3 février 2009
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Article tiré de la revue Fusion n°83 Sur la différence énergéticomatérielle fondamentale entre les corps naturels vivants et non vivants dans la biosphère .
VLADIMIR VERNADSKI
1ère partie - 2nde partie
VLADIMIR VERNADSKI
1ère partie - 2nde partie
II. Tableau sur la différence énergético-matérielle fondamentale entre les corps naturels vivants et non vivants dans la biosphère
La distinction entre les corps naturels vivants et non vivants dans la biosphère se trouve dans les mêmes formes d’énergie que celles qui apparaissent dans les corps inertes.
La composition chimique des deux types de corps naturel est bâtie sur le même type d’éléments chimiques – encore qu’il fut possible que le poids atomique de certains éléments change dans la matière vivante. Cette distinction fondamentale s’observe dans l’espace-temps de la matière vivante. Il est indispensable d’étudier, en même temps que la matière et l’énergie, les manifestations du temps dans les processus vivants.
On peut admettre, sous réserve de vérification, l’hypothèse scientifique d’une structure de l’espace spécifique aux corps de matière vivante – structure ne correspondant pas à la géométrie euclidienne mais se trouvant à la base des propriétés énergético-matérielles et temporelles de la matière vivante, la distinguant des corps naturels inertes de la biosphère.
14.
Sur la base de tout ce qui est aujourd’hui connu de la biosphère, je vais maintenant essayer de résumer brièvement, sans aucune hypothèse ou théorie, la distinction essentielle entre la matière vivante de la biosphère et les corps naturels inertes, qui est si peu ambiguë et caractéristique de l’enveloppe terrestre, familière et proche de nous.
Il me semble qu’il est nécessaire et important de le faire maintenant, avant la publication de mon livre – quelle que soit la date à laquelle elle aura lieu. Autant que je sache, cela n’a jamais été fait sous cette forme ; par conséquent, on n’a encore jamais pu discuter sur l’ensemble de cette question – le problème le plus important se trouve en dehors de la sphère du naturaliste.
Pourtant, il est extrêmement important que le naturaliste s’attache à la compréhension d’un phénomène aussi essentiel dans la biosphère.
Dans ce contexte, il est important qu’ils aient à leur disposition non seulement des conceptions de la vie théoriques scientifico-philosophiques, qui occupent aujourd’hui la pensée des philosophes, mais des données beaucoup plus exactes qui sous-tendent la biologie et toutes ses « définitions de la vie » reposant sur ces données.
Dans le tableau ci-dessous, je crois que je me limite à ces généralisations empiriques et ne sort pas du domaine des faits scientifiques.
Il faut maintenant concentrer son attention sur cet aspect de la question et prendre ces généralisations comme base de travail.
15.
La distinction radicale, insurmontable, existant entre les corps vivants naturels et les corps naturels inertes de la biosphère peut être résumée dans le tableau suivant.
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I.
Corps inertes
Parmi les corps naturels inertes apparaissant de façon dispersée dans la biosphère, il n’y a pas de corps analogues aux corps vivants. Les formes inertes dispersées, tout comme les formes vivantes, sont concentrées dans la biosphère, mais les premières pénètrent jusqu’à des profondeurs plus grandes. Plus loin encore dans la couche de granite, il semble que les grandes pressions interdisent leur existence.
Ces Corps inertes sont générés dans la biosphère par la mort de la matière vivante (par exemple les organismes microscopiques), à partir de leurs sécrétions et excrétions, par le mouvement des phases liquides ou gazeuses dans les orages, dans les gisements pétroliers, etc. Ils sont aussi apportés dans la biosphère à partir des régions les plus basses par des gaz ou des fluides, des explosions et éruptions volcaniques, des mouvements tectoniques. Ils sont produits par des processus physico-chimiques ordinaires et peuvent être produits synthétiquement dans nos laboratoires.
Les Corps inertes dispersés entrent continuellement et sans interruption dans la biosphère – sous forme de poussière cosmique et de météorites – à partir de l’espace cosmique, de parties de la galaxie.
Corps Vivants
Les corps naturels vivants n’existent que dans la bio-sphère et uniquement comme corps dispersés (discrets), sous forme d’organismes vivants ou de leurs agrégats – la matière vivante. On les observe à la fois à l’échelle macroscopique (celle des effets gravitationnels) et à l’échelle microscopique.
La synthèse artificielle des corps naturels vivants n’a jamais été réalisée. Ceci indique qu’une condition fondamentale est nécessaire pour cette synthèse, condition absente du laboratoire.
Pasteur pensait que la cause en était l’absence de dissymétrie – un état de l’espace particulier – dans les conditions de laboratoires (voir § 10-11).
L’entrée de corps vivants dans la biosphère à partir de l’espace extraterrestre est concevable mais n’a pas été prouvée jusqu’à maintenant.
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II.
Corps inertes
Les corps naturels inertes sont extrêmement hétéromorphes et ne manifestent pas de connexion génétique unifiée entre eux.
Les corps naturels inertes de la biosphère n’ont pas de caractéristique commune unifiante analogue à la cellule, au protoplasme ou à la reproduction, caractéristiques communes à tous les corps vivants naturels.
Corps vivants
Les corps naturels vivants se présentent comme un tout unifié – la matière vivante dans la biosphère – aussi bien morphologiquement, ayant la même unité morphologique – la cellule, que dans leurs structure et matériau, ayant le même protoplasme ; et, finalement, qu’en termes dynamiques, puisque possédant toujours le potentiel de reproduction.
On peut difficilement nier que cette unité de tous les corps naturels vivants soit reliée à leur unité génétique au cours du temps.
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III.
Corps inertes
Dans les processus et les Corps inertes naturels, il n’y a pas de distinction entre les propriétés chimiques des formes énantiomorphes d’un même composé chimique.
Les orientations droite et gauche sont soumises aux lois strictes de la symétrie dans les solides homogènes (monocristaux). En particulier, les quantités de monocristaux gauche et droite d’un même composé chimique sont identiques. Les « gouttelettes dispersées », c’est-à-dire les cristaux homogènes – individus de composition chimique solide, diffèrent fortement dans leur structure interne de la géométrie euclidienne ordinaire (isotrope), mais ils ne sortent pas du cadre de cette géométrie.
Les formes énantiomorphes des corps naturels inertes sont géométriquement et chimiquement identiques. Elles apparaissent toujours en quantité égale et ne sont pas chimiquement distinguables. On peut même dire que cette identité, en termes chimiques, des formes énantiomorphes, est l’expression nécessaire de la structure atomique des composés solides homogènes et de l’espace géométrique euclidien, exprimés en termes physiques et matériels. C’est une manifestation de la base atomique de la construction, d’une part, et de la géométrie euclidienne, d’autre part.
Corps vivants
La distinction chimique entre les formes énantiomorphes d’un même composé chimique caractérise un état de l’espace physique, occupé par le corps d’un organisme vivant, et son action sur le milieu environnant, la biosphère. Cette différence chimique se manifeste fortement dans les produits solides (cristallins et mésomorphes) et liquides générés par les processus biochimiques des organismes vivants. Ce sont soit les isomères gauches, soit les isomères droits, qui prédominent.
Ce phénomène se manifeste clairement et profondément dans les propriétés de la matière vivante de la biosphère, jusqu’aux molécules qui composent les corps vivants. Les lois de symétrie de l’état solide cristallin sont violées de façon radicale.
Ces états de l’espace, occupés par les corps de matière vivante, ne sont générés dans la biosphère qu’à partir de corps naturels vivants déjà existants. Ils sont générés par naissance (principe de Redi). On peut voir là une expression du principe de Curie (voir § 11).
Il semble que Pasteur avait raison, que pour les composés chimiques premiers, essentiels pour la vie, seuls les isomères gauches apparaissent dans le corps d’un organisme vivant (dans son espace physique). Les isomères droits n’apparaissent pas ou bien sont retransformés par les organismes. Malheureusement, ce phénomène de portée considérable, qui pourrait facilement être établi, n’a pas encore été vérifié et ne reste que très probable.
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IV.
Corps inertes
De nouveaux corps naturels inertes sont générés dans la biosphère par des processus physico-chimiques et géologiques, sans relations avec des corps naturels existant antérieurement, vivants ou inertes ; ils sont formés d’innombrables manières à partir de corps naturels qui ne ressemblent en général pas aux corps produits.
Les Corps inertes peuvent se former dans les corps vivants naturels. Toutefois, on n’observe rien de ce qui pourrait ressembler à une reproduction biologique dans la formation des corps naturels inertes de la bio-sphère.
Chez les Corps inertes de la biosphère, on n’observe pas de type de changement analogue au processus évolutif de la matière vivante. De façon générale, nous trouvons dans la biosphère actuelle exactement les mêmes corps naturels inertes et les mêmes phénomènes de formation de ces corps que ceux qui ont existé sur une période d’au moins deux milliards d’années. Au cours du temps géologique, de nouveaux corps naturels inertes n’ont émergé que sous l’influence de l’évolution de la matière vivante.
La création de ces nouveaux Corps inertes intervient de façon puissante et radicale – avec une envergure croissante – dans la noosphère de l’époque actuelle, comme conséquence de la créativité humaine.
Corps vivants
Un nouveau corps naturel vivant, un organisme vivant, ne peut naître que d’un autre organisme auquel il est similaire.
Pour chacune des espèces de matière vivante, il y a alternance de générations, qui procèdent dans le temps à une allure bien définie (principe de Redi).
Dans le temps géologique, au cours d’au moins deux milliards d’années, la matière vivante s’est révélée plastique – elle a suivi un processus de l’évolution des espèces. A l’évidence, de temps en temps, suivant des lois qui n’ont pas encore été élucidées – processus de mutation, en partie ? –, un nouveau type de matière vivante est généré : chez certains organismes vivants, une génération nouvelle apparaît, clairement distincte des générations précédentes, morphologiquement et physiologiquement transformée. Nous observons, depuis au moins deux milliards d’années, un processus évolutif unique et unitaire, intimement lié à l’histoire de la planète. Comme l’a montré Dana (1852), il y a un processus de génération, au sein de la matière vivante de la biosphère, de systèmes nerveux centraux de plus en plus puissants. Ce processus se poursuit inexorablement au cours du temps, mais avec des interruptions majeures de dizaines, voire de centaines de millions d’années.
Par ce fait, à la fin du Pléistocène, le rôle géologique de la matière vivante dans la biosphère s’est radicalement accru, accomplissant un bond. Grâce à la créativité humaine, la biosphère va rapidement vers un nouvel état – la noosphère
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V.
Corps inertes
Un corps naturel inerte – solide ou mésomorphe – n’a pas de propriétés spéciales de mouvement en tant que corps naturel simple. Il n’existe pas de telles propriétés dans les Corps inertes gazeux ou liquides, composés de molécules au mouvement complexe qui épousent la forme du contenant dans lequel elles sont placées.
Les corps gazeux exercent une pression sur les parois d’un contenant clos. Leur mouvement est régi par les lois de la température et de la pression.
Corps vivants
Les fluides ou les gaz vivants n’existent pas en tant que corps naturels. Les liquides et les gaz existant au sein d’un Corps vivant sont mélangés à des structures colloïdales – mésomorphes ou solides.
Le mouvement volontaire, capable dans une grande mesure d’autorégulation, est l’une des marques de tout corps naturel vivant dans la biosphère.
Il existe deux formes de ce mouvement pour la matière vivante. L’un – passif – est produit par la multiplication et c’est une propriété commune à toute matière vivante.
L’autre – actif – s’exprime chez la grande majorité des animaux et chez une minorité de plantes, par le mouvement volontaire des individus et de leurs colonies à proximité de la matière vivante.
La première forme de mouvement – mouvement d’expansion, de colonisation de la biosphère – est analogue aux lois caractéristiques des masses gazeuses ; selon celles-ci, elle exerce une pression dont la grandeur dépend du taux de multiplication (l’énergie biogéochimique de colonisation). Le taux de colonisation par la matière vivante dans les frontières de la biosphère approche le maximum physique – la vitesse du son pour le milieu gazeux de la respiration. Pour les organismes microscopiques, vivants dans les liquides, il y a encore une autre forme de mouvement, naissant du mouvement moléculaire dans les fluides, qui nous a été révélée par le mouvement brownien.
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VI.
Corps inertes
Les corps naturels inertes demeurent inertes dans toutes les conditions. Ils changent sous l’influence d’une action externe, le processus d’érosion biosphérique.
Ce processus bio-inerte se déroule lentement au cours du temps géologique. Les corps inertes ne croissent pas et, apparemment, n’augmentent pas leur masse.
On ne trouve dans la matière inerte rien d’analogue à la croissance (et la reproduction) des organismes vivants. Comparer la croissance d’un cristal à celle d’un organisme vivant relève de la mécompréhension, et cela apparaît clairement dès la première analyse logique. Les atomes d’un corps inerte ne manifestent aucune des caractéristiques du mouvement propres à la migration biogénique des atomes.
Corps vivants
Les corps naturels vivants vivent, c’est-à-dire croissent et se multiplient.
De ce fait, chaque organisme vivant est le centre et la source de la migration biogénique d’atomes, de la biosphère vers l’organisme et inversement. Dans le même temps, chaque organisme est source d’énergie libre dans la biosphère – énergie libre biogéochimique.
A travers des cheminements biochimiques, ce flux biogénique d’atomes donne lieu à la synthèse d’un nombre infini de molécules chimiques dans la matière vivante, en changement constant. Une grande partie des composés chimiques générés dans les organismes vivants peut être synthétisée par d’autres moyens au laboratoire. Cependant, la quasi-totalité de ces composés ne peut être créée dans la biosphère que par la matière vivante.
Cette synthèse par les organismes vivants a lieu à des taux incroyablement élevés par rapport à ceux que l’on observe en laboratoire.
De ce fait, l’énergie biogéochimique apparaît, en termes de puissance, comme la force fondamentale de changement de la biosphère.
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VII.
Corps inertes
Le nombre de corps naturels inertes dans la biosphère est déterminé par les propriétés générales de la matière et de l’énergie. Il ne dépend pas des dimensions de la planète.
La biosphère absorbe constamment de la matière et de l’énergie venant des espaces extraterrestres et elle en émet vers eux. Il y a un échange constant de matière et d’énergie à travers les corps naturels inertes.
Apparemment, nous voyons un équilibre dynamique maintenu – manifestation de la même organisation (mais pas du même mécanisme) caractéristique de la biosphère et de la matière vivante.
Corps vivants
Le nombre des corps naturels vivants dans la biosphère est quantitativement relié aux dimensions de celle-ci.
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VIII.
Corps inertes
Le volume et les régions d’apparition des corps naturels inertes de la biosphère sont limités par ses dimensions et ne peuvent s’accroître que par l’expansion de la biosphère.
A l’évidence, la biosphère s’étend au cours des temps géologiques par le mouvement de la matière vivante.
Dans ce processus, les corps naturels inertes de la biosphère jouent un rôle passif.
Corps vivants
La masse de matière vivante dans la biosphère est proche de la limite et, à l’évidence, reste une constante fluctuante à l’échelle des temps historiques. Elle est déterminée avant tout par l’énergie du rayonnement solaire qui tombe sur la biosphère et par l’énergie biogéochimique de colonisation de la planète.
A l’évidence, la masse de matière vivante augmente avec le temps géologique, et le processus de conquête de la Terre par la matière vivante n’est pas terminé.
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IX.
Corps inertes
Les dimensions minimales d’un corps naturel inerte de la biosphère sont déterminées par la nature dispersive de la matière et de l’énergie – par les atomes, les électrons, les neutrons, etc. Leurs dimensions maximales sont déterminées par les dimensions de la bio-sphère – un corps naturel bio-inerte. La gamme d’échelle est énorme – 1040 ou même, probablement, encore plus.
Corps vivants
Les dimensions minimales d’un corps naturel vivant sont déterminées par la respiration, c’est-à-dire la migration biogénique d’atomes gazeux (et en dernière analyse, par le nombre de Loschmidt). Ces dimensions sont de l’ordre de 10–6 cm. Les dimensions maximales n’ont pas excédé quelques centaines de mètres au cours des deux derniers milliards d’années.
Les raisons n’en sont pas claires. La gamme d’échelle est réduite : 109.
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X.
Corps inertes
La composition chimique d’un corps naturel inerte dans la biosphère est fonction de la composition et des propriétés du milieu environnant, dans lequel il se forme. Elle est déterminée de façon passive par la structure de la biosphère dans le temps géologique.
Corps vivants
La composition chimique de corps vivants naturels est générée par l’action de ces corps mêmes. Par la nutrition et la respiration, ils sélectionnent les éléments chimiques nécessaires à leur existence et à la génération de nouveaux corps naturels vivants (autarcie de la matière vivante). A l’évidence, ils peuvent changer les rapports isotopiques au cours de ce processus (changer le poids atomique des éléments chimiques).
Ainsi, les organismes vivants créent eux-mêmes les parties essentielles de leurs corps et constituent des corps indépendants et autonomes, dans des limites bien définies, au sein de la biosphère – le grand corps bio-inerte de la planète.
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XI.
Corps inertes
Le nombre des différents composés chimiques – molécules et cristaux – dans les corps naturels de la biosphère (et du noyau de la Terre) est limité. Il existe plusieurs milliers de ces molécules et cristaux. Ceci détermine le très petit nombre de formes de corps naturels inertes dans la biosphère.
Corps vivants
Le nombre de composés chimiques dans les corps naturels vivants est illimité. Ceci est lié à l’individualité et à la distinction de chaque être vivant particulier.
Nous connaissons déjà des millions d’espèces d’organismes et des millions de millions de molécules et de formes cristallines distinctes contenues en eux.
Bien qu’une petite partie seulement ait été décrite, il n’y a pas de doute quant à leur caractère.
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XII.
Corps inertes
Tous les processus naturels dans le domaine des Corps inertes naturels – à l’exception de la radioactivité – réduisent l’énergie libre de la biosphère (les processus physico-chimiques sont réversibles). De cette manière, l’énergie libre de la biosphère se réduit et l’entropie s’accroît.
Corps vivants
Les processus naturels de la matière vivante ont pour effet sur la biosphère d’accroître son énergie libre (c’est-à-dire diminuent son entropie).
Il en résulte un accroissement de l’énergie libre de la biosphère montrant l’effet fondamental de la matière vivante sur la biosphère – et sur la planète entière.
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XIII.
Corps inertes
La composition chimique des corps naturels inertes peut correspondre presque exactement à des composés chimiquement purs théoriques, avec des proportions stochiométriques précises entre éléments.
Dans les minéraux, les solutions solides prédominent (mélanges isomorphes).
Les atomes libres des éléments chimiques sont dispersés dans tous les corps inertes. Ils pénètrent toute la matière terrestre, sans entrer dans la composition de molécules et sans entrer toujours dans les noeuds de réseaux cristallins. Aujourd’hui, nous connaissons l’existence de deux processus permanents de dispersion des atomes : la pénétration de rayonnement cosmique et la radioactivité, qui causent en permanence la dispersion d’éléments – toujours éphémère – dans la matière inerte terrestre de la biosphère.
L’importance de ce phénomène commence tout juste à nous apparaître. Il nécessite des études théoriques et expérimentales.
Corps vivant
Dans la matière vivante de la biosphère, nous trouvons toujours un mélange extrêmement complexe de molécules chimiques. Ce sont toujours des corps de structure mésomorphes (colloïdale ou plus rarement cristalline). Les molécules d’eau, liées chimiquement et physiquement, mais gardant dans une grande mesure leurs propriétés caractéristiques, sont largement prédominantes. Elles constituent entre 60 et 99 % (parfois plus) du poids de la matière vivante. Dans les états latents de matière vivante, la quantité de ces molécules varie entre 4 et 15 % (et parfois moins).
Il n’existe pas de proportions stochiométriques pour la composition chimique brute des corps vivants. En effet, cette composition chimique est strictement définie et plus constante que les mélanges isomorphes de minéraux naturels. Cette composition est typique d’une espèce ou race données et elle constitue une signature caractéristique de chaque matériau vivant.
Du point de vue de la matière vivante prise dans son ensemble, il n’y a pas d’éléments chimiques biogéniques. Tous les éléments de la biosphère sont embrassés par la matière vivante. Toutefois, pour chaque élément chimique impliqué dans la biochimie de la bio-sphère, il existe des organismes vivants caractéristiques, dont l’activité concentre cet élément et qui sont distincts des autres organismes par cette propriété. C’est ici que l’action de la matière vivante manifeste clairement son caractère planétaire. [...]
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XIV.
Corps inertes
A l’exception des éléments radioactifs, les rapports isotopiques des mélanges d’isotopes (d’éléments chimiques terrestres) apparaissant dans les corps naturels inertes ne changent pas de façon significative. Evidemment, il existe des processus naturels en dehors des limites de la biosphère – par exemple, les mouvements de gaz à haute pression et haute température dans le noyau terrestre – qui peuvent changer les rapports isotopiques. [...] L’une des tâches les plus importantes de la géochimie, actuellement, est d’obtenir une définition du poids atomique des éléments chimiques des corps inertes, plus précise que ce que permettent les moyens chimiques.
Corps vivant
A l’évidence, le changement de la composition isotopique (le poids atomique) au sein des organismes vivants, dans certaines proportions, définit une propriété caractéristique de la matière vivante. Cela a été prouvé pour l’hydrogène, le carbone et le potassium, et c’est probable pour l’azote et l’oxygène. Ce phénomène demande des investigations précises. Il est maintenant plus que probable qu’un élément chimique change sa composition isotopique lorsqu’il entre dans un organisme vivant.
Ce processus devant être relié à la dépense énergétique, nous pouvons nous attendre à observer, dans la migration biogénique, un délai considérable dans la sortie de ces éléments du cycle de migration biogénique. Ce phénomène a été noté par K. M.von Beer pour l’azote. Il est possible qu’il s’agisse d’un phénomène général.
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XV.
Corps inertes
L’écrasante majorité des corps naturels solides et mésomorphes de la biosphère sont caractérisés par leur stabilité au cours des temps géologiques – plus de deux millions d’années. Ceci s’explique par le petit nombre de leurs formes. W. Bragg a dit, à juste titre, que parmi les structures cristallines (et, bien sûr, moléculaires) du Cosmos, seules les plus stables et les plus simples sont apparues. Il me semble que nous pouvons y voir le résultat d’une stabilité à très long terme du Cosmos que nous étudions. L’étude de la radioactivité des roches montre que les atomes des matériaux de base de la lithosphère n’ont pas changé leur position relative pendant des centaines de millions, voire deux milliards d’années, tout en restant constamment en mouvement.
Corps vivant
Le tableau change complètement lorsque l’on observe les corps vivants de la biosphère.
La grande majorité d’entre eux changent de forme avec le processus de l’évolution et se transforment en d’autres types ou espèces de matière vivante. C’est la manifestation du temps de la matière vivante de la bio-sphère.
Ce phénomène est beaucoup plus compliqué que nous l’imaginons dans notre compréhension actuelle de l’évolution. En fait, le processus évolutif n’a pas été jusqu’ici exprimé en termes quantitatifs et n’a pas été étudié (ce qui est maintenant possible) en termes de changement dans le taux de changement.
En dépit de la plasticité de la matière vivante, il existe des cas d’organismes manifestant une fixité totale.
L’organisme ne change pas sa structure morpho-physiologique et reste dans la biosphère contemporaine comme un témoin vivant de la biosphère passée. Nous parlons ici de plusieurs centaines de millions d’années.
[...] Malheureusement, ce phénomène de constance morphologique – la persistance – n’a pas été étudié par les biologistes. Il y a évidemment migration constante d’atomes au sein des corps vivants, qui contraste nettement avec leur immobilité chez les corps inertes. La méthode du radiomarquage commence à nous révéler un nouveau processus de substitutions biogéniques constantes au sein des molécules, où les atomes similaires échangent de place – un flux biogénique d’atomes, intramoléculaire et ininterrompu.
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XVI.
Corps inertes
Tous les processus physico-chimiques dans les corps naturels inertes sont réversibles dans le temps.
L’espace dans lequel ils interviennent – l’espace de la géométrie euclidienne – correspond à l’état cristallin isotrope ou anisotrope.
Corps vivant
Les processus physico-chimiques qui forment les corps naturels vivants dans la biosphère sont irréversibles dans le temps. Il est possible que l’on montre un jour que c’est la conséquence d’un état spécial de l’espace-temps, ayant un substrat correspondant à une géométrie non euclidienne.
On peut en tout cas le prendre comme hypothèse scientifique de travail, susceptible de vérification.
Dans la logique de cette hypothèse, nous devons admettre la possibilité qu’il existe dans notre réalité un processus de transition entre des états de l’espace différents l’un de l’autre. L’existence de la matière vivante dans la biosphère terrestre en est l’une des manifestations.
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Explications supplémentaires
Sur l’admissibilité de la conception de différents états de l’espace-temps existant simultanément dans la biosphère. Sur son hétérogénéité géométrique. Dans la biosphère, le temps doit être étudié comme la matière et l’énergie. L’hypothèse de travail d’un état géométrique particulier de la matière vivante de la biosphère, correspond à l’une des géométries riemanniennes.
16.
Analysant le tableau ci-dessus, nous voyons que la distinction entre corps vivants et inertes dans la biosphère peut être réduite à trois paramètres fondamentaux : 1) la différence de caractéristiques énergétiques ; 2) la différence de caractéristiques chimiques ; et 3) la différence des caractéristiques spatio-temporelles.
Il me semble que les premiers paramètres ne requièrent pas de discussion spéciale du point de vue du travail scientifique. [...]
18.
Toutefois, pour l’espacetemps, le problème devient beaucoup plus complexe. Nous entrons ici, d’une part, dans un domaine qui n’a pas encore été exploré scientifiquement et, d’autre part, nous traitons du substrat commun à tous les processus naturels (leur géométrie), substrat que le naturaliste est habitué à laisser de côté dans ses investigations scientifiques.
Ce substrat – l’état géométrique de l’espace physique – est plus fondamental encore que tous les processus physico-chimiques. Mais il est aussi, selon moi, encore plus réel qu’eux.
Aujourd’hui, on accepte généralement la conception – parfois même faussement posée comme axiome – suivant laquelle il n’y a qu’une seule géométrie sous-tendant tous les phénomènes terrestres.
Le naturaliste ne peut cependant pas construire ses conceptions sur la base des axiomes, comme par paralogisme, parce que leur caractère axiomatique ne peut être démontré que par des expériences et des observations scientifiques. La logique est toujours moins complète que la Nature (la biosphère dans ce cas), puisque la logique correspond à une abstraction, c’est-à-dire à une simplification de l’image de la Nature.
Lorsque nous considérons la possibilité de l’existence simultanée de géométries différentes sur notre planète, nous devons vérifier leur existence par les expériences et l’observation.
Si le naturaliste rencontre des processus qui lui permettent de le confirmer par des expériences et de l’observation, il est obligé de le faire.
Avant notre siècle, les scientifiques fondaient leurs recherches sur la seule géométrie euclidienne tridimensionnelle. Dans les nouvelles conceptions scientifico-philosophiques, liées aux constructions d’Einstein, on considère un espace à quatre dimensions ; certains pensent que cet espace est plus riemannien qu’euclidien. La pensée en physique théorique recherche ici de nouveaux chemins, mais elle n’a pas encore mené l’analyse à son terme, comme l’exige la logique.
19.
Avant d’aller plus loin, il est indispensable de clarifier, dans quelle mesure il est possible d’admettre dans notre réalité scientifique l’existence d’espaces caractérisés par des géométries différentes dans différents domaines.
Il me semble que les gens pensent aujourd’hui qu’une telle chose est impossible, sans avoir soumis la question à analyse. Nous pouvons le voir dans l’histoire de la géométrie. A son époque, Lobatchevski admettait la possibilité qu’une nouvelle géométrie, découverte par lui, puisse définir la structure spatiale de la réalité scientifique en lieu et place de la géométrie euclidienne. Il tenta de tester expérimentalement son hypothèse en mesurant les triangles formés par les étoiles. Aujourd’hui, Eddington essaye de mettre en lumière le véritable espace à quatre dimensions – l’un des espaces riemanniens – correspondant à la conception d’Einstein du Cosmos.
Néanmoins, tout ceci se résume à une conception très simple, très abstraite, du Cosmos ; elle peut satisfaire le géomètre et le physicien théorique mais elle contredit la connaissance empirique du naturaliste. Il existe une autre conception possible logiquement – celle d’une inhomogénéité géométrique de la réalité, conception plus proche de la connaissance empirique, sans contredire ce que nous savons scientifiquement : admettre que dans des processus soumis à un examen scientifique, le Cosmos peut manifester des géométries différentes, dans différents cas.
L’hypothèse d’une seule géométrie unifiée pour l’ensemble du Cosmos, pour l’entièreté de la réalité, est inséparablement liée à l’hypothèse selon laquelle les origines des théorèmes géométriques sont liées à des propriétés spéciales de notre compréhension. Toute l’histoire de la géométrie réfute cette hypothèse.
20.
Cela m’amène aux considérations suivantes. Nous savons aujourd’hui qu’il existe toute une gamme de géométries que l’on peut répartir en trois classes – celles d’Euclide, de Lobatchevski et de Riemann – et que chacune d’entre elles est irréprochable et également vraie. Le travail de généralisation se poursuit avec succès pour réduire toutes ces géométries en une seule géométrie généralisée.
L’histoire des sciences nous démontre clairement que la géométrie et ses lois, du point de vue de leur base fondamentale, sont déduites de façon empirique, comme toutes les autres généralisations sur les relations entre matière et énergie. Les fondations à partir desquelles ces lois sont dérivées de façon déductive sont établies par les observations et expériences scientifiques précises du chercheur. On peut difficilement commencer aujourd’hui en prenant comme autorité scientifique des conceptions philosophiques et non scientifiques sur la genèse de la géométrie, voyant en elles une manifestation logique de la compréhension humaine. Je préfère toujours, lorsque cela est scientifiquement permis, ne pas m’éloigner des bases scientifiques empiriques.
Partant de là, on peut, si nécessaire, admettre la possibilité que la réalité est géométriquement non homogène ; et que différentes géométries pourraient naître dans différents processus ; et que nous devons en tenir compte dans notre travail scientifique. Dans la biosphère, nous sommes précisément confrontés à ce type d’hétérogénéité géométrique.
21.
Pour nous, l’espace est inséparable du temps. Cette conception ne résulte pas des hypothèses théoriques d’Einstein mais avait été établie beaucoup plus tôt de façon indépendante. J’ai essayé de le montrer dans d’autres publications.
Nous vivons aujourd’hui une époque extrêmement importante de l’histoire des sciences. Pour la première fois, l’objet de nos investigations est le temps, entité qui est restée pendant des siècles en dehors de la sphère scientifique. Cette situation caractérise la science de notre époque et la différencie de la science du XIXe siècle. Il est désormais clair que le temps est une manifestation extrêmement complexe de la réalité et que le contenu de ce concept est très riche. Parlant d’espace-temps, nous ne faisons référence qu’au fait qu’ils sont inséparables l’un de l’autre. Pour la science, il n’y a pas d’espace sans énergie et matière ; exactement dans le même sens, il n’y a pas de temps.
La conception de Minkowski et de ses prédécesseurs, suivant laquelle le temps est la quatrième dimension de l’espace, est une abstraction mathématique n’ayant pas de support dans la réalité scientifique. Il s’agit d’une fiction ne correspondant pas au contenu réel de la science, ni à la véritable conception scientifique du temps. Le temps n’est pas une dimension de la géométrie métrique.
Naturellement, le temps peut être représenté géométriquement sous la forme d’un vecteur mais cette représentation ne saurait sous-tendre toutes les propriétés du temps dans les processus naturels étudiés par le naturaliste ; et elle ne fournit rien de réel dans le sens de la connaissance.
Elle ne lui est pas nécessaire.
La science du XXe siècle est maintenant à un point où le moment est venu d’étudier le temps de la même façon que l’énergie et la matière qui remplissent l’espace. Le temps de Minkowski, considéré comme la quatrième dimension d’un espace euclidien, ne correspond pas au temps effectivement observé dans l’espace physique. Nous ne devrions pas oublier que, dans un travail scientifique concret, nous ne traitons pas, en général, de l’espace géométrique abstrait et absolu. A tout instant, nous traitons de l’espace réel de la Nature, beaucoup plus compliqué.
Dans le vide, et bien souvent dans un milieu gazeux, nous pouvons utiliser très souvent, sans avoir besoin de faire des corrections, les conclusions tirées des propriétés de l’espace abstrait de la géométrie euclidienne.
Mais pas toujours. Dans la plupart des problèmes auxquels nous sommes confrontés, impliquant des corps solides et des fluides, on ne peut procéder ainsi. Il est donc opportun, comme nous le verrons, de distinguer l’espace réel de la Nature – dans ce cas, la biosphère – en tant qu’espace physique, de l’espace géométrique ; de la façon dont opérait Helmholtz, apparemment le premier à le faire ainsi.
Dans ce sens, le temps du naturaliste n’est pas le temps géométrique de Minkowski, n’est pas le temps de la physique mécanique et théorique, ni celui de Galilée et de Newton.
Au § 15, j’ai indiqué la distinction empirique très nette entre le temps des corps vivants et celui des corps naturels inertes de la biosphère.
Dans les processus vivants, le temps se manifeste par des successions de générations, phénomène complètement absent chez les corps inertes.
La succession de générations est la manifestation spécifiquement biologique du temps, qui distingue nettement un type de matière vivante d’un autre, avec à chaque fois une échelle de comparaison différente.
Il est aussi possible de trouver une échelle commune pour toutes ces échelles particulières.
22.
A partir de tout ce qui a été dit plus haut, il est avantageux d’organiser le travail scientifique en faisant l’hypothèse de travail scientifique que l’espace, au sein d’un organisme vivant, est un espace différent de celui qui se trouve chez les corps inertes de la biosphère, que cet espace ne correspond pas à un état spécial du corps dans le domaine de la géométrie euclidienne et que le temps y est exprimé sous forme de vecteur polaire. L’existence des orientations droite et gauche et la non-équivalence physico-chimique de ces deux orientations nous orientent vers une géométrie différente de la géométrie euclidienne – une géométrie de l’espace de la matière vivante.
Mes discussions avec les géomètres m’ont fait clairement comprendre que la géométrie correspondant à ces conditions requises n’a pas encore été élaborée. Selon les indications de l’académicien N.N. Louzine et du professeur S.P. Finikoff, il est possible qu’il s’agisse d’une des géométries riemanniennes ; peut-être l’une de celles évoquées, mais non élaborées, par Cartan. [...] Il serait souhaitable que ces questions attirent l’attention des géomètres.
Le travail d’investigation des naturalistes emploie en fait toujours les constructions mathématiques des géomètres. Il ne peut autrement se développer correctement. D’autre part, la pensée mathématique croît et découvre de nouveaux domaines, lorsque la pensée scientifique ou la vie environnante nous confronte à de nouveaux problèmes. Le caractère géométrique de l’espace, occupé par la matière vivante, est un de ces nouveaux problèmes. Les vecteurs polaires sont caractéristiques de cet espace (absence de centre de symétrie et de symétrie complexe), tout comme la non-équivalence des énantiomères droite et gauche (leur manque de combinaison, ou leur combinaison incomplète) ; la différence chimique marquée entre processus et composés de chiralité droite ou gauche. Ce qui ressort de façon caractéristique chez les organismes vivants, c’est l’absence de lignes droites et de surfaces planes ; la symétrie des organismes vivants repose sur des lignes et des surfaces courbes, caractéristiques des géométries riemanniennes. La nature finie et close de l’espace, qui se distingue nettement de son environnement et qui prévaut sur lui, est un autre signe propre aux géométries riemanniennes.
C’est tout à fait cohérent avec le caractère distant des organismes vivants, leur autarcie.
Quelle est la géométrie riemannienne appropriée ici ? Quelles en sont les caractéristiques ? Il me semble que la réponse à ces questions est un défi qui ne peut être ignoré par nos géomètres. Elle mérite leur attention car c’est en soi un problème géométrique.
D’autant plus qu’il est relié à un problème physique plus général : la question des états géométriques de l’espace physique, qui reste encore très peu abordée par la pensée philosophique et physique.
[...] Je remercie N.N. Louzine et S.P. Finikoff, qui m’ont aidé de leurs suggestions instructives au cours des discussions que nous avons eues.
Vladimir I. Vernadski
Moscou, juin 1938.
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