https://philosciences.com/philosophie-generale/complexite-systeme-organisation-emergence

Après avoir étudié au chapitre 3-2 (de cet article) La physique moderne et la thermodynamique, s'est posée (au chapitres 3-3) la question : "notre univers est-il en équilibre"? La réponse étant négative nous avons examiné au chapitre 3-4 la question de la flèche du temps et le problème qu'elle pose (son illusion?). Puis nous avons effectué au chapitre 3-5) un retour à la question qui a été à l'origine de la réflexion de Lee Smolin: le temps est-il fondamental? Est-il asymétrique? En effet, si nous avons besoin de conditions initiales asymétriques pour expliquer notre univers alors que les lois de la nature sont temporellement symétriques, cela n'affaiblit-il pas l'argument en faveur d'un temps irréel, qui n'existe pas, comme le présente la cosmologie moderne (Carlo Rovelli dit: "il faut oublier le temps")? Au chapitre 5 nous avons réexaminé  une réflexion qui est présente dans notre questionnement depuis le début du livre de Lee Smolin (et donc dans mes articles): Pouvons-nous dire de notre univers qu'il est improbable (en raison de l’ajustement fin qui réfère à l’étonnante précision des constantes physiques de la nature et de l’état premier de l’Univers)? En effet, pour expliquer l’état présent de l’univers, même la meilleure théorie scientifique suppose que les constantes physiques de la nature et l’état premier de l’Univers aient des valeurs extrêmement précises. Pour Lee Smolin, la seule façon d'échapper à l'erreur cosmologique et au paradoxe d'un univers improbable est de baser l'explication de la complexité et du fait que l'univers a un richesse intéressante sur une physique qui soit temporellement asymétrique, qui rend de fait l'univers inévitable plutôt qu'improbable et d'adopter la réalité du temps. 

Nous pouvons aborder maintenant "ma lecture du chapitre 17:  "La renaissance du temps par la chaleur et la lumière".

3) "La renaissance du temps par la chaleur et la lumière" (chapitre 17).

    3-1) L'univers "leibnizien".

Dans l'article 9, nous venons de considérer l'une des plus grandes énigmes cosmologiques : Pourquoi l'univers est intéressant et paraît devenir de plus intéressant au cours du temps. Les tentatives de s'attaquer à cela, basées sur la vision intemporelle qu'implique le paradigme newtonien se sont avérées infructueuses et conduisent à des paradoxes: l'affirmation que l'univers unique est improbable conduit au paradoxe du cerveau de Boltzmann. Dans le chapitre 17, Lee Smolin va expliquer comment les principes d'une nouvelle théorie cosmologique, tels que ceux énoncés dans le chapitre 10 (voir mon article 3 au chapitre 2: les nouveaux principes de cosmologie). Ils peuvent mener à une compréhension de pourquoi l'univers est intéressant, sans buter sur les paradoxes que nous avons rencontrés dans l'article 9 (chapitre 16 du livre).

Commençons par la question: l'univers peut-il contenir deux instants identiques? Chaque instant est unique nous répond la flèche du temps et jusqu'ici, l'univers est différent à différents instants. La question est de savoir si la progression des instants est accidentelle ou reflète un principe plus profond. Dans les théories qui procèdent du paradigme newtonien, la flèche du temps semble accidentelle alors que dans un univers éternel on doit s'attendre à de nombreuses paires d'instants identiques. Mais il y a un principe plus profond qui dit que deux instants ne peuvent être identiques: c'est le principe de l'identité des indiscernables de Leibniz qui a été décrit dans l"article 3 (ma lecture du chapitre 10 du livre) au chapitre 2-2. Ce principe a été vu comme une conséquence du principe de raison suffisante de Leibniz et comme l'essence de la philosophie du "relationalisme". Ce principe affirme qu'il ne peut y avoir 2 objets dans l'univers qui soient distincts s'ils sont indiscernables. En particulier si des objets se distinguent l'un de l'autre seulement par leurs propriétés observables, il ne peut y avoir deux objets discernables ayant exactement les mêmes propriétés. Le principe de Leibniz découle de l'idée fondamentale que les propriétés des corps obéissent au "relationalisme": "La notion de relationalisme s'oppose à celle de substantialisme et s'est introduite historiquement à propos de la conception de l'espace et du temps. La conception substantialiste de l'espace et du temps considère qu'ils existent comme entités indépendantes au même titre que la matière et constituent un cadre pour l'existence des objets et des phénomènes. L'espace c'est l'étendue et le temps c'est la durée où sont plongés les objets matériels. Une conception qui remonte à Démocrite où les atomes et le vide ont même statut, mais qui a pris corps chez Newton avec son espace et son temps absolus et a envahit toute la physique classique La conception relation listé de l'espace et du temps considère que ce sont les formes d'existence des objets matériels, l'espace exprimant l'existence même des objets et le temps exprimant la succession des états. L'espace traduit les relations entre objets, leur disposition mutuelle, et le temps les relations entre les états et les événements. La conception relationaliste considère que l'espace et le temps sont l'expression de la coordination de ce qui existe dans l'univers. Cette conception a été essentiellement développée par Leibniz. Citons le : « Je ne dis pas du tout que la matière et l'espace sont la même chose, j'affirme seulement que sans matière il n'y a pas d'espace et que l'espace en lui même ne constitue pas une réalité absolue ». Ce n'est pas pour autant que le relationalisme constitue une doctrine idéaliste opposée au matérialisme. Car le relationalisme reconnaît l'objectivité de l'espace et du temps et son universalité, car rien ne peut exister en dehors de l'espace et du temps".

Qu'en est-il de deux particules comme deux électrons dont l'un est dans un des atomes de mon PC et l'autre sur la lune? Ce ne sont pas des particules identiques, car leur position est l'une de leurs propriétés. Du point de vue relationnel, on peut dire qu'ils sont discernables car ils ont des environnements distincts. Mais l'espace absolu n'existe pas et il n'y a aucun moyen de demander ce qui se passe en un point précis à moins d'avoir un moyen de spécifier cet endroit, par exemple en notant ce qui est unique dans la vue depuis cet endroit. Mais si on affirme que deux objets dans l'espace ont exactement les mêmes propriétés et le même environnement, cela veut dire que quelle que soit la distance depuis laquelle on les observe, on découvrira la même organisation dans l'espace pour tout le reste. Et dans ce cas, il serait impossible d'expliquer à un observateur comment distinguer un objet de l'autre. En conséquence, il est impossible que le monde contienne deux objets identiques. Plus de détails, voir le chapitre 10 du livre pages 126 et 127 ([...] si les propriétés d'un corps, les propriétés par lesquelles nous l'identifions et le distinguons des autres corps, sont des relations avec d'autres corps, alors il ne peut pas y avoir deux corps ayant exactement le même ensemble de relations au reste de l'univers. Si deux choses ont exactement les mêmes relations avec tout le reste dans l'univers, c'est qu'elles sont une seule et même chose. C'est là le principe de Leibniz, l'identité des indiscernables, une conséquence du principe de raison suffisante). Ainsi affirme Lee Smolin, dans ces pages, il n'y a aucune symétrie fondamentale dans l'univers dans son ensemble.

Il en est de même des événements dans l'espace-temps. Il ne peut y avoir non plus deux instants identiques, car le principe d'identité des indiscernables nécessite qu'il ne puisse y avoir dans l'espace-temps deux événements avec exactement les mêmes propriétés observables. Ce que j'observe, un ciel étoilé par exemple, est un panorama de l'univers depuis un lieu particulier à un instant particulier. Si; comme nous l'avons supposé pour la nouvelle physique à construire (nouvelle théorie à laquelle aspire lee Smolin) est relationnelle, alors les photons qui nous arrivent du ciel étoilé constituent la réalité intrinsèque de cet événement particulier (moi, en train de lever la tête vers le ciel, à cet endroit et à cet instant particuliers). Le principe de l'identité des indiscernables nous dit que le panorama que ce que chaque observateur peut voir depuis chaque événement dans l'histoire de l'univers est unique. Cela implique que notre univers ne peut avoir de symétries exactes comme nous l'avons vu au chapitre 10 du livre. Les symétries que la science postule et qui sont présentes dans toutes nos théories physiques avec le concept de groupe sont utiles pour l'analyse de petites parties de l'univers s'avèrent approchées ou bien rompues. 

Dans un tel univers où chaque instant est unique et ne se répète jamais, il n'y a jamais de réalisation complète des conditions pouvant donner du sens au paradigme newtonien. Cette méthode demande la répétition de nombreuses expériences pour vérifier leur reproductibilité et pour distinguer l'effet d'une loi générale des effets des modifications des conditions initiales. Cela peut être obtenu approximativement, mais jamais exactement car plus allons dans les détails, plus il apparaît qu'aucune expérience ni événement ne peut être la copie exacte d'un autre. Les univers hypothétiques dans lesquels chaque instant et chaque événement sont absolument uniques et qui satisfont le principe d'identité des indiscernables sont appelés par Lee Smolin univers Leibniziens. 

     3-2 Univers Boltzmannien. Ceci est en contraste avec l'univers conçu par Ludwig Boltzmann, vision de la cosmologie dans laquelle l'essentiel de l'histoire de l'univers est dominé par des périodes d'équilibre thermique où l'entropie évolue vers un maximum et où il n'y a ni structure ni organisation. Ces longues périodes aux allures de mort thermique sont ponctuées d'épisodes relativement courts durant lesquels on peut voir émerger de la structure et de l'organisation dues à une fluctuation statistique, qui se dissipent suite à la tendance à la croissance de l'entropie. 

     3-3 Vivons-nous dans un univers de type boltzannien, ou bien leibnizien?

C'est la question dont le futur dépend. Dans un univers leibnizien, le temps est réel; aucun instant n'est pareil à un autre. Dans un univers boltzmannien, il y a une multitude d'instants qui se répètent, exactement ou à n'importe quel degré de précision. Cela signifie que tous les instants de cet univers sont comme tous les autres parce qu'à l'équilibre, ils sont grosso modo les mêmes dit Lee Smolin. Les quantités globales qui les mesurent, comme la température ou la densité sont uniformes et même si elles fluctuent autour de ces moyennes, elles ne le font jamais assez pour influencer les niveaux macroscopiques de structure et d'organisation. Si on attend assez longtemps, l'univers s'approchera de la répétition de n'importe quelle configuration, autant que l'on voudra. Ces quasi-récurrences sont séparées par un temps appelé temps de récurrence de Poincaré, qu'on a vu dans l'article 9 au chapitre 3-2 (Les gaz et seconde loi de la thermodynamique) : [le théorème de Poincaré dit que, pour presque toutes les « conditions initiales », un système dynamique conservatif dont l'espace des phases est de « volume » fini va repasser au cours du temps aussi près que l'on veut de sa condition initiale, et ce de façon répétée.].Mais si le temps de cet univers de Boltzmann est éternel, chaque instant se répète un nombre infini de fois.

Dans un univers leibnizien, c'est tout l'inverse: par définition, aucun instant ne se répète jamais. 

Un univers ne peut être à la fois boltzannien et leibnizien, alors, de quelle sorte est le notre? Si le temps est réel, il devrait être impossible que deux instants soient distincts et identiques, donc le temps ne peut être pleinement réel que dans un univers leibnizien. Ce dernier sera complexe, générant une large palette de motifs et de structures et en changement perpétuel pour s'assurer que chaque instant peut être distingué de tout autre par les structures et les motifs qu'il contient. C'est bien le cas de qui apparaît de notre univers, qui doit donc être de type leibnizien.

     3-4) Complexité, auto-organisation, diversité...

Le fait que notre univers semble satisfaire le principe de l'identité des indiscernables n'enlève pas la totalité du mystère. En effet, ce ne sont pas les principes qui agissent sur la matière, mais les lois. Ce que nous avons besoin de savoir, c'est comment un principe est satisfait en agissant par le biais des lois. La relation "tortueuse" entre la gravitation et la thermodynamique donne un élément de réflexion sinon une réponse. Une composante de notre univers leibnizien actuel est presque à l'équilibre thermique avec le rayonnement micro-ondes cosmologique (CMB). C'est une relique de l'univers primordial qui a surgi environ 380 000 ans après le big bang. L'équilibre règne dans de très vastes régions de l'espace intergalactique et interstellaire, mais une grande partie de l'univers est loin de l'équilibre. C'est le cas des étoiles avec leurs environnements. Elles sont en équilibre dynamique entre l'énergie générée par les réactions nucléaires dans leurs noyaux, qui tendent à les faire exploser, et la gravitation, qui voudrait les faire s'effondrer. Une étoile attendra l'équilibre seulement quand elle sera à court de combustible nucléaire en se stabilisant sous forme d'une naine blanche, d'une étoile à neutrons ou d'un trou noir selon sa masse (le trou noir peut devenir le moteur d'un système qui engloutit de la matière puis la recrache en l'accélérant). Tous ces systèmes ne sont toutefois pas à l'équilibre, ce sont des états stationnaires dynamiques d'équilibre. Une étoile est donc, dans l'espace-temps, un système amené loin de l'équilibre par un flux continu d'énergie qui le traverse. Celle-ci provient à la fois de l'énergie nucléaire et de l'énergie potentielle gravitationnelle lentement convertie en lumière stellaire. Cette lumière illumine alors la surface d'éventuelles planètes, les amenant aussi dans leurs propres états loin de l'équilibre. Ceci est un autre principe général, le principe d'auto-organisation pilotée: "Les flux d'énergie à travers des systèmes ouverts (systèmes ayant des limites et pouvant échanger de l'énergie avec leur milieu) tendent à les conduire vers des états de plus grande organisation."  Après le principe de raison suffisante et le principe d'identité des indiscernables, le principe d'auto-organisation pilotée est le troisième principe qui, ainsi que le dit Lee Smolin est "l'ange gardien sur le terrain, fait le boulot dans les myriades d'étoiles et de galaxies pour garantir un univers diversifié et complexe". Le flux d'énergie à travers un système peut conduire à des motifs et des structures complexes, preuves que ces systèmes sont loin de l'équilibre thermodynamique, comme l'avait mis en évidence Ilya Prigogine avec l'auto-organisation des structures dissipatives, qu'on peut mettre en évidence simplement en observant les cellules de Bénard formées par un liquide qui bout dans une casserole.  Un autre exemple est la structure ridée crée par les vents dans les dunes de sable (et rides). La vie est à l'autre bout du spectre. Entre ces deux extrêmes se trouvent de nombreuses choses, écosystèmes qui résultent toutes d'un flux stationnaire d'énergie à travers le système. Cela implique que tous les systèmes complexes auto-organisés ne sont jamais des systèmes isolés. Ces flux produisent des systèmes leibniziens. Les êtres vivants, en particulier, tendent à exister en nombreuses copies, mais chacune d'entre elles est distinguable des autres et plus on grimpe dans l'échelle de la complexité, plus les individus sont différentiables les uns des autres. 

Or, nous avons vu dans l'article 9 en particulier que la deuxième loi de la thermodynamique ne peut être appliquée que pour un système isolé (ou fermé comme le précise le site), circonscrit dans une boite, qui empêche matière et énergie d'être échangées avec l'extérieur. Mais aucun être vivant n'est un système isolé. Aristote, nous dit Lee Smolin, avait raison lorsqu'il disait avoir compris que notre monde terrestre est maintenu loin de l'équilibre par le flux d'énergie qui le traverse. C'est pour ne pas avoir su apprécier cette idée que de nombreux scientifiques ont été conduits à voir un conflit entre la deuxième loi de la thermodynamique et le fait que  la sélection naturelle ait produit des structures de plus en plus improbables. En fait, il n'y a aucune contradiction. La biosphère n'est pas un système isolé et la deuxième loi qui dit que l'entropie est croissante ne s'y applique pas. La sélection naturelle doit être vue comme un mécanisme d'auto-organisation qui peut être spontanément générée suite à la tendance qu'ont les systèmes à s'auto-organiser en étant pilotés de manière externe (au système). Les systèmes hautement complexes ne peuvent pas être à l'équilibre parce que l'ordre n'y est pas aléatoire; une grande entropie et une grande complexité ne peuvent pas coexister. Cependant, un système de faible entropie n'est pas forcément un système complexe, comme le serait une rangée d'atomes disposée en ligne. . 

Pour caractériser la complexité, Lee Smolin et Julian Barbour ont inventé la notion de diversité d'un système: "Un système possède une grande diversité si on peut distinguer les deux composantes  de toutes les paires des ses sous-systèmes au moyen d'une quantité d'information minimale sur la manière dont elles sont connectées ou reliées au tout" voir Extremal variety as the foundation of a cosmological quantum theory: https://arxiv.org/abs/hep-th/9203041    (https://arxiv.org/pdf/hep-th/9203041.pdf) et aussi: the dynamics of difference;   https://arxiv.org/pdf/1712.04799.pdf. Par exemple, dans une cité, la diversité fait que je peux dire, d'un simple coup d'oeil à quel angle de rue je me situe. Lee Smolin évoque en pages 240 et 241 comment de tels systèmes sont auto-organisés par des mécanismes de rétro-action (positive en accélérant un phénomène, ou négative en atténuant le signal) et ont donné les structures qui caractérisent notre univers actuel sur une aussi large gamme d'échelles, depuis depuis l'organisation des molécules en cellules vivantes jusqu'à l'organisation des galaxies en amas et en feuillets séparés par d'immenses vides et dont les motifs pourraient être formés par la matière noire et maintenus par ses interactions. 

     3-5) Complexité et entropie.Lorsque nous regardons en arrière, nous voyons un univers qui évolue d'un état moins structuré vers un état plus structuré. Il y a de bonnes raisons de penser que dans l'univers primordial la matière et le rayonnement étaient presque à l'équilibre comme le suggère le CMB qui à l'époque du découplage (ou recombinaison) avait environ 380 000 ans. Le découplage désigne la formation des atomes neutres par association des électrons et des noyaux atomiques, précédemment indépendants les uns des autres quand le libre parcours moyen des photons était très faible; ils étaient alors diffusés par la « brume d'électrons » Ce rayonnement fossile, émis environ 380 000 ans après le Big Bang, lorsque l'Univers observable était à la fois beaucoup plus petit, dense et chaud (le CMB était à une température d'environ 3 000 degrés Kelvin). Dilué et refroidi par l'expansion de l'Univers, il possède désormais une température moyenne très basse, de l'ordre de 3 kelvins (K). Avant le découplage, la matière était en équilibre avec le rayonnement, équilibre, autant que la science moderne la sache, équilibre uniquement perturbé par des fluctuations aléatoires de densité. De la première seconde, le site astropolis.fr nous apprend: "Dans cet univers minuscule, où règne une température quasi infinie, toute l’énergie de l’univers est concentrée (comprenez toute l’énergie des futures milliers de milliards de galaxies, comprenant chacune des centaines de milliards d’étoiles, de quoi donner le vertige !!) … mais pourtant la matière à proprement parler n’existe pas encore. Ce qui pose un problème : Nous associons à cet univers une idée de temps et d’espace, aussi infimes soient-elles … Or c’est l’énergie et la matière qui impriment sa forme à l’espace et détermine comment le temps s’écoule. Sans matière, il semble que les notions de temps et d’espace soient difficiles à caractériser, sur des distances et des durées de l’ordre du mur de Planck. Il n’empêche que, si la matière n’existe pas encore comme nous la connaissons, il règne dans l’univers un vide dit quantique, soumis à de nombreuses fluctuations. Des fluctuations qu’on pourrait se représenter comme une sorte de bouillonnement, où des pseudo particules (virtuelles ou fantômes) de matière et d’antimatière apparaîtraient et disparaîtraient, telles des bulles de savon, en s’entrechoquant. Le principe d’incertitude d’Heisenberg nous dit que plus la durée de vie d’une particule élémentaire est brève et plus son énergie sera incertaine. C’est grâce à cette incertitude que la nature prête de l’énergie pour engendrer des particules élémentaires, étant donné que masse et énergie sont équivalentes (E = mc²). La nature, récupère alors son énergie afin d’équilibrer ses comptes et les particules fantômes disparaissent. Nous verrons plus tard que la matière prendra le pas sur l’antimatière … Le monde que nous connaissons serait donc le résultat de ces fluctuations quantiques du vide." Puis après le découplage du rayonnement (celui-ci n'interagissant plus avec ou n'étant plus couplé à la matière), dans l'espace-temps qui est devenu le notre, les structures initiales ont germé à partir de petites fluctuations de densité aléatoires, et ces structures ont grossi alors que l'univers croissait. Les galaxies se sont formées, puis les étoiles, puis ... la vie! Ce n'est pas là ce que que suggère une application naïve de la deuxième loi de la thermodynamique: à mesure que le temps passe, les systèmes doivent devenir de plus en plus désordonnés, moins complexes et moins structurés. C'est le contraire que nous voyons se passer dans notre univers où la complexité augmente avec le temps et les structures les plus complexes sont les plus récentes. Ainsi, l'univers ne se contente pas d'être boltzmannien, il le devient de moins en moins avec le temps qui passe. Mais cela n'abroge pas la seconde loi, car elle s'applique aux systèmes isolés et ceux-là viennent à l'équilibre avec le temps. De plus, la formation de complexité est compatible avec un accroissement d'entropie lorsque cet accroissement et la croissance de complexité se produisent en des lieux différents. Prenons l'exemple de la biosphère terrestre qui s'est organisée pendant environ 4 milliards d'années, depuis l'origine de la vie. Son organisation croissante est pilotée par le flux d'énergie du soleil arrivant sur terre sous forme de photons visibles pour l'essentiel, énergie captée par la photosynthèse dans les plantes. Celle-ci capture l'énergie des photons via des liaisons chimiques. En catalysant des réactions chimiques, celles-ci ont pu créer des molécules qui ont enclenché les processus qui ont abouti à la vie telle qu'on la connait. L'énergie des photons dont il vient d'être question circule alors dans la biosphère et s'échappe sous forme de chaleur et finalement est rayonnée vers le ciel et au-delà (vers le soleil peut-être?) sous forme de photons infrarouge, d'énergie moindre. Ces quantum d'énergie, en catalysant des molécules complexes, ont fait baisser l'entropie de notre biosphère. Mais une fois rayonnés en lumière infrarouge vers l'espace, ces photons accroissent l'entropie du système solaire dans son ensemble. "Tant que l'augmentation d'entropie causée par le chauffage d'un grain quelque part dans l'espace est plus grande que la diminution d'entropie causée par la création moléculaire, le résultat à long terme est en accord avec la seconde loi" dit lee Smolin. Donc, si on peut considérer que le système solaire est un système isolé, le fait que certaines de ses parties connaissent l'auto-organisation n'est pas incompatible avec une augmentation (globale) de son entropie. Le système complet tend à parvenir à l'équilibre, mais tant que notre étoile-soleil émettra des photons chauds vers l'espace glacé, l'équilibre est remis à plus tard. Le fait que les étoiles existent est relié à la raison pour laquelle notre univers est loin de l'équilibre depuis environ 14 milliards d'années. 

     3-6) Epilogue: l'approche de Lee Smolin, pourquoi notre univers est-il intéressant?

La question devient maintenant: pourquoi existe-il des étoiles? Si comme le dit la deuxième loi, l'univers doit tendre vers l'entropie et le désordre, comment se fait-il que les étoiles qui entraînent l'univers loin de l'équilibre, soient partout? Mais si l'univers est leibnizien, alors quelque chose comme les étoiles doit exister. Qu'est ce qui dans les caractéristiques des lois la nature garantit leur apparition? Une première caractéristique est un ajustement incroyablement précis des paramètres qui gouvernent la physique. Ces réglages, qui incluent les masses des particules élémentaires (d'abord le proton et le neutron) et les 4 forces fondamentales (les interactions nucléaire forte, électromagnétique, nucléaire faible, gravitationnelle), rendent la fusion nucléaire possible. La différence de masse entre proton et neutron est cruciale: "Le moindre écart à cette différence aurait profondément changé le contenu de l’Univers. Si la différence de masse avait été inférieure à 0,05 %, les atomes d’hydrogène se seraient transformé en un neutron et un neutrino suivant un processus de capture électronique. Entre 0,05 et 0,14 %, beaucoup plus de noyaux d’hélium auraient été produit pendant les premières minutes de l’Univers. Et au-delà de 0,14 %, les neutrons se seraient désintégrés très vite en protons : la synthèse d'éléments plus lourds que l'hydrogène aurait été alors presque impossible. La différence de masse du proton et du neutron revêt ainsi une importance cruciale". La fusion nucléaire a été ainsi rendue possible, car les atomes d'hydrogène, au lieu de se mouvoir de façon chaotique, écrasés les uns contre les autres au coeur de l'étoile, ont pu réagir de manière nouvelle: ils fusionnent pour devenir de l'hélium et une poignée d'éléments légers. Ceci est l'origine de l'atome génétique et de l'aventure qui a mené à la vie, ce que les lois de la thermodynamique ne peuvent pas prédire. La seconde caractéristique est en rapport avec la comportement des systèmes tenus ensemble par les forces de gravitation que Lee Smolin qualifie de systèmes "anti-thermodynamiques". La plupart des systèmes que l'on observe obéissent à la deuxième loi de la thermodynamique: la chaleur s'écoule des corps les plus chauds vers les plus froids vers un état d'équilibre dans lequel les deux corps ont lors la même température. Ce comportement rend le système à l'équilibre stable vis à vis de petites perturbations. Mais tous les systèmes ne fonctionnent pas ainsi. On peut imaginer un gaz qui se refroidit lorsqu'on ajoute de l'énergie. C'est contre intuitif, mais de tels gaz existent, qui sont nécessairement instables. Supposons qu'on commence avec tout ce type de gaz dans une pièce à une même température. Une petite fluctuation déplace une quantité d'énergie d'un côté (le gauche par exemple) vers le côté droit. Alors le côté gauche alors que le côté droit se refroidit. Ceci pousse plus d'énergie à s'écouler du côté gauche (chaud), vers la droite (côté froid). Le côté gauche deviendra de plus en plus chaud et le côte droit, vers lequel va l'énergie, deviendra de plus en plus froid. Il y a alors un emballement, causant une instabilité. Répétons alors le scénario dans le côté chaud en supposant qu'une nouvelle fluctuation apparaisse, refroidissant un peu la région centrale de ce côté chaud. Le même phénomène produit une contre-réaction positive qui va refroidir plus le centre et réchauffer la région qui l'entoure. La petite fluctuation grossit pour devenir une structure et... on obtient un motif complexes de régions chaudes et de régions froides. Un tel système élabore naturellement des motifs complexes, mais il est difficile de prévoir vers quoi il va s'acheminer, parce qu'il y a un nombre énorme de configurations de motifs vers lesquels il pourrait évoluer. Les systèmes qui se tiennent par la gravitation sont eux-aussi à l'instar des ces derniers systèmes, anti-thermodynamiques, et se comportent de cette manière bizarre: les étoiles, les galaxies, les trous noirs se refroidissent lorsqu'on y injecte de l'énergie. Cela veut dire qu'ils sont instables. Les instabilités les conduisent loin de l'équilibre et stimulent la formation des structures dans l'espace et le temps. Pourquoi en est-il ainsi? Ce qui distingue la gravitation des autres forces, c'est qu'elle est de longue portée et universellement attractive. Considérons une planète du système solaire. Si on y "met" de l'énergie, elle ira plus loin de l'étoile, mais là, elle se déplacera plus lentement sur cette orbite plus éloignée. Ainsi, injecter de l'énergie dans le système décroît la vitesse de la planète, ce qui abaisse la température du système, car la température est reliée à la vitesses moyenne des éléments composant le système, c'est une mesure de l'agitation des particules, plus précisément de leur énergie cinétique. A l'inverse, si on prélève de l'énergie au système solaire, la planète doit réagir en tombant plus près de l'étoile (le soleil) où elle se déplacera plus vite. Ainsi, prélever de l'énergie au système revient à le chauffer. Ce comportement anti-thermodynamique se manifeste aussi dans les amas d'étoiles. Si un amas devait agir thermodynamiquement, il atteindrait l'équilibre. Dans ce cas, toutes les étoiles auraient la même vitesse moyenne et resteraient groupées pour toujours. Au lieu de cela, on observe que que l'amas se dissipe lentement. Pourquoi? Régulièrement, une étoile passe au voisinage d'une étoile double, deux étoiles qui orbitent l'une autour de l'autre. Un passage rapproché peut conduire à les deux étoiles à resserrer leur orbite (se rapprocher l'une de l'autre). Cette réduction orbitale relâche de l'énergie qui est transférée à la troisième étoile. Celle-ci peut avoir maintenant assez d'énergie pour s'échapper de l'amas et commencer son voyage dans l'espace. Au bout d'une longue période, il ne reste de l'amas que quelques étoiles doubles très rapprochées  et des nuages d'étoiles rapides filant loin de l'amas. Et Lee Smolin conclut ce chapitre par:

"Cela ne contredit pas la deuxième loi de la thermodynamique, mais seulement son interprétation naïve. La loi disant que l'entropie devrait normalement augmenter traduit juste le fait que plus il y a de façons de que quelque chose se produise, plus cette chose sera probable. Les systèmes thermodynamiques normaux finissent dans l'état unique et ennuyeux de l'équilibre uniforme; les systèmes gravitationnels finissent dans un état parmi de nombreux états possibles hautement hétérogènes. 

Ainsi, le fait que notre univers soit intéressant a une explication triple. 

     -Le principe d'auto-organisation pilotée agit sur une myriade de sous-systèmes et d'échelles, du moléculaire au galactique évoluant vers des états de complexité toujours croissante. 

     -Les moteurs qui pilotent ce processus sont les étoiles, qui existent en raison d'une combinaison d'un réglage fin des lois fondamentales  et de la nature anti-thermodynamique de la gravitation (comme on l'a vu dans cet article). 

     -Mais ces forces peuvent produire un univers rempli d'étoiles et galaxies seulement si les conditions initiales de l'univers sont fortement asymétriques par rapport au temps.

Tout ceci peut être mis en contexte et dans une certaine mesure compris à l'intérieur du paradigme newtonien. Même si nous continuons à penser dans ce paradigme, l'organisation du monde semble reposer sur semble reposer sur de colossales improbabilités (la particularité extrême du choix des conditions initiales). La triste conclusion est que la seule sorte d'univers qui paraisse naturel de la perspective intemporel du paradigme newtonien est un univers mort en équilibre  qui n'est évidemment pas celui dans lequel nous vivons. Mais depuis la perspective de la réalité du temps, il est parfaitement naturel que l'univers et ses lois fondamentales soient asymétriques dans le temps, avec une flèche du temps importante qui englobe l'accroissement de l'entropie pour les systèmes isolés ainsi que la croissance continuelle de structure et de complexité". 

L'article suivant (article 11) donnera "ma lecture" du chapitre 18 du livre de Lee Smolin (infinité de l'espace ou infinité du temps?) et le chapitre 19 (le futur du temps)..