Émergence et entropie

Thèse effectuée en cotutelle avec l’Université de Montréal et l’Université Paris 1 Panthéon-Sorbonne (IHPST)

L’entropie est généralement considérée comme une propriété émergente, tandis que l’émergence de certaines structures organisées serait le résultat d’une dissipation d’entropie. Ainsi, l’émergence est parfois présentée comme ce qui expliquerait l’entropie alors que l’entropie expliquerait l’émergence. Tels quels, ces deux énoncés ne peuvent être tous deux vrais. Face à la polysémie déconcertante des concepts d’émergence, d’entropie et d’explication, je soutiens que cet apparent paradoxe peut être résolu formellement ainsi : l’émergence (en un sens A) explique (en un sens B) l’entropie (en un sens C) et l’entropie (en un sens D) explique (en un sens E) l’émergence (en un sens F). La solution revient donc à préciser A, B, C, D, E, et F. Pour ce faire, je propose un modèle pluraliste (restreint) de l’explication et un examen critique du concept d’entropie. Dans le cas de l’entropie comme explanandum de l’émergence (A, B et C), ce qui émerge est l’irréversibilité comme propriété essentielle de l’entropie thermodynamique, mais l’émergence ne peut être synonyme de non-explicabilité. Je montre alors trois possibilités où l’émergence peut expliquer l’entropie thermodynamique : selon (i) un sens fort, comme une modalité ontologique, (ii) selon un sens intermédiaire d’après ce que j’appelle l’émergence méthodologique (où il y a possibilité d’explication réductive sans réduction dérivationnelle), et (iii) selon un sens faible, comme sa désignation comme membre d’une classe d’émergents. Dans le cas de l’entropie comme explanans de l’émergence (D, E, et F), il faut distinguer l’approche substantielle de l’approche analogique. Dans le premier cas, l’entropie renvoie à une propriété macroscopique robuste et autonome pouvant être mobilisée au sein d’un explanans de l’émergence de nouvelles structures complexes. Dans le second cas, l’entropie exemplifie la réalisabilité multiple et peut être mobilisée, modulo une justification, au sein d’un explanans de l’émergence de propriétés à des niveaux supérieurs. En définitive, la polysémie de ces concepts peut être fructueuse au sein de ce cadre explicatif de phénomènes divers et complexes, de la physique à la biologie.

Entropy is generally considered as an emergent property, while the emergence of certain organized structures is supposed to be the result of entropy dissipation. Thus, emergence is sometimes seen as explaining entropy, whereas sometimes the explanation is the other way around, as entropy would explain emergence. As such both statements cannot be true. Faced with the daunting polysemy of these concepts of emergence, entropy and explanation, I argue that this apparent paradox can be formally solved as follows: the emergence (in a sense A) explains (in a sense B) entropy (in a sense, C) and entropy (in a sense D) explains (in a sense E) emergence (in a sense F). The solution is therefore to specify A, B, C, D, E, and F. To do this, I suggest a (restricted) pluralistic model of explanation and a critical examination of the concept of entropy. In the case of entropy as explanandum of emergence (A, B and C), what is emerging is irreversibility as an essential property of thermodynamic entropy, but it cannot be emergence of synonymous of non-explicability. I then show three possibilities that can explain the emergence of thermodynamic entropy: (i) in a strong sense, as an ontological modality, (ii) in an intermediate sense, from what I call ‘methodological emergence’ (where there is a possibility of reductive explanation but no derivational reduction), or (iii) in a weak sense, as its designation as a member of an emergence class. In the case of entropy as explanans of emergence (D, E, and F), one must distinguish the substantive approach from the analogical approach. In the first case, entropy refers to a robust and autonomous macroscopic property that can be mobilized in an explanans of the emergence of new complex structures. In the second case, the entropy exemplifies multiple realizability and can be mobilized, with a proper justification, within an explanans of the emergence of properties at higher levels. Ultimately, the polysemy of these concepts can be fruitful in this explanatory framework for various complex phenomena, from physics to biology.