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Posté par Michel le Jeudi 06/04/2006 à 00:00
Du Chaos surgit l’Ordre: des physiciens font une découverte déconcertante
Selon une étude informatique entreprise par un groupe de physiciens de l'université de Washington à St Louis, il est possible de créer de l’ordre dans un système en y introduisant le désordre.

En travaillant sur un réseau de pendules interconnectés ou "oscillateurs", les chercheurs avaient remarqué que lorsque les divers pendules étaient pilotés par des forces bien ordonnées le système finissait par avoir un comportement chaotique, comme un groupe de nageuses synchronisées un peu ivres. Ce phénomène est déjà en lui-même plutôt étrange, des forces synchrones ne devaient-elles pas conduire à des pendules synchrones ? Mais ce n’est qu’ensuite qu’est apparue la véritable surprise: en introduisant le désordre dans le système (par application de forces aléatoires à chaque oscillateur), le système est repassé dans un état ordonné et synchronisé.

Les travaux des chercheurs sont non seulement difficiles à comprendre pour un non scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les...), mais sont également très déconcertants pour un physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de l'univers et les forces qui les relient. Le mot physicien dérive du grec, qui connaît la...). Les recherches sur le rôle du désordre dans les systèmes complexes sont encore récentes et loin d’être complètement comprises. Ralph Wessel, professeur de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance...) à l’université de Washington, espère qu’un jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du...) viendra où lui-même pourra mieux comprendre ces phénomènes.

Les chercheurs pensent que ce modèle pourrait servir hors du domaine de la physique théorique. Les neurones, par exemple, ont été modélisés comme des oscillateurs interconnectés ou "couplés", en raison de la manière dont ils interagissent. Dans le modèle, les oscillateurs accouplés peuvent être pensés comme étant rattaché à leur voisin plus proche, qui de ce fait influence leur mouvement. Les neurones, quant à eux, peuvent montrer une activité électrique répétitive qui peut être influencée par l'activité des neurones voisins.

Bien que l’étude soit un peu une extrapolation, admet Babette K. Dellen, elle peut aider à comprendre des observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le...) auparavant non expliquées. B. Dellen avait d’abord étudié le système dans un contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent. Le concept de contexte issu traditionnellement de l'analyse...) neuronal. Brandt en rejoignant le groupe de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par...) a été intrigué par le concept de la synchronisation induite par le désordre et a étudié plus profondément le sujet. Finalement, les trois chercheurs ont publié le résultat de leurs travaux.


Wessel, Brandt et B. Dellen
et leurs pendules oscillants

B. Dellen explique que les neurones peuvent montrer une activité synchrone en réponse à un stimulus. Et personne n'a encore proposé une explication convaincante de ce phénomène. Wessel ajoute qu’il est possible que cela n’ait rien à voir avec les neurones et que ce ne soit qu’une propriété des oscillateurs.

Un enfant sur sa balançoire

La similitude essentielle entre le système modélisé et les neurones est qu'ils sont tous les deux "non linéaires", ce qui signifie qu'il n'y a pas de corrélation linéaire, proportionnelle, entre la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale...) appliquée et le déplacement. En d'autres termes, les oscillateurs du modèle peuvent être comparés à un enfant sur une balançoire. Au début, l'enfant se déplacera proportionnellement à la force utilisée pour le pousser: si on le pousse (Pousse est le nom donné à une course automobile illégale à la Réunion.) deux fois plus fort, il ira deux fois plus loin. Mais presque tous les systèmes complexes dans la nature, comme le modèle des physiciens, sont non linéaires. Passé une certaine hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.), une poussée deux fois plus forte n’entraîne plus l’enfant deux fois plus loin. "De la même façon, lorsque vous entendez votre musique préférée deux fois plus fort, vous ne ressentez pas un plaisir double", indique Brandt, en expliquant comment un aspect du cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens, contrôle de nombreuses fonctions du corps,...), l’audition (L'audition est le fruit d'un mécanisme complexe assuré principalement par les deux oreilles (pour permettre la perception binaurale stéréophonie)et les voies centrales avec notamment un rétro-contrôle permanent...), est non linéaire.

D’autres recherches ont déjà prouvé que le désordre pouvait conduire à l’ordre, mais ces études impliquaient souvent de manipuler des paramètres dans les systèmes tels que la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est...) variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un prédicat ou un algorithme. En statistiques, une...) des pendules. Les travaux des chercheurs sont originaux en ce sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une...) que les variations concernent des forces externes. Leurs résultats pourraient avoir plus de potentialité dans le monde (Le mot monde peut désigner :) réel, où il est difficile de changer des paramètres internes (pour les neurones, par exemple), mais où il serait relativement simple d’appliquer des actions extérieures.

"Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) ceci est naturellement du domaine de la recherche fondamentale (La recherche fondamentale regroupe les travaux de recherche scientifique n'ayant pas de finalité économique déterminée au moment des travaux. On oppose en général la recherche fondamentale à...)", remarque Brandt. "Mais nous pouvons en conclure que les systèmes complexes... se comportent parfois d'une façon très inattendue, complètement à l’opposé de notre intuition ou de nos prévisions... Il sera intéressant de voir si le mécanisme que nous avons découvert sera un jour d’une quelconque utilité".

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Source: Université de Washington à St Louis (Douglas M. Main)
Illustration: David Kilper / WUSTL