Pourquoi toute complexité a un coût
Une chambre bien rangée le reste rarement sans effort. Un corps se répare en permanence, même immobile. Une ville use ses routes et ses canalisations qu'on l'utilise ou non. Rien de ce qui est organisé ne se maintient tout seul : il faut y consacrer de l'énergie, sans exception connue.
Ce que mesure vraiment l'entropie
L'entropie est souvent présentée comme une mesure du désordre. Cette image est pratique, mais elle simplifie à l'excès. En physique statistique, l'entropie mesure plutôt le nombre de configurations possibles d'un système. Une chambre bien rangée ne peut être organisée que de très peu de façons différentes : son entropie est faible. Une chambre en désordre peut, elle, exister sous un nombre immense de configurations à peu près équivalentes : son entropie est élevée. Ce n'est pas le désordre en soi qui est mesuré, mais la quantité d'arrangements compatibles avec l'état observé.
La deuxième loi de la thermodynamique énonce que l'entropie d'un système isolé tend à augmenter avec le temps. Ce n'est pas une interdiction absolue de l'ordre : c'est une question de probabilité. Les états très organisés existent, mais ils sont statistiquement bien plus rares que les états désorganisés, donc bien moins probables si rien ne les maintient activement.
La vie ne contredit pas cette loi, elle s'en sert
Une cellule, un organisme ou une ville créent et entretiennent de l'ordre local : cela peut sembler contredire la tendance générale à la désorganisation. Ce n'est pas le cas. Pour maintenir cet ordre, un système vivant consomme de l'énergie utilisable et rejette de la chaleur et des déchets, moins organisés, vers son environnement. Il maintient ainsi localement un état de faible entropie, en consommant de l'énergie et en augmentant l'entropie de son environnement. C'est l'idée que le physicien Erwin Schrödinger avait formulée dès 1944 : un organisme se maintient en s'alimentant, au sens large, de ce qu'il appelait de la « néguentropie », c'est-à-dire en exportant du désordre plutôt qu'en l'évitant. Les travaux plus récents sur les structures dites dissipatives, notamment ceux d'Ilya Prigogine, ont prolongé cette idée : loin de l'équilibre thermodynamique, des flux d'énergie suffisamment importants peuvent faire apparaître et tenir des structures ordonnées et stables, à condition que le flux ne s'arrête jamais.
Cet entretien tend à coûter plus cher à mesure qu'un système gagne en complexité, mais cette tendance dépend fortement de la nature du système : ce n'est pas une loi universelle strictement proportionnelle. Une cellule répare son ADN en continu. Un organisme renouvelle ses tissus. Une ville entretient ses réseaux. Dans chaque cas, dès que l'apport d'énergie cesse, la désorganisation reprend son cours, à un rythme qui dépend du système considéré.
Penser a un prix mesurable
Ce coût touche aussi l'esprit. Le cerveau humain représente environ 2 % de la masse du corps, mais consomme, au repos, près de 20 % de son énergie totale. Une intelligence artificielle obéit à la même contrainte sous une autre forme : chaque réponse qu'elle produit repose sur des processeurs, des systèmes de refroidissement et une consommation électrique réelle, parfois considérable.
Cette dépense n'est pas un détail technique secondaire. En 1961, le physicien Rolf Landauer a démontré qu'effacer une information possède un coût énergétique minimal incompressible, même dans un système parfait sans aucune perte par frottement ou résistance. Ce coût minimal concerne spécifiquement l'effacement : d'autres étapes d'un calcul peuvent, en théorie, être réalisées de façon réversible et sans dépense d'énergie incompressible ; c'est l'effacement d'une information, la perte définitive d'une distinction, qui a un prix physique impossible à contourner. L'information n'est donc pas une abstraction gratuite : elle occupe un support physique, et l'effacer a un prix. Ce résultat a permis de résoudre un paradoxe resté ouvert pendant près d'un siècle, celui du « démon de Maxwell », un trieur hypothétique de molécules imaginé en 1867, qui semblait pouvoir créer de l'ordre sans dépenser d'énergie. La solution tient en une phrase : trier suppose d'observer et de mémoriser, et cette mémoire, à un moment ou à un autre, doit être effacée pour que le tri puisse continuer. Le coût ne disparaît jamais : il se déplace vers cet effacement.
Une limite qui reste à situer
Une civilisation qui gagne en complexité gagne aussi en besoins énergétiques : davantage de connaissances à produire, davantage de réseaux à entretenir, davantage de calculs à faire tourner. Des limites physiques réelles existent, celle de Landauer en est un exemple direct. Ce qui reste incertain, c'est où se situent les limites pratiques qu'une civilisation donnée rencontrerait effectivement bien avant d'atteindre ces bornes physiques ultimes. Une question reste posée à toute forme de complexité croissante, biologique ou artificielle : au-delà d'un certain point, est-ce la capacité à trouver de nouvelles idées qui devient le facteur limitant, ou la capacité à réunir l'énergie nécessaire pour continuer à les produire ?
Comprenons-nous la réalité ? prolonge cette question bien au-delà de l'énergie : le lien entre information et matière, l'hypothèse selon laquelle l'univers serait, dans sa nature, davantage informationnel que matériel, et ce qu'impliquerait, pour une civilisation, le fait de devoir un jour choisir entre continuer à apprendre et continuer à exister.