seulement parce qu'on les compare à un monde qu'on a créé sur mesure pour elles.
Quand on regarde un moteur de fusée, on dit que c'est "complexe" parce qu'on pense à ce qu'on a construit avant. Y a beaucoup plus de pièces et de connexions dans un moteur de fusée moderne que dans une simple fusée à poudre. Mais maintenant, comparez une fusée à un système de propulsion de calmar. Les deux servent à se propulser dans un fluide, mais le calmar, il a des capacités qu'un ingénieur en fusée pourrait à peine imaginer. Les calmars, ils contrôlent super bien leur vitesse et leur maniabilité. Ils peuvent faire des accélérations brusques ou des voyages prolongés, sans épuiser rapidement leurs réserves d'énergie. Leur système nerveux leur permet de sentir leur environnement et d'ajuster leur propulsion en temps réel. Et les structures de leur système de propulsion se régénèrent et s'entretiennent toutes seules.
La fusée, elle est "meilleure" seulement pour faire une chose très précise : aller dans l'espace. Le carburant et les composants de la fusée sont consommés et se dégradent pendant l'utilisation. Bien sûr, le calmar, il va pas sur la Lune, mais c'est pas le problème pour lequel il a évolué ! S'il devait y aller, il serait bien plus efficace que nos fusées.
Quand on regarde les solutions de la nature, on voit pas toutes ces complications qu'on trouve dans nos inventions. C'est parce que le nombre incroyable de détails dans les solutions de la nature est lissé par la complexité. Le moteur de fusée, c'est pas un objet complexe, loin de là. On peut ajouter autant de pièces qu'on veut, il sera jamais complexe si ses entrées (carburant et commandes de navigation) sont liées de manière déterministe à ses sorties (poussée et stabilité aérodynamique).
La vraie sophistication, elle est nécessaire pour résoudre des problèmes difficiles, mais c'est une sophistication "humide" et "gluante", pas une sophistication faite de détails. Quand on voit beaucoup de détails, en fait, c'est simple, parce qu'on voit comment ça marche à l'intérieur. Complicated n'est pas complex.
Les inventions humaines, c'est pas des exemples de vraie sophistication parce qu'elles ont des causes profondes, des liens de cause à effet visibles qui produisent leurs résultats. On peut les réparer quand ça marche pas. On peut faire des schémas et des formules mathématiques pour expliquer comment ça marche à l'intérieur. C'est pas de la sophistication, c'est de la simplicité flagrante. On ne peut pas débugger la complexité.
Comment la nature fait pour créer des niveaux de sophistication aussi élevés ? Comment elle produit des solutions avec bien plus de pièces et de connexions que ce qu'on est capable de faire ? Comment elle crée des guépards super adaptables et des calmars super performants ?
On a déjà vu des indices. On a vu comment les villes et l'IA produisent leurs configurations sans qu'on les ait conçues. On a vu comment les caractéristiques de la complexité peuvent apparaître dans nos créations, à condition qu'on accepte de sortir du système et de laisser les choses converger toutes seules. En fait, c'est exactement ce que la nature fait depuis toujours.
La recette de la nature...
La vraie sophistication, on peut l'obtenir qu'avec la recette de la nature : les ingrédients de la sélection naturelle. La sélection naturelle, c'est un processus en trois étapes : la variation, l'itération et la sélection. La variation, c'est les différences qui existent entre les individus d'une population, en termes de caractéristiques physiques et comportementales. L'itération, c'est les cycles répétés (les générations) à travers lesquels les variations sont soumises à des contraintes environnementales. Et la sélection, c'est la manière dont certains traits sont favorisés ou désavantagés par l'environnement, ce qui entraîne des changements dans la fréquence de ces traits au fil du temps.
La variation dans la sélection naturelle, elle vient de plein de sources. En génétique, on parle de mutations, de recombinaisons, de flux génétiques et de dérive génétique. Mais les différences d'habitat, de climat, de disponibilité de nourriture et d'autres facteurs écologiques peuvent aussi entraîner des variations de comportement, de morphologie et de physiologie entre les populations. Les systèmes d'accouplement, les hiérarchies sociales, les méthodes de communication et les dynamiques de groupe peuvent influencer les comportements et les traits. Et les mécanismes épigénétiques, où les facteurs environnementaux influencent le développement, peuvent aussi avoir des effets durables. Bref, la variation, ça vient de partout.
Mais avoir beaucoup de variété, c'est pas suffisant. Faut qu'il y ait beaucoup d'itérations pour filtrer les variations qui marchent pas, celles qui résolvent pas les problèmes de survie. L'itération dans la nature, elle est rendue possible par les générations, les étapes successives de descendants produits par une population au fil du temps. Personne ne vit éternellement. Cette limite sur la vie fait qu'un organisme doit avoir des descendants pour que sa lignée continue.
La variation et l'itération, elles bossent ensemble pour qu'il y ait plein d'options et plein d'essais. Mais il manque un ingrédient essentiel dans la recette de la nature : la sélection. Faut qu'il y ait un critère pour définir ce qui est "bon". C'est les pressions de sélection, l'ensemble des règles que la vie doit respecter pour survivre. Si une nouvelle génération apporte un changement qui s'adapte moins bien à l'environnement, elle a moins de chances de survivre, et inversement.
Ce qui est important dans la recette de la nature, c'est que ça marche de l'extérieur. On assemble pas des pièces pour créer une solution. Les éléments essentiels émergent automatiquement du processus continu de changement et de convergence de la nature.
On pourrait dire que l'ADN, ça contredit cette idée de solution automatique. Après tout, on dit souvent que l'ADN, c'est un ensemble d'instructions génétiques utilisées pour la croissance, le développement, le fonctionnement et la reproduction de tous les êtres vivants. L'ADN stocke le code pour assembler les protéines, nécessaires à la formation de la matière organique indispensable à la vie. Mais l'ADN lui-même, c'est le résultat de la sélection naturelle. C'est pas le début du processus, c'est plutôt sa structure moléculaire qui a été mise en place parce que les molécules plus simples étaient plus efficaces pour répliquer et préserver les informations nécessaires à la vie. L'ADN a émergé sur des milliards d'années grâce à un processus d'évolution chimique. L'ADN qu'on voit aujourd'hui, c'est juste un instant dans le temps d'un processus très long.
Et puis, l'ADN, c'est une délimitation humaine, une définition pratique. Ça veut pas dire que l'ADN est pas réel, ça veut juste dire qu'on choisit d'accorder beaucoup d'importance à sa structure isolée. Mais cette structure, elle vaut rien sans le contexte physique qui rend son rôle possible. La complexité n'a pas de causes fondamentales.
La sélection naturelle nous montre que c'est en travaillant de l'extérieur qu'on obtient la vraie sophistication. En étant en dehors de toute connaissance interne sur la manière dont les choses fonctionnent, la sélection naturelle permet au chaos de la matière et de l'information de se configurer naturellement pour survivre. C'est comme ça que les solutions aux problèmes difficiles sont créées.
C'est pour ça que les arguments comme le "dessein intelligent" sont pas valables. Pas seulement parce qu'ils sont invérifiables, mais parce qu'ils partent du principe que la complexité serait conçue. Croire que la complexité serait conçue, même par un être surnaturel, c'est pas conforme à la façon dont la complexité fonctionne en réalité. C'est pas contre la croyance en Dieu, c'est contre la manière dont on encadre la complexité. La nature ne conçoit pas, et la vraie raison, c'est que la conception ne marche que dans des environnements déterministes, ce qui n'est pas le cas de la complexité. S'il y a un Dieu, il aurait pas conçu l'univers de manière déterministe, il aurait mis en place un processus externe qui permet à la nature de converger automatiquement. Une approche bien plus belle.
La nature, elle a toujours été notre muse. On a toujours regardé la nature pour s'inspirer, et on a essayé de copier ses solutions. Mais y a un message bien plus important. La nature nous montre que pour produire des solutions super flexibles et dynamiques, celles qui résolvent vraiment des problèmes difficiles, un processus externe de variation, d'itération et de sélection, c'est la seule solution. Il faut sortir des systèmes qu'on veut créer. Il faut admettre qu'on est absolument incapables de comprendre comment quelque chose marche de l'intérieur. L'absence de causalité dans les systèmes complexes n'est pas une question de degré. C'est une transition radicale qui change la manière de résoudre les problèmes.
On parle de sélection naturelle en biologie, mais ça se limite pas à la biologie. La sélection naturelle, c'est un processus universel par lequel la complexité est atteinte et évolue. Quel que soit le système, s'il veut accomplir quelque chose qui dépasse la complication simpliste qu'on voit dans nos systèmes artificiels, il doit utiliser des niveaux massifs de variation, d'itération et de sélection pour converger vers des choses vraiment sophistiquées.
La sélection naturelle, c'est la version de la nature du "test et erreur". La nature ne déduit pas ses solutions. La déduction seule ne peut pas donner la réponse à un problème difficile parce qu'elle ne peut pas prévoir les compromis qui se produisent entre les caractéristiques à l'intérieur d'un espace complexe de possibilités. Y a pas de moyen analytique d'évaluer comment les innombrables caractéristiques à l'intérieur d'une situation complexe interagissent.
Les schémas de chaos qui commencent avec le problème des trois corps rendent impossible de savoir exactement comment une chose fonctionne, et cette incertitude augmente de manière exponentielle avec le nombre de pièces dans le système. Le seul moyen d'obtenir la bonne configuration de la matière, c'est de travailler de l'extérieur des détails internes.
La recette de la nature, c'est pas d'aligner des détails dans un arrangement spécifique, c'est d'arriver à des arrangements automatiquement, des arrangements qui calculent le bon résultat parce que c'est ce qui a survécu. Ça veut dire que la nature, c'est surtout du calcul. La nature crée des solutions qui calculent des réponses aux problèmes les plus difficiles, et elle le fait d'une manière complètement différente de nos machines. En fait, penser à la nature en termes de calcul, c'est une façon bien plus honnête de la comprendre que la plupart des approches scientifiques traditionnelles. C'est aussi un bon point de départ pour démythifier ce qu'est vraiment l'émergence.
La Nature en tant que Calcul
On peut voir la nature à travers le prisme de la biologie, mais on peut aussi la voir à travers le prisme du calcul. Tous les systèmes dans la nature calculent, puisqu'il y a des entrées, des sorties et un processus entre les deux. La montagne, c'est une structure dont les entrées sont le vent et la pluie, qui sont transformés en sorties comme la régulation du climat et la capture du carbone. Le castor, c'est une structure dont les entrées sont les prédateurs, la nourriture, le territoire, les fluctuations de température, les sécheresses et les parasites. Tout ça doit être transformé en quelque chose qui permet au castor de survivre : ronger du bois, stocker de la nourriture et construire une cabane.
C'est pas une analogie forcée. Le calcul, c'est pas réservé aux machines. On pense souvent au calcul en termes de faire des opérations, de traiter des données ou d'exécuter des algorithmes pour produire un résultat. Mais en réalité, le calcul ne dépend pas des algorithmes ou des portes logiques. Le calcul, c'est la transformation d'informations d'entrée en informations de sortie, par une ou plusieurs opérations. Une opération, c'est simplement une action réalisée pour atteindre un objectif dans un système ou un processus. Une action n'a même pas besoin de bouger. Une action peut être réalisée par quelque chose qui reste complètement immobile, par sa juxtaposition à ce qui bouge autour de lui. Cette notion relative d'action signifie que des choses comme les montagnes et les lits des rivières calculent aussi. Au milieu du flux d'activité, les objets inorganiques et organiques transforment la matière, l'énergie et l'information en de nouvelles choses. C'est comme ça que les problèmes de la nature sont résolus.
Ça change la façon dont on pense au calcul. Le calcul, c'est pas des procédures, des règles ou une série d'étapes. C'est objectivement la transformation d'informations. Cette définition plus précise nous permet de repenser le calcul en termes plus rigoureux, en mettant en lumière les propriétés universelles qu'il apporte à la nature. La plus importante de ces propriétés, c'est pas les procédures, mais les abstractions.
J'ai dit que le progrès par l'abstraction est une vérité universelle. Ce que je veux dire, c'est que tout processus qui peut résoudre des problèmes plus difficiles au fil du temps doit le faire en transformant les détails internes en constructions de plus haut niveau. C'est aussi vrai pour les objets inanimés que pour les êtres humains et ce qu'on construit. Ça peut paraître bizarre de considérer une montagne ou un castor comme étant composés d'abstractions physiques, mais en termes de calcul, c'est exactement ce que c'est. Les montagnes et les castors, c'est pas des objets qui produisent leurs résultats en suivant des étapes déterministes. C'est pas des algorithmes qui transforment le vent et la pluie en régulation du climat, ou le territoire en construction de cabanes. Les solutions de la nature, c'est des collections de matière qui sont organisées par l'évolution pour transformer des entrées en sorties, sans qu'il y ait de liens de cause à effet simples.
Les abstractions physiques sont les principaux éléments de calcul des choses complexes. Pas des portes logiques ou des algorithmes. C'est parce que le calcul dans la nature doit faire ce que toutes les abstractions font, c'est-à-dire transformer beaucoup d'entrées possibles en quelques sorties nécessaires. Seules les abstractions physiques peuvent produire ce que la montagne, la rivière, le guépard et le castor produisent.
Les montagnes, bien qu'elles aient l'air simples de loin, sont des structures incroyablement complexes avec de nombreuses facettes et caractéristiques sophistiquées. Les couches inclinées, plissées et faillées sont un résultat des forces tectoniques. Les montagnes contiennent souvent différents types de roches, représentant différents processus géologiques et des périodes de leur histoire. En fait, les montagnes ne sont pas des objets statiques. Elles sont souvent situées près des limites des plaques tectoniques, ce qui entraîne de nombreuses interactions complexes comme la subduction, le rifting et la collision continentale. Les montagnes sont soumises à différentes formes d'activité physique, chimique et biologique. Celles-ci décomposent la roche et remodèlent la montagne et le paysage environnant, ce qui donne une structure unique qui résout des problèmes difficiles.
Quand on regarde la nature, on regarde le calcul à grande échelle. Pas le genre de calcul qu'on voit dans l'informatique traditionnelle, mais le genre de calcul que seuls les objets complexes peuvent faire. Un calcul qui repose sur la présence d'abstractions physiques qui compriment l'information pour résoudre des problèmes.
Processus internes et externes
La recette de la nature de variation, d'itération et de sélection, c'est pas la façon dont la nature calcule les réponses aux problèmes, c'est la façon dont elle trouve les solutions physiques qui calculent les réponses aux problèmes. C'est la différence entre un processus interne et externe. La sélection naturelle, c'est un processus externe qui se soucie pas des détails internes nécessaires pour résoudre un problème. Je veux pas dire qu'elle s'en soucie pas consciemment, mais plutôt que la recette de la nature reste déconnectée des détails à l'intérieur des objets qu'elle façonne.
Un processus interne, c'est celui qui fait le calcul pour produire les résultats nécessaires. Dans la plupart des objets artificiels, le calcul interne est défini délibérément. Ça veut dire que pour presque tout ce qu'on a créé dans l'histoire de l'humanité, la découverte sert seulement à trouver les pièces qui finissent par être assemblées par la conception, pour que le calcul se fasse. Mais pour les choses complexes, le processus de découverte est utilisé jusqu'au moment où l'objet fonctionne, où il devient utilisable. L'ingénierie traditionnelle doit utiliser la conception pour créer ses éléments de calcul (par exemple, l'interaction entre les composants d'un fusil pour calculer le tir d'une balle), mais la complexité voit ses éléments de calcul émerger automatiquement, grâce à la seule découverte. Avec la sélection naturelle, au moment où la solution est découverte, elle est déjà assemblée, avec tous les éléments nécessaires pour calculer dans la nature. Découvert, pas conçu.
On a vu le même processus externe utilisé dans l'apprentissage profond. L'apprentissage profond, c'est pas concevoir des détails internes pour calculer des résultats, c'est programmer un échafaudage qui met en œuvre le processus externe de variation, d'itération et de sélection. La variété des données, les millions d'itérations et la sélection par rapport aux critères d'optimisation font que l'apprentissage profond est une reconstruction de la sélection naturelle. C'est pour ça que l'apprentissage profond est capable de réaliser des calculs internes qui n'ont jamais été mis en place par les ingénieurs. L'apprentissage profond marche grâce à des abstractions émergentes qui compriment l'information, comme toutes les solutions vraiment complexes. Il est possible grâce à une approche de construction qui sort du système qu'il cherche à créer, en permettant aux choses de converger, jusqu'à ce que les éléments de calcul nécessaires apparaissent automatiquement.
Avec des technologies comme l'apprentissage profond, on commence à voir ce que ça veut dire de construire des choses qui résolvent des problèmes naturellement difficiles. Mais c'est pas suffisant d'apprécier des processus distincts qui résolvent différents problèmes. Pour comprendre comment la complexité marche, et pour démythifier ce qu'est l'émergence, faut aussi comprendre d'où vient le "difficile" dans "problème difficile".