Le chaos, c’est un véritable défi lancé à la physique. Il est imprévisible. Hors de contrôle. Pourtant, des chercheurs semblent avoir percé l’un de ses secrets. Ils pensent avoir saisi comment y mettre un peu d’ordre. Et cela pourrait les aider à mieux comprendre le fonctionnement… de notre cerveau !
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Le chaos. Pour le commun des mortels, il est synonyme de confusion, de désordre. Les physiciensphysiciens, eux, s'en font une idée très précise. Un système chaotique se comporte, selon ceux qui l'étudient, comme un système aléatoire. Il a beau suivre des lois déterministes, sa dynamique reste amenée à changer de manière totalement erratique. Le fameux « effet papillon » qui rend un système chaotique imprévisible. Pourtant, dans les années 1980, des chercheurs ont découvert qu'il arrive que des systèmes chaotiques se synchronisent. Et aujourd'hui, des physiciens de l’université Bar-Ilan (Israël) tentent de nous expliquer comment c'est possible.
Pour bien comprendre, précisons qu'en réalité, le chaos n'est pas toujours si chaotique que ça. Il semble parfois être attiré par une certaine forme d'ordre. Dans son errance et sans jamais passer deux fois par le même point, un système chaotique peut faire mine de vouloir s'orienter vers une figure géométrique particulière. Les physiciens appellent attracteur étrange cette figure que forment les états d'un tel système dans un espace abstrait dit des phases.
Curieusement, les attracteurs étranges des systèmes chaotiques apparaissent généralement composés de plusieurs structures fractales - ces structures avec des motifs qui se répètent encore et encore à différentes échelles. Différents ensembles d'états d'un attracteur étrange feront partie de différentes fractales. Ainsi, bien que le système chaotique saute de manière erratique d'un état à l'autre, ces fractales resteront stables tout au long de l'activité chaotique dudit système.
Pour mieux comprendre le fonctionnement de notre cerveau
Et c'est bien l'émergenceémergence de fractales stables qui constitue, selon les chercheurs de l'université Bar-Ilan, l'élément clé qui permet aux systèmes chaotiques de se synchroniser. Prenez par exemple deux systèmes chaotiques différents. Si quelques structures fractales de l'un des systèmes commencent à prendre une forme similaire à celles de l'autre, un faible couplage se crée. Et au fur et à mesure que le couplage se renforce, il agit comme une fermeture éclairfermeture éclair qui contraint progressivement de plus en plus de structures fractales à devenir identiques. La synchronisation complète des systèmes ne peut intervenir que lorsque les systèmes chaotiques sont fortement couplés. Un phénomène que les physiciens ont baptisé « synchronisation topologique ».
Ces résultats aident à comprendre comment la synchronisation et l'auto-organisation peuvent émerger de systèmes qui ne disposaient pas de ces propriétés au départ. Jusque-là, les physiciens avaient pour habitude d'étudier des systèmes chaotiques similaires dont les paramètres ne diffèrent que de très peu. Grâce à la synchronisation topologique, les chercheurs ont réussi à étendre l'étude de la synchronisation aux cas extrêmes de systèmes chaotiques qui se présentent avec des paramètres très différents.
Et si vous pensez que ces travaux sont un peu trop abstraits pour vous, sachez que la notion de synchronisation topologique pourrait finalement nous aider à comprendre comment les neurones du cerveau se synchronisent les uns avec les autres. Il existe en effet des preuves que l'activité neuronale dans notre cerveau est chaotique. Si tel est bien le cas, la synchronisation topologique peut décrire comment la synchronisation émerge de la vaste activité neuronale du cerveaucerveau en s'appuyant sur des structures fractales stables.
