Ces trois piliers du vivant sont régis par des acteurs chimiques qui sont : la photosynthèse (qui permet aux végétaux d’extraire la chaleur du soleil), les enzymes (qui accélèrent les réactions au sein des cellules) et la molécule d’ADN (qui porte l’hérédité).

Or ces trois piliers de la vie défient la chimie, et c’est la physique quantique qui vient expliquer l’extraordinaire rendement énergétique de la photosynthèse (100 %), l’impressionnante efficacité de l’activité des enzymes et l’incroyable stabilité de l’ADN.

En 1905 apparaissait une nouvelle physique qui allait révolutionner la façon de décrire la matière et ses interactions : la physique quantique.

Avec elle s’ouvraient les portes d’un monde qui n’obéit pas aux lois de la physique classique : l’infiniment petit, avec ses atomes et ses particules.

Elle obligea ses pères fondateurs, Einstein, Bohr, Heisenberg et Schrödinger notamment, à rediscuter le déterminisme et les critères de réalité de la physique classique, ainsi que la traditionnelle séparation entre observateur et objet observé.

Pour la première fois dans l’histoire des sciences, une discipline exigeait même que soit mis en oeuvre un travail d’interprétation afin d’être comprise et appliquée : quelle sorte de réalité représente le formalisme quantique ?

Aujourd’hui, quel crédit convient-il d’accorder aux diverses interprétations proposées depuis les années 1920 ?

La physique quantique ne laisse pas d’intriguer, de fasciner, d’exaspérer parfois.

Elle demeure pourtant méconnue, victime de stéréotypes : on l’invoque pour cautionner tel phénomène étrange, mais on néglige d’en décrire les principes fondamentaux.

Quels sont ces principes qui trouvent des applications toujours plus fascinantes, du laser à la cryptographie quantique, en passant par la téléportation ?

D’où provient cette incroyable efficacité de la physique quantique ?

LES RÉCEPTEURS BIOLOGIQUES ET LES QUANTA

Les récepteurs de l’organisme vivant sont adaptés pour recevoir dans les meilleures conditions les perturbations extérieures.

Ils transmettent ensuite cette perception du monde extérieur sous forme de vibrations de fréquences particulières suivant le nerf conduit le signal reçu du récepteur vers les centres.

Les principaux organes des sens sont :

 l’œil pour les vibrations lumineuses ;

 l’oreille pour les vibrations sonores ;

 le toucher pour les actions mécaniques ou thermiques ;

 l’odorat et le goût sont les sens nous rendant compte des actions chimiques.

Cependant en dehors de ces organes spécialisés l’être vivant a une réceptivité sensorielle beaucoup plus étendue, ce qui n’est pas étonnant puisque nous savons que chaque cellule vivante réagit aux actions extérieures.

Le seuil de perception de nos sens est difficile à trouver car la sensibilité des récepteurs biologiques est souvent plus grande que celle des systèmes physiques auxquels on peut faire appel.

Pour des énergies liminaires le facteur d’incertitude lié aux variations possibles du récepteur devient souvent négligeable devant l’incertitude due aux fluctuations du système physique de référence.

Prenons un exemple que donne :

Si nous ne pouvons déceler avec un galvanomètre de courants inférieurs à 10 -12 ampère, ce n’est pas que la rotation du cadre est trop faible pour être perçue par l’œil, mais parce que le mouvement brownien provoque des oscillations du cadre dont l’amplitude n’est pas négligeable par rapport à la déviation produite par le courant.

Des mesures quantitatives très précises ont pu être faites pour la vision, les autres récepteurs biologiques ont été moins bien étudiés.

Cependant il est une relation générale pour toute excitation, c’est la relation : it représentant l’énergie liminaire.

En étudiant la variation de l’énergie liminaire avec le temps d’excitation, on voit que la courbe obtenue est approximativement parabolique pour supérieur à τ (Valeur critique de la durée de stimulation). C’est la loi de Piéron.

- Audition

L’oreille perçoit des vibrations de fréquences pouvant varier dans une gamme très étendue. De plus les centres recevant les vibrations les analysent de telle façon qu’avec une certaine adaptation, on arrive à décomposer un son complexe.

Les êtres organisés ne sont pas tous sensibles aux mêmes fréquences. Pour l’homme les vibrations les mieux perçues sont celles dont les fréquences sont de 2 000 à 3 000 p/s. D’autres animaux, tels que le chien et surtout les oiseaux de nuit, sont sensibles aux ultra-sons, c’est-à-dire à des vibrations sonores de plus de 20 000 p/s.

En ce nous occupe, ce qu’il est intéressant de remarquer c’est la limite de l’ auditibilité.

On a fait l’étude de l’ auditibilité liminaire de l’homme en utilisant une vibration située dans la région des fréquences les mieux perçues. On a ainsi calculé que l’ auditibilité liminaire pouvait être obtenue dans une bande de fréquences située entre 2 000 et 3 000 p/s, pour une vibration sonore qui donne à cette membrane basilaire de la cochlée, un mouvement d’amplitude de l’ordre de 10 -10 cm. Ce qui représente le centième du diamètre d’une molécule d’hydrogène.

On peut penser que la limite de l’ auditibilité est imposée par le récepteur biologique, ou si elle ne l’est pas, tout simplement par la discontinuité de la matière.

Si l’on calcule, en effet, l’amplitude des mouvements imposés à la membrane basilaire par l’agitation thermique des molécules on la trouve du même ordre.

Notre sensibilité auditive s’arrête au moment où nous serions gênés par les vibrations spontanées de la membrane.

- Vision

La théorique quantique de la vision tient compte de deux faits fondamentaux :
 a) La structure à la fois corpusculaire et ondulatoire de la lumière ;

 b ) La structure discontinue de la membrane réceptrice : La rétine est constituée par des cônes et des bâtonnets, dans la région extra-fovéale.

Dans la fovéa la membrane est tapissée de cônes de grandeur croissante en allant du centre vers la périphérie.

 c) La théorie des quanta nous a appris que la lumière est formée de photons, grains d’énergie de même grandeur est pour la radiation jaune (celle qui est la mieux perçue par l’œil) de 0,03.l0 -10 erg environ.

Dans les meilleures conditions de visibilité, un peu plus de 400 photons vont frapper la rétine.

Cependant comme la durée liminaire de l’excitation est une petite fraction de seconde, quelques photons suffisent à déclencher le phénomène donnera la sensation visuelle.

Expérimentalement on a trouvé sur des sujets dont l’acuité visuelle était particulièrement bonne et à l’aide d’un appareillage spécialement étudié, que le minimum de photons provoquant la sensation visuelle est d’au moins 4.

De nombreuses expériences ont été faites pour déterminer le minimum d’énergie suffisant à l’excitation liminaire. Les expérimentateurs ont étudié le sens visuel chez l’homme en opérant dans des conditions optimales.

Ces conditions sont obtenues de la façon suivante : stimuler la région de la rétine la plus sensible (entre 15 à 250 de la fovéa), la surface stimulée correspondant à un angle visuel inférieur à 30’ environ, la source lumineuse stimulante doit avoir une longueur d’onde de 507 mµ. De plus le sujet doit être en bonne condition physique et être bien exercé. Pour calculer le nombre de photons qui ont effectivement atteint la rétine, les expérimentateurs doivent tenir compte des phénomènes de réflexion et d’absorption peuvent avoir lieu entre la cornée et la rétine, ainsi que la probabilité d’absorption des bâtonnets et des cônes, qui dépend de la concentration du pourpre rétinien contenu dans ces éléments.

En 1941, Hecht, Shlaer et Pirenne ont, au moyen d’une méthode physique directe, calculé un nombre de photons variant suivant le sujet entre 54 et 140 pour obtenir la perception visuelle. Ils avaient adopté pour la concentration du pourpre rétinien 20 % comme valeur maximum.

Par la suite De Vriès a prouvé par une mesure indirecte que cette concentration est inférieure à 10 %. `

Si l’on adopte la valeur 8 % le calcul donne dans ces expériences que le nombre de photons absorbés peut varier entre 2 et 6 selon l’observateur.

Après les mesures physiques directes, il a été fait, par les mêmes auteurs, une étude théorique du minimum d’énergie doit être absorbé pour qu’il y ait stimulus visuel.

En opérant de cette façon, Hecht, Shlaer et Pirenne trouvèrent en expérimentant sur trois sujets que le nombre n de photons variait entre 5 et 7.

Van der Velden, en 1944, reprit cette méthode et, en opérant avec deux sujets, trouva pour n la valeur 2.

En plus des expériences de Baumgardt qui a trouvé un minimum de 4 photons, il y a eu ces dernières années les recherches d’ Arnulf et Weinstein en vision durable, c’est-à-dire avec une durée de stimulation variant entre 1 et 3 s, après adaptation du sujet à l’obscurité de façon à limiter les facteurs de fatigue physique et psychique. .

ll semble bien des résultats de toutes ces expériences, que l’excitati0n liminaire nécessite un minimum de 2 photons correspondant à la longueur d’onde de 507 mµ.

à suivre ...