Laurent tourelle
La vie est une conséquence de l’entropie ? « Vous commencez avec un groupe aléatoire d’atomes, et si vous l’éclairez suffisamment longtemps, il ne devrait pas être si surprenant que vous obteniez une plante. » L’origine de la vie sur Terre demeure une question fascinante. Les scientifiques proposent diverses théories sur son commencement, notamment l’hypothèse selon laquelle la vie aurait pu émerger à proximité d’évents hydrothermaux, fournissant l’énergie nécessaire aux réactions chimiques ayant conduit aux premiers organismes vivants.
On décrit souvent cet événement comme une coïncidence improbable, où un mélange approprié de produits chimiques se combine par hasard à travers des collisions aléatoires pour engendrer la vie. Mais si c’était en réalité la physique qui sous-tendait ces réactions, orientant la vie vers son émergence ? C’est l’essence d’une idée avancée par le physicien américain Jeremy England, qui suggère que la vie pourrait être une conséquence de l’entropie.
L’entropie est une mesure du désordre d’un système.
Lorsqu’un système est en état d’entropie élevée (ou de désordre élevé), changer les composants n’aura que peu d’effet sur son état global.
Cependant, dans l’univers, certaines choses, comme la vie, existent dans un état de faible entropie. Cela pourrait sembler contredire la deuxième loi de la thermodynamique, qui stipule que l’entropie dans un système fermé augmente toujours, tendant vers le désordre. Pourtant, ce n’est pas le cas pour la vie. La vie respecte cette loi car elle puise de l’énergie dans son environnement, utilisant cette énergie pour réduire temporairement sa propre entropie. C’est similaire à l’effort nécessaire pour façonner la neige en bonhomme de neige, créant un ordre temporaire jusqu’à ce que l’entropie finisse par ramener la neige au désordre.
Lorsque l’on considère le système global, incluant la source d’énergie utilisée par la vie et la chaleur dissipée, l’entropie globale continue d’augmenter conformément à la deuxième loi de la thermodynamique.
Cette loi statistique de l’univers a été découverte par Rudolf Clausius, qui a observé que la chaleur se déplace des corps chauds vers les corps plus froids, et non l’inverse. Selon Jeremy England, la vie et les structures similaires à la vie peuvent émerger dans des environnements complexes et chaotiques parce qu’elles sont capables de mieux répartir la chaleur dans leur environnement. Autrement dit, la vie et les structures similaires à la vie sont une conséquence de l’entropie et de sa capacité à distribuer la chaleur.
Dans une étude, England a simulé une soupe complexe de 25 produits chimiques à des concentrations variées, appliquant différents niveaux d’énergie pour « forcer » les réactions chimiques, de la même manière que la lumière du soleil déclenche la production d’ozone dans notre atmosphère (grâce à l’entropie).
« Comme prévu par des travaux théoriques antérieurs, notre principale conclusion était que les comportements cinétiquement stables d’un tel système sont effectivement biaisés et semblent finement adaptés au lecteur externe », ont écrit England et son co-auteur Jordan M. Horowitz dans leur article. « En d’autres termes, le comportement à long terme du système produit des résultats qui seraient peu probables dans un échantillonnage aléatoire et uniforme de tout l’espace des possibilités. »
Alors que certaines soupes chimiques évoluaient vers l’équilibre comme prévu, des systèmes plus extrêmes ont connu un « ajustement spontané », se réorganisant en structures plus complexes, mieux adaptées à leur environnement complexe et plus efficaces pour distribuer la chaleur.
Dans un deuxième article, l’équipe a découvert des « modèles plus réalistes de comportement moléculaire collectif » ainsi qu’une « tendance statistique du système à adopter des structures avec des taux d’absorption du travail supérieurs à l’équilibre […], entraînant un effet hautement irréversible. Les transitions qui maintiennent le biais de non-équilibre du système vers les structures résonantes se produisent parce que la résonance les aide à récolter plus de travail de la source d’énergie externe. »
Bien que ces résultats ne soient qu’un analogue de la vie et ne reproduisent pas toute sa complexité, cette théorie reste controversée et nécessite encore de nombreuses recherches.
Cependant, ces résultats sont intrigants et suggèrent que la vie pourrait émerger des lois de la physique. Si cela est vrai, cela pourrait indiquer que la vie est probablement omniprésente dans l’univers, apparaissant dans des systèmes complexes similaires à ceux de notre planète.
« Vous commencez avec un amas aléatoire d’atomes, et si vous l’éclairez suffisamment longtemps », comme l’a déclaré England à Quanta Magazine en 2014, « il ne devrait pas être si surprenant que vous obteniez une plante. »
