la recherche A d'une science de la conscience LES OMBRES DE L'ESPRIT ROGER PENROSE LES OMBRES DE L'ESPRIT A la recherche d'une science de la conscience Traduit de l'anglais par Christian Jeanmougin Ouvrage traduit avec le concours du Centre National du Livre INTEREDITIONS L'édition originale de cet ouvrage a été publiée en anglais par Oxford Univer- sity Press, sous le titre Shadows of the Mind. A Search for the Missing Science of Consciouness. Traduction publiée en accord avec Oxford University Press. © Roger Penrose 1994. This translation of Shadows of the Mind originally published in English in 1994 is published by arrangement with Oxford University Press. © 1995, InterEditions, Paris, pour la traduction française. Tous droits de traduction, d'adaptation et de reproduction par tous procédés réservés pour tous pays. Toute reproduction ou représentation intégrale ou partielle, par quelque pro- cédé que ce soit, des pages publiées dans le présent ouvrage, fait sans l'autori- sation de l'éditeur est illicite et constitue une contrefaçon. Seules sont autori- sées, d'une part, les reproductions strictement réservés à l'usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective et, d'autre part, les courtes citations justifiées par le caractère scientifique ou d'information de l'oeuvre dans laquelle elles sont incorporées (art. L. 122-4, L. 122-5 et L. 335-2 du Code de la propriété intellectuelle). Des photocopies payantes peuvent être réalisées avec l'accord de l'éditeur. S'adresser au : Centre français d'exploitation du droit de copie, 3, rue Haute- feuille, 75006 Paris. Tél. (1) 43 26 95 35. ISBN 2 7296 0558 4 Table des matières Préface(cid:9) IX Note au lecteur(cid:9) XIII Prologue(cid:9) XV Première partie : Pourquoi il faut une nouvelle physique pour comprendre l'esprit 1. Conscience et calcul(cid:9) 3 1.1. L'esprit et la science(cid:9) 3 1.2. Les robots sauveront-ils le monde ?(cid:9) 4 1.3. L'A, B, C, D du calcul et de la pensée consciente(cid:9) 8 1.4. Physicalisme et mentalisme(cid:9) 13 1.5. Le calcul : procédure descendante et procédure ascendante(cid:9) 13 1.6. Le point de vue de C viole-t-il la thèse de Church-Turing ?(cid:9) 16 1.7. Le chaos(cid:9) 17 1.8. Le calcul analogique(cid:9) 20 1.9. Quel type d'action pourrait-il échapper au calcul ?(cid:9) 22 1.10. Qu'en est-il de l'avenir ?(cid:9) 29 1.11. Les ordinateurs ont-ils des droits et des responsabilités ?(cid:9) 31 1.12. « Connaissance immédiate », « compréhension », « conscience », « intelligence »(cid:9) 32 1.13. L'argumentation de John Searle(cid:9) 36 1.14. Quelques difficultés soulevées par le modèle numérique(cid:9) 37 1.15. Les insuffisances actuelles de l'IA favorisent-elles le point de vue 6' ?(cid:9) 39 1.16. Une argumentation inspirée par le théorème de Gödel(cid:9) 43 1.17. Platonisme ou mysticisme ?(cid:9) 45 1.18. Pourquoi considérer la compréhension mathématique ?(cid:9) 46 1.19. Quel est le lien entre le théorème de Gödel et le comportement de sens commun ?(cid:9) 48 VI (cid:9) Table des matières (cid:9) 1.20. Visualisation mentale et réalité virtuelle 52 (cid:9) 1.21. L'image mathématique est-elle non algorithmique ? 54 2.L e raisonnement gödelien (cid:9) 57 2.1. Théorème de Gödel et machines de Turing(cid:9) 57 2.2. Calculs(cid:9) 59 2.3. Des calculs qui ne s'arrêtent pas(cid:9) 60 2.4. Comment décidons-nous que certains calculs ne s'arrêtent jamais ?(cid:9) 61 2.5. Familles de calculs ; la conclusion G de Gödel-Turing(cid:9) 65 2.6. Les objections techniques que l'on peut opposer à g"(cid:9) 70 2.7. Quelques considérations mathématiques plus profondes(cid:9) 80 2.8. La condition d'w-consistance(cid:9) 83 2.9. Systèmes formels et démonstration algorithmique(cid:9) 85 2.10. Quelques autres objections techniques soulevées contre g'(cid:9) 88 Appendice A: Gödelisation à l'aide d'une machine de Turing : construction explicite(cid:9) 108 3.L a non-calculabilité de la pensée mathématique(cid:9) 117 3.1. Ce que pensaient Gödel et Turing(cid:9) 117 3.2. Peut-on savoir si un algorithme non sûr simule la compréhension mathématique ?(cid:9) 120 3.3. Un algorithme connaissable peut-il simuler, sans qu'on le sache, la compréhension mathématique ?(cid:9) 122 3.4. Les mathématiciens utilisent-ils inconsciemment un algorithme qui n'est pas sûr ?(cid:9) 127 3.5. Un algorithme peut-il être inconnaissable ?(cid:9) 131 3.6. Sélection naturelle ou acte divin ?(cid:9) 134 3.7. Combien d'algorithmes ?(cid:9) 135 3.8. Sélection naturelle des mathématiciens idéalistes et éthérés(cid:9) 137 3.9. Des algorithmes capables d'apprendre(cid:9) 140 3.10. L'environnement peut-il fournir un facteur externe non algothimique ?(cid:9) 142 3.11. Comment un robot peut-il apprendre ?(cid:9) 144 3.12. Un robot peut-il avoir des « convictions mathématiques inébranlables » ?(cid:9) 146 3.13. Les mécanismes sous-jacents aux raisonnements mathématiques des robots(cid:9) 149 3.14. La contradiction fondamentale(cid:9) 152 3.15. Comment lever cette contradiction ?(cid:9) 153 3.16. Le robot doit-il croire en M?(cid:9) 154 3.17. Des erreurs du robot et du sens de ses assertions te(cid:9) 157 3.18. Comment intégrer les ingrédients aléatoires ; ensemble de l'activité de tous les robots(cid:9) 159 3.19. La suppression des assertions erronées(cid:9) 160 3.20. On peut se limiter à un nombre fini d'assertions te(cid:9) 163 Table des matières (cid:9) VII 3.21. Les contraintes sont-elles suffisantes ?(cid:9) 166 3.22. Le chaos peut-il sauver le modèle numérique de l'esprit ?(cid:9) 168 3.23. Raisonnement par l'absurde : un dialogue imaginaire(cid:9) 169 3.24. Avons-nous utilisé un raisonnement paradoxal ?(cid:9) 179 3.25. La complexité des démonstrations mathématiques(cid:9) 182 3.26. Rupture algorithmique des boucles(cid:9) 185 3.27. Algorithmes descendants ou ascendants ?(cid:9) 188 3.28. Conclusions(cid:9) 190 Deuxième partie : Quelle nouvelle physique pour comprendre l'esprit ? 4.L e statut de l'esprit dans la physique classique(cid:9) 201 4.1. Esprit et lois de la physique(cid:9) 201 4.2. La calculabilité et le chaos dans la physique actuelle(cid:9) 203 4.3. La conscience : une nouvelle physique ou un « phénomène émergent » ?(cid:9) 204 4.4. L'inclinaison des cônes de lumière(cid:9) 205 4.5. Calcul et physique(cid:9) 215 5.L a structure du monde quantique(cid:9) 225 5.1. La théorie quantique : mystères et paradoxes(cid:9) 225 5.2. Le problème d'Elitzur-Vaidman (cid:9) 227 5.3. Les dodécaèdres magiques(cid:9) 229 5.4. Le statut expérimental des énigmes-Y de type EPR (cid:9) 234 5.5. Les fondements mathématiques de la théorie quantique : une histoire extraordinaire(cid:9) 237 5.6. Les règles fondamentales de la théorie quantique(cid:9) 245 5.7. L'évolution unitaire U (cid:9) 247 5.8. La réduction R du vecteur d'état(cid:9) 251 5.9. Solution du problème d'Elitzur-Vaidman (cid:9) 256 5.10. Théorie quantique du spin ; la sphère de Riemann (cid:9) 258 5.11. Position et quantité de mouvement d'une particule(cid:9) 265 5.12. L'espace de Hilbert(cid:9) 267 5.13. Description de R dans l'espace de Hilbert(cid:9) 271 5.14. Mesures commutatives(cid:9) 274 5.15. Le « et » quantique(cid:9) 275 5.16. Orthogonalité des états produits(cid:9) 277 5.17. L'emmêlement quantique(cid:9) 278 5.18. Les dodécaèdres magiques : solution (cid:9) 284 Appendice B : La non-colorabilité du dodécaèdre(cid:9) 289 Appendice C : L'orthogonalité des états de spin généralisés(cid:9) 290 6.Th éorie quantique et réalité(cid:9) 295 6.1. R est-elle un processus réel ?(cid:9) 295 6.2. Le point de vue de type mondes multiples(cid:9) 298 VIII (cid:9) Table des matières 6.3. Faut-il prendre I» au sérieux ?(cid:9) 301 6.4. La matrice densité(cid:9) 304 6.5. Matrices densité pour paires EPR (cid:9) 309 6.6. Une explication EP de R?(cid:9) 312 6.7. L'approche EP permet-elle d'expliquer la règle du module au carré ?(cid:9) 317 6.8. Est-ce la conscience qui réduit le vecteur d'état ?(cid:9) 318 6.9. Où l'on prend I te) vraiment au sérieux (cid:9) 319 6.10. La réduction du vecteur d'état est-elle induite par la gravitation ?(cid:9) 323 6.11. Les unités absolues(cid:9) 326 6.12. Le nouveau critère(cid:9) 328 7.T héorie quantique et fonctionnement du cerveau(cid:9) 337 7.1. Le fonctionnement du cerveau met-il en jeu une action quantique macroscopique ?(cid:9) 337 7.2. Neurones, synapses et ordinateurs(cid:9) 341 7.3. Le calcul quantique(cid:9) 344 7.4. Cytosquelettes et microtubules(cid:9) 346 7.5. Une cohérence quantique au sein des microtubules ?(cid:9) 356 7.6. Microtubules et conscience(cid:9) 358 7.7. Un modèle pour l'esprit ?(cid:9) 360 7.8. La non-calculabilité en gravitation quantique : 1(cid:9) 366 7.9. Machines-oracles et lois physiques(cid:9) 368 7.10. La non-calculabilité en gravitation quantique 2(cid:9) 370 7.11. Temps et perceptions conscientes(cid:9) 372 7.12. EPR et le temps : la nécessité d'une nouvelle vision du monde 377 8.Q uelles conséquences ?(cid:9) 381 8.1. Des « dispositifs » artificiellement intelligents(cid:9) 381 8.2. Ce que les ordinateurs font bien — et moins bien(cid:9) 384 8.3. Esthétique, etc.(cid:9) 387 8.4. Quelques dangers inhérents à l'informatique(cid:9) 389 8.5. L'élection truquée(cid:9) 391 8.6. La conscience d'un phénomène physique ?(cid:9) 394 8.7. Trois mondes et trois mystères(cid:9) 399 Épilogue(cid:9) 409 Notes(cid:9) 411 Remerciements(cid:9) 423 Crédits des illustrations(cid:9) 425 Bibliographie(cid:9) 427 Index(cid:9) 449 Préface Ce livre peut, en un sens, être considéré comme une suite à l'Esprit, l'ordi- nateur et les lois de la physique( qui sera noté en abrégé EOLP). En fait, il déve- loppe le thème initié dans EOLP, mais ce que je dirai ici peut être lu tout à fait indépendamment de ce premier livre. À l'origine, j'ai voulu revenir sur ce sujet en partie pour répondre en détail à un certain nombre de questions et de critiques concernant EOLP. Toutefois, les arguments que je développe ici for- ment un tout autonome et explorent des idées nouvelles allant bien au-delà de celles contenues dans EOLP. L'une des thèses centrales de ce livre était que la conscience nous permet d'accomplir des actions irréductibles à toute forme d'activité de calcul. Cette idée était cependant plus ou moins présentée comme une simple hypothèse, et je suis resté assez vague sur les processus pou- vant se ranger sous la rubrique « activité de calcul ». Ce nouveau livre offre ce que je crois être une argumentation bien plus rigoureuse et féconde, qui s'applique à tous les processus de calcul. En outre, je suggère ici, avec plus de crédibilité que dans EOLP, l'existence, dans le cerveau, d'un mécanisme dont l'action physique non réductible au calcul sous-tendrait notre comportement conscient. Mon argumentation comprend deux aspects distincts. Le premier est essen- tiellement négatif dans la mesure où il s'oppose fermement au point de vue général selon lequel nos états mentaux conscients — dans leurs diverses mani- festations — admettraient en principe une interprétation en termes de modè- les numériques. Le second aspect, plus constructif, correspond à une authen- tique recherche des moyens par lesquels — compte tenu des contraintes imposées par les faits purement scientifiques — le cerveau pourrait utiliser des principes physiques subtils et encore largement inconnus pour accomplir ces actions non réductibles au calcul. Conformément à cette dichotomie, ce livre se présente en deux parties. La première est une analyse complète et détaillée, étayant fortement ma thèse selon laquelle la conscience, telle qu'elle se manifeste dans cet attribut humain