L’Univers comme mémoire matérielle et historique

L’Univers comme mémoire matérielle et historique

De la dépendance de trajectoire à la reconstruction du passé et à la réutilisation des traces

Résumé

La mémoire cosmique ne peut pas être réduite au fait général que le passé contribue à produire le présent. Cet article distingue trois régimes. Le premier correspond à la dépendance de trajectoire. Le

deuxième apparaît lorsque les structures présentes conservent une information historique reconstructible. Il comprend une dimension rétrodictive, illustrée par la mémoire chimique et la galacto- archéologie, dans laquelle certains événements passés peuvent être inférés à partir d’observables actuelles, et une dimension prédictive plus exigeante, dans laquelle l’histoire apporte encore une information au-delà des variables retenues pour décrire l’état présent. Le biais d’assemblage galactique met directement cette seconde dimension à l’épreuve. Le troisième régime apparaît lorsque des traces héritées sont remobilisées dans de nouveaux cycles fonctionnels, comme dans le vivant. La frontière entre dépendance historique et reconstructibilité dépend en partie de la résolution descriptive, tandis que le passage à la réutilisation fonctionnelle exige une architecture organisationnelle supplémentaire. La continuité entre évolution cosmique et évolution biologique est donc opérative sans impliquer une identité structurelle.

De la mémoire par accrétion à une interrogation cosmique

La mémoire par accrétion est probablement la forme la plus immédiatement visible de mémoire matérielle. La croissance procède principalement par ajout de matière. Les étapes anciennes ne sont pas entièrement remplacées et une partie de la chronologie demeure spatialement ordonnée dans la structure actuelle. Les nouvelles couches ne se déposent pas dans un espace neutre. Elles prolongent une forme déjà constituée, héritent de sa géométrie et contribuent à la modifier. Une coquille, un corail, un stromatolite, un cerne de croissance ou un otolithe rendent ainsi une partie du passé directement visible dans leur organisation présente. Les structures anciennes deviennent le support matériel des nouvelles. Leur persistance ne signifie pas que tout est conservé. Certaines informations sont comprimées, transformées ou perdues, mais une partie de l’histoire demeure intégrée à la forme produite.

L’Univers ne croît pas de cette manière à l’échelle globale. Son expansion ne correspond pas à l’ajout de couches autour d’un centre et son évolution ne laisse pas derrière elle une succession universelle de strates intactes. Pourtant, une propriété plus générale rapproche l’évolution cosmique de cette logique. Les nouvelles structures apparaissent dans un réel déjà transformé. Une galaxie ne se forme pas à partir d’une matière sans histoire. Elle émerge dans une distribution de matière déjà structurée, reçoit des flux de gaz orientés par la toile cosmique, traverse des environnements gravitationnels particuliers et se compose d’une matière dont la chimie a été modifiée par des générations antérieures d’étoiles. Les structures nouvelles héritent donc de conditions qui ne sont pas produites uniquement par les lois locales agissant au moment de leur apparition. Elles dépendent aussi des transformations qui ont façonné le milieu dans lequel ces lois continuent d’opérer.

Cette intuition ne doit toutefois pas conduire à appeler mémoire toute conséquence du passé. Un événement antérieur modifie presque toujours l’état ultérieur d’un système dynamique. Formulé sans critère supplémentaire, le principe selon lequel le passé transforme les possibilités futures devient trop général pour distinguer une mémoire d’une simple continuité causale. Le contenu scientifique commence lorsque l’on cherche à déterminer ce qui persiste, sous quelle forme, avec quelle lisibilité et selon quels critères cette persistance pourrait être mise en défaut.

Un Univers qui se structure dans un réel déjà transformé

Le présent article utilise principalement le modèle cosmologique standard ΛCDM comme cadre descriptif de la formation des structures. Ce choix reflète le fait qu’une grande partie des simulations cosmologiques, des modèles de halos et des analyses contemporaines de la relation entre galaxies et matière noire sont formulées dans ce cadre. La notion de mémoire cosmique développée ici ne suppose

toutefois pas que ΛCDM constitue nécessairement la description définitive de l’évolution cosmologique.

Dans le récit standard de formation des structures, les faibles fluctuations de densité observables dans le fond diffus cosmologique constituent les germes à partir desquels la gravitation amplifie progressivement les contrastes de matière. Cette évolution produit une organisation à grande échelle composée de vides, de feuillets, de filaments et de nœuds. La toile cosmique n’est pas seulement le résultat d’une histoire antérieure. Une fois constituée, elle oriente les mouvements et les transformations qui suivent. La matière qui rejoint un halo ne tombe pas dans un espace neutre. Elle suit des trajectoires influencées par des distributions de matière et des potentiels gravitationnels déjà formés. Les flux convergent préférentiellement vers les filaments puis vers les régions les plus denses. Les halos se développent ainsi dans des environnements dont la géométrie et la dynamique ont déjà été modifiées par l’évolution des structures voisines.

Les simulations hydrodynamiques comme IllustrisTNG montrent que la relation entre galaxies et halos ne se réduit pas nécessairement à la masse actuelle du halo. Des propriétés secondaires telles que la concentration, l’environnement ou certaines caractéristiques liées à l’assemblage peuvent être associées à des variations de l’occupation galactique. Les galaxies centrales et les satellites ne présentent pas toujours les mêmes dépendances, ce qui reflète la diversité des trajectoires par lesquelles elles se sont constituées. Deux halos de masse comparable peuvent avoir traversé des histoires différentes d’accrétion, de fusion, de formation stellaire et de rétroaction. Ces différences peuvent laisser des effets durables dans la morphologie des galaxies, leur contenu en gaz, leurs populations stellaires, leur activité de formation d’étoiles ou leur composition chimique. L’état observé aujourd’hui n’est donc pas nécessairement résumé par une seule variable globale.

Cette dépendance ne signifie pas que chaque événement reste identifiable. Une fusion peut déformer ou détruire un disque, redistribuer les étoiles, chauffer les gaz et mélanger des populations auparavant distinctes. Les explosions stellaires dispersent de la matière. Les apports successifs de gaz peuvent diluer certaines signatures chimiques. Les interactions gravitationnelles peuvent effacer des structures cohérentes ou les transformer en distributions diffuses. Le passé n’est donc ni conservé intégralement ni ordonné comme une archive intacte. Il peut être incorporé, mélangé, dispersé ou rendu difficilement accessible. Une trace n’a cependant pas besoin de conserver la forme initiale d’un événement pour prolonger ses effets. Elle peut persister sous la forme d’une composition, d’une distribution statistique, d’une anisotropie, d’une population stellaire, d’un gradient ou d’une nouvelle contrainte. Une partie de l’histoire devient alors inséparable de la structure présente.

Pourquoi l’influence du passé ne suffit pas à définir une mémoire

Tout système dynamique non trivial possède une histoire. Une étoile existe parce qu’un nuage de gaz s’est effondré. Une galaxie possède sa masse actuelle parce qu’elle a accumulé de la matière. Un halo porte les conséquences des interactions qui ont modifié sa structure. Le passé participe donc nécessairement à la production du présent. Cette propriété reste pourtant insuffisante pour définir une mémoire au sens fort.

Dans une description markovienne, l’état présent contient toute l’information nécessaire à la détermination probabiliste de l’état suivant. Le passé a contribué à produire cet état, mais il n’est plus nécessaire de connaître explicitement les états antérieurs pour décrire l’évolution future. L’état actuel les écrante. Un système peut donc être historiquement produit sans présenter une dépendance supplémentaire à son histoire une fois son état complet connu. À l’inverse, une description

macroscopique réduite peut omettre des variables dans lesquelles une partie de cette histoire demeure inscrite. Ce qui apparaît comme une mémoire dépend alors du niveau auquel le système est observé et des variables utilisées pour le représenter.

Il faut donc distinguer plusieurs régimes. Le premier correspond à la dépendance de trajectoire, dans laquelle le passé a contribué à produire la configuration présente. Le deuxième correspond à la mémoire reconstructible, dans laquelle certaines propriétés actuelles conservent une information permettant d’inférer des événements ou des trajectoires antérieures. Le troisième correspond à la réutilisation fonctionnelle, dans laquelle certaines traces héritées sont remobilisées par l’organisation dans de nouveaux cycles de maintien, de développement, d’adaptation ou de reproduction. Ces régimes partagent une continuité opérative puisque, dans chacun d’eux, une transformation passée modifie les conditions des transformations suivantes. Ils ne possèdent toutefois ni le même contenu empirique ni la même architecture organisationnelle.

Premier régime : la dépendance de trajectoire

Dans le premier régime, l’état présent résulte d’une succession particulière de transformations. Une fusion modifie la distribution des étoiles. Un épisode de rétroaction transforme le contenu en gaz d’une

galaxie. Une phase d’accrétion modifie la masse et la dynamique d’un halo. Une génération d’étoiles transforme la composition du milieu à partir duquel d’autres pourront se former. Le passé participe donc à la production du présent, mais cette propriété reste très générale.

Des états macroscopiques semblables peuvent avoir été atteints par des histoires différentes. Certaines de ces différences continuent à produire des effets, tandis que d’autres deviennent pratiquement indiscernables. La dépendance de trajectoire constitue ainsi le niveau minimal de l’héritage historique. Elle indique que le système ne peut pas être compris comme s’il apparaissait à chaque instant sur une table rase, mais elle ne démontre pas qu’un événement singulier puisse être reconstruit à partir du présent. Lorsque toutes les variables pertinentes sont incluses, l’histoire peut ne plus apporter d’information supplémentaire. Le système reste historiquement constitué, mais son état actuel suffit à décrire son évolution future.

Parler de mémoire dans ce premier régime reste possible dans un sens faible. La toile cosmique, les distributions de matière, les compositions chimiques et les structures gravitationnelles constituent des conditions héritées qui orientent les transformations ultérieures, mais la simple existence de ces contraintes ne permet pas encore de distinguer une mémoire lisible d’une continuité causale ordinaire. Le passage vers un régime plus exigeant dépend de la persistance d’une information historique identifiable.

Deuxième régime : la mémoire lisible ou reconstructible

Le deuxième régime apparaît lorsqu’une partie de l’histoire demeure inscrite dans les propriétés présentes de manière suffisamment structurée pour permettre l’inférence d’événements, de séquences ou de conditions antérieures. Il ne suffit plus d’affirmer que le passé a produit le présent. Il faut montrer que les observables actuelles permettent de distinguer plusieurs histoires possibles ou de réduire l’ensemble des trajectoires compatibles avec l’état observé.

Une population d’étoiles peut conserver des relations entre abondances chimiques, âges et mouvements qui révèlent une origine commune. Un courant stellaire peut permettre de reconstruire la désagrégation d’une structure antérieure. Une distribution orbitale peut porter la signature d’un ancien événement d’accrétion. Une composition chimique peut indiquer les rythmes relatifs auxquels différentes générations d’étoiles ont enrichi leur environnement. La trace devient alors historiquement

informative.

Le deuxième régime ne correspond toutefois pas à une seule propriété empirique. Deux questions doivent être séparées. La première est rétrodictive et demande si les propriétés présentes permettent de reconstruire une partie du passé. La seconde est prédictive et demande si la connaissance de cette histoire apporte encore une information au-delà des variables présentes utilisées pour décrire le système. Ces questions sont liées, mais elles ne sont pas équivalentes. La mémoire chimique et la galacto-archéologie relèvent principalement de la reconstructibilité du passé à partir du présent. Les recherches sur le biais d’assemblage examinent une revendication plus exigeante, celle d’une valeur explicative ou prédictive résiduelle de l’histoire.

Mémoire chimique : une histoire incorporée à la matière

La composition chimique fournit l’un des exemples les plus accessibles de mémoire historique cosmique. Les premières générations d’étoiles se sont formées dans un milieu composé principalement d’hydrogène et d’hélium. Leur évolution a progressivement produit et dispersé des éléments plus lourds. Les générations suivantes se sont donc constituées dans une matière déjà transformée par l’activité des générations antérieures.

Cet enrichissement n’est ni uniforme ni linéaire. Il dépend des rythmes locaux de formation stellaire, des masses des étoiles, des explosions de supernovae, des vents stellaires, des apports de gaz moins enrichi, des éjections hors des galaxies et des épisodes de fusion. Deux régions observées à une même époque peuvent présenter des compositions différentes parce qu’elles ont suivi des trajectoires différentes. La métallicité ne fonctionne donc pas comme une horloge simple. Elle constitue une propriété historique dont l’interprétation exige de reconstruire les processus ayant contribué à la produire.

Les différentes sources d’enrichissement ne libèrent pas les mêmes éléments selon les mêmes temporalités. Les étoiles massives transforment rapidement leur environnement, tandis que d’autres sources contribuent avec des délais plus longs. Les abondances relatives observées dans les étoiles peuvent ainsi conserver une information sur les rythmes anciens de formation stellaire et sur les populations qui ont précédé leur naissance. Une étoile ne contient jamais une copie complète de l’histoire de son environnement, mais sa composition peut préserver certaines différences produites par cette histoire.

Les observations de JADES-GS-z14-0 montrent que cet enrichissement a commencé très tôt. La détection de la raie [O III] à un décalage vers le rouge de 14,1793 indique qu’une production

substantielle d’éléments lourds avait déjà eu lieu environ trois cents millions d’années après le Big Bang. Les estimations de métallicité dépendent des modèles employés, mais elles montrent qu’une évolution chimique rapide était déjà engagée dans cette galaxie très ancienne. Cette observation ne signifie pas que l’Univers suivrait une progression nécessaire vers la complexité. Elle montre qu’une génération de structures peut transformer la matière disponible pour les générations suivantes et que cette transformation peut rester observable dans leur composition. La mémoire chimique est donc incorporée à la matière dont les nouvelles structures sont constituées.

Reconstructibilité rétrodictive : la galacto-archéologie

La galacto-archéologie exploite la possibilité de lire certaines de ces traces. Elle combine les mouvements, les orbites, les âges et les compositions chimiques des étoiles afin de reconstruire des épisodes de formation et d’assemblage qui ne sont plus directement observables. Les étoiles

deviennent alors des témoins matériels, non parce qu’elles conserveraient une représentation complète du passé, mais parce que leurs propriétés actuelles restent liées aux environnements et aux événements qui ont contribué à leur formation.

Gaia-Sausage-Enceladus constitue l’un des exemples les plus emblématiques. La galaxie progénitrice ne subsiste plus comme une structure indépendante. Ses étoiles ont été dispersées et incorporées au halo de la Voie lactée. Pourtant, certaines populations présentent des propriétés orbitales, cinématiques et chimiques suffisamment particulières pour être reliées à un ancien événement majeur d’accrétion. Les travaux consacrés à cette structure ont associé une part importante du halo stellaire interne à cette ancienne fusion et ont montré que ses conséquences peuvent encore être étudiées dans la distribution actuelle des étoiles.

La mémoire ne réside donc pas dans la conservation de la galaxie disparue. Elle réside dans la persistance de relations entre des traces distribuées. Les étoiles actuelles ne reproduisent pas l’événement, mais elles réduisent l’ensemble des histoires compatibles avec les observations. Les modèles permettent alors d’estimer certaines propriétés de la structure absorbée, de sa trajectoire et de son influence sur l’évolution galactique. Les détails restent révisables. Les limites exactes des populations associées à Gaia-Sausage-Enceladus, la chronologie de la fusion, sa masse et ses effets sur les différentes composantes de la Voie lactée continuent d’être étudiés. Cette révision ne remet pas en cause le principe de reconstructibilité. Elle en montre les conditions réelles. Une mémoire matérielle n’est pas nécessairement une archive transparente. Elle doit être interprétée à partir d’observables incomplets, de modèles et de comparaisons entre plusieurs histoires possibles.

Gaia-Sausage-Enceladus représente ainsi une mémoire rétrodictive. Une transformation ancienne demeure partiellement accessible à travers l’organisation des traces qu’elle a laissées. Cette propriété est distincte d’une simple dépendance de trajectoire puisqu’il ne s’agit plus seulement de constater que la fusion a produit des conséquences. Il devient possible d’inférer l’existence de l’événement à partir de relations encore présentes.

Information historique résiduelle et suffisance prédictive

Une exigence supplémentaire apparaît lorsque l’on demande si la connaissance de l’histoire améliore la description ou la prédiction au-delà d’un ensemble défini de variables présentes. Supposons qu’un halo soit décrit uniquement par sa masse actuelle. Si cette variable résumait toute l’information pertinente pour les propriétés galactiques étudiées, des halos de même masse devraient présenter des occupations et des comportements statistiques comparables, indépendamment de leur trajectoire de formation. La connaissance de leur histoire d’assemblage n’ajouterait alors aucune information.

Cette question peut être formulée à partir de la notion de suffisance prédictive. Notons G les propriétés galactiques étudiées, M la masse actuelle du halo et H son histoire d’assemblage. Dire que la masse suffit à décrire les propriétés considérées revient à supposer que celles-ci sont conditionnellement indépendantes de l’histoire lorsque la masse est connue :

P(G | M, H) = P(G | M)

Une fois la masse du halo prise en compte, la connaissance de son histoire d’assemblage ne devrait donc plus modifier les prédictions. Dans ce cadre, la masse constitue une description prédictivement suffisante pour les observables étudiées. Si l’ajout de l’histoire, ou d’une variable qui en conserve une signature fiable, modifie encore la distribution prédite des propriétés galactiques, l’indépendance conditionnelle est mise en défaut et l’état macroscopique retenu n’est pas suffisant.

La mémoire prédictive relative peut ainsi être définie comme la persistance d’une information historique qui n’est pas écrantée par les variables présentes utilisées dans le modèle. Cette formulation ne suppose pas que la dynamique fondamentale de l’Univers soit non markovienne. Elle indique que la représentation actuelle choisie ne résume pas toute l’information pertinente pour les observables ou la dynamique considérées. Une description plus complète pourrait éventuellement intégrer cette information historique dans un état présent enrichi. La mémoire prédictive reste donc relative au choix des variables et au niveau de description.

Cette formalisation permet également de distinguer plus nettement les deux dimensions du deuxième régime. La reconstructibilité rétrodictive concerne l’information que le présent conserve au sujet du passé. Elle ne suppose pas qu’un état actuel détermine une histoire unique ni qu’une inversion exacte de la dynamique soit possible. Plusieurs trajectoires peuvent produire des états proches et la reconstruction reste souvent probabiliste. La suffisance prédictive pose une autre question. Elle cherche à savoir si l’état présent retenu écrante l’histoire pour la prédiction des propriétés considérées. Un état peut être riche en traces reconstructibles tout en étant prédictivement suffisant. À l’inverse, une variable historique peut améliorer une prédiction sans permettre de reconstruire précisément un événement singulier.

Le biais d’assemblage comme test d’une mémoire prédictive relative

Le biais d’assemblage galactique constitue un terrain privilégié pour examiner cette deuxième dimension. Dans les modèles les plus simples de relation entre galaxies et halos, la masse du halo constitue la variable principale permettant d’estimer le nombre et certaines propriétés des galaxies qu’il contient. Si cette description était entièrement suffisante, les halos de même masse devraient produire des statistiques d’occupation et de regroupement comparables.

Les simulations montrent cependant que des propriétés secondaires peuvent modifier cette relation. La concentration, le temps de formation, l’environnement et d’autres caractéristiques peuvent être associés à des variations du regroupement ou de l’occupation galactique à masse comparable. Le terme de biais d’assemblage recouvre toutefois plusieurs phénomènes qui ne doivent pas être confondus. Une dépendance à la concentration actuelle n’est pas nécessairement une mesure directe de l’histoire. Une dépendance à l’environnement peut refléter plusieurs mécanismes corrélés. Certaines propriétés secondaires ne sont que des indicateurs imparfaits de la trajectoire d’assemblage. L’interprétation en termes de mémoire exige donc de préciser ce que la variable représente et ce qu’elle apporte au-delà des variables déjà incluses dans le modèle.

Le biais d’assemblage devient un test de mémoire prédictive relative lorsque l’information liée à la trajectoire d’assemblage améliore effectivement la description ou la prédiction après contrôle des propriétés présentes retenues. Les résultats observationnels ne convergent pas encore vers une image unique. Certaines analyses rapportent des dépendances compatibles avec un rôle de propriétés secondaires des halos, tandis que les simulations produisent des signaux dont l’intensité varie selon les populations, les critères de sélection et les variables étudiées.

La première mesure directe réalisée avec les données de la première livraison du Bright Galaxy Survey de DESI fournit un résultat particulièrement instructif. Pour les galaxies satellites de l’échantillon étudié, le paramètre mesuré est Q_sat = 0,05 ± 0,14 , une valeur compatible avec zéro. Ce résultat ne constitue pas une simple absence de détection sans conséquence théorique. Les auteurs le décrivent comme étant en tension avec de nombreux modèles empiriques de formation des galaxies. Pour cette population et cette méthode, les observations ne confirment donc pas l’ampleur de la dépendance attendue par plusieurs modèles.

La mémoire d’assemblage devient ainsi un objet activement mis à l’épreuve. Les simulations et certains modèles produisent des dépendances secondaires importantes. Plusieurs analyses trouvent des signaux compatibles avec une influence de propriétés autres que la masse. La mesure directe des satellites du DESI Bright Galaxy Survey reste toutefois compatible avec l’absence d’un effet résiduel significatif et contredit en cela les attentes de nombreux modèles empiriques. Cette tension renforce le caractère scientifique de la proposition au lieu de l’affaiblir. Une mémoire d’assemblage forte ne doit pas être présupposée. Elle peut échouer.

Si l’histoire d’assemblage n’améliore pas la description ou la prédiction après contrôle des variables présentes pertinentes, la revendication d’une mémoire dynamique résiduelle échoue pour la population, les observables et le niveau de description considérés. Un tel résultat ne supprimerait toutefois ni la mémoire chimique ni la reconstructibilité galacto-archéologique. Il montrerait qu’une composante prédictive particulière de l’histoire n’est pas détectable au-delà des variables présentes retenues.

Deux dimensions du régime 2 qui ne dépendent pas l’une de l’autre

La galacto-archéologie et le biais d’assemblage ne constituent donc pas deux exemples interchangeables. Gaia-Sausage-Enceladus répond principalement à une question rétrodictive. Peut-on reconstruire un événement ancien à partir des relations actuelles entre les orbites, les mouvements, les âges et les compositions chimiques des étoiles ? Pour les grandes lignes de cet événement d’accrétion, la réponse est positive.

Le biais d’assemblage pose une question différente. Une information associée à l’histoire d’assemblage améliore-t-elle encore la description ou la prédiction lorsque certaines propriétés présentes, notamment la masse du halo, sont déjà connues ? La réponse dépend des populations, des variables secondaires, des méthodes et des observables. Elle reste discutée et peut être compatible avec zéro dans certains tests.

Un résultat nul pour le biais d’assemblage n’abolirait donc pas la mémoire reconstructible. À l’inverse, la capacité à reconstruire une fusion ancienne ne démontre pas que la connaissance de cette fusion améliore la prédiction de toutes les propriétés futures de la galaxie. La rétrodiction et la valeur prédictive de l’histoire doivent être testées séparément.

Le deuxième régime possède ainsi une structure interne. À son niveau le plus directement établi, le présent conserve une information permettant de reconstruire une partie du passé. À un niveau plus exigeant, l’histoire conserve une valeur explicative ou prédictive après prise en compte des variables utilisées pour décrire l’état présent. La première propriété est clairement illustrée par la mémoire chimique et la galacto-archéologie. La seconde constitue l’un des enjeux des recherches sur le biais d’assemblage. La mémoire cosmique reconstructible ne repose donc pas sur l’existence d’un biais d’assemblage significatif dans toutes les populations. Elle repose sur la démonstration que certaines structures présentes contiennent une information historique identifiable.

Testabilité et relativité descriptive

Une proposition de mémoire cosmique devient scientifiquement intéressante lorsqu’elle précise ce qui est supposé persister, dans quelles variables cette persistance doit être observée et quelles données

pourraient contredire la proposition. Il faut d’abord définir l’état présent utilisé comme référence. Une description limitée à la masse d’un halo n’équivaut pas à une description incluant sa concentration, son environnement, son contenu baryonique, sa dynamique interne, ses populations stellaires et ses sous- structures. Plus la description est riche, plus elle peut intégrer des conséquences de l’histoire.

Il faut ensuite définir l’histoire recherchée. Une date de formation, un nombre de fusions, une trajectoire d’accrétion, un épisode d’enrichissement chimique ou l’origine d’une population stellaire ne constituent pas des objets équivalents. Chaque hypothèse exige des observables, des modèles et des critères de réussite différents. Il faut enfin préciser ce que l’histoire apporte au-delà de l’état présent. Une trace possède un contenu rétrodictif lorsqu’elle réduit l’ensemble des histoires compatibles avec les observations. Une histoire possède une valeur prédictive résiduelle lorsqu’elle améliore la description ou la prédiction au-delà des variables actuelles retenues.

Ces deux propriétés peuvent être testées indépendamment. Une mémoire reconstructible pourrait être mise en difficulté si des événements supposés distincts ne produisaient aucune signature différenciable, si les reconstructions ne dépassaient pas ce qui serait obtenu par hasard, si les signatures disparaissaient après correction des biais de sélection ou si plusieurs histoires incompatibles restaient indiscernables malgré des données supposées informatives. Une mémoire prédictive relative pourrait échouer si l’ajout des variables historiques n’améliorait aucune prédiction après contrôle d’un état présent correctement spécifié.

La relativité descriptive ne protège donc pas la thèse contre la réfutation. Elle oblige au contraire à préciser son domaine de validité. Affirmer qu’une information historique pourrait exister dans des variables encore inconnues ne suffit pas. Une revendication scientifique doit définir un contenu informationnel observable, une méthode de comparaison et des conditions d’échec. La proposition devient alors plus limitée, mais plus forte. Certaines structures cosmiques conservent, dans certains observables et à certaines résolutions, une information permettant de reconstruire une partie de leur histoire. Dans certains cas, cette histoire peut également améliorer la description ou la prédiction au- delà d’un état macroscopique réduit.

Troisième régime : la réutilisation fonctionnelle

Le troisième régime apparaît lorsqu’une trace passée ne se contente plus d’être présente, lisible ou prédictive pour un observateur. Elle est remobilisée par l’organisation et participe causalement à de nouveaux cycles de maintien, de développement, d’adaptation ou de reproduction. Le vivant atteint ce régime lorsque des structures héritées contribuent à reconstruire, réguler ou modifier l’organisation future.

Les séquences génétiques, les états épigénétiques, l’organisation cellulaire, les mécanismes de développement et certains héritages écologiques ne constituent pas seulement des traces permettant à un observateur extérieur de reconstruire une histoire. Ils participent aux processus par lesquels l’organisation se développe, se reproduit, se répare et modifie son comportement. Le génome ne constitue pas une archive autonome. Ses séquences peuvent être transcrites, régulées, combinées et réutilisées, mais leur fonctionnement dépend d’une cellule déjà organisée, de mécanismes moléculaires, de structures héritées et d’un environnement de développement. Le couple génotype- phénotype représente donc une différenciation fonctionnelle importante sans séparer complètement le support héréditaire de l’organisation qui permet sa lecture.

Le vivant ne se contente pas de porter des traces. Il possède des architectures capables d’utiliser certaines structures héritées dans la production de nouveaux états organisés. La différence avec la mémoire cosmique reconstructible devient alors qualitative. Une galaxie peut porter des traces permettant à des observateurs de reconstruire son histoire. Elle ne dispose pas pour autant d’un dispositif par lequel elle identifierait ces traces, les recopierait et les utiliserait pour produire une nouvelle galaxie selon un cycle héréditaire. Une galaxie peut être lisible sans se lire elle-même.

La frontière entre le deuxième et le troisième régime ne résulte donc pas simplement d’une augmentation de résolution. Aucune observation plus fine ne transforme à elle seule une trace cosmique en information fonctionnellement réactivée par le système qui la porte. Le troisième régime exige une architecture supplémentaire, capable de conserver, de reconnaître, de transmettre, de transformer ou de remobiliser certaines structures héritées. Cette frontière est qualitative dans ses critères même si son apparition historique a probablement été progressive. Les systèmes prébiotiques ont pu développer graduellement des formes de catalyse, de compartimentation, de réplication et de transmission. Il n’est pas nécessaire de supposer une rupture instantanée. Une fois le critère défini, la présence d’une trace lisible et la présence d’un dispositif qui utilise cette trace dans un nouveau cycle ne décrivent pourtant pas la même propriété.

Une asymétrie fondamentale entre les régimes

Présenter les trois régimes comme les niveaux homogènes d’une simple échelle masquerait une asymétrie importante. Le passage du premier au deuxième régime dépend en grande partie de la conservation de l’information et de la résolution descriptive. Une histoire peut devenir plus ou moins lisible selon les observables disponibles, la précision des mesures, la qualité des modèles et la durée écoulée depuis l’événement. Une trace presque entièrement mélangée peut encore conserver une faible information statistique. Une nouvelle méthode peut rendre visible une signature jusque-là inaccessible.

La frontière entre dépendance de trajectoire et reconstructibilité n’est donc pas nécessairement ontologique. Une partie de la différence vient de ce que l’on choisit de mesurer et de la capacité à identifier l’information historique contenue dans l’état présent. Le passage du deuxième au troisième régime introduit en revanche une propriété organisationnelle différente. Le système ne porte plus seulement une trace interprétable par un observateur externe. Il possède des mécanismes internes par lesquels certains héritages participent à la production, au maintien ou à la transmission de nouveaux états organisés. La trace entre alors dans une boucle fonctionnelle.

Cette asymétrie évite deux erreurs opposées. La première consisterait à réserver toute mémoire au vivant et à considérer les traces cosmiques comme de simples conséquences dépourvues de contenu historique. La seconde consisterait à attribuer aux galaxies, aux étoiles ou à l’Univers une mémoire fonctionnelle comparable à celle d’un organisme au seul motif que leur état présent dépend de leur

passé. Une continuité existe, mais elle n’impose pas un isomorphisme structurel. Les mêmes opérateurs généraux de conservation partielle, de dépendance historique et de transformation des contraintes peuvent apparaître dans des architectures différentes. La continuité opérative ne supprime pas les seuils organisationnels. Là où le vivant a développé des systèmes de transmission permettant l’accumulation évolutive, l’Univers transmet principalement des paysages de contraintes, de ressources et de potentiels que chaque nouvelle structure doit intégrer ou négocier.

Ce qui persiste n’est pas nécessairement utile

La comparaison entre évolution cosmique et évolution biologique pourrait conduire à une autre simplification, celle selon laquelle les systèmes ne conserveraient que les traces utiles. Cette formulation est trop forte. Le vivant porte des héritages neutres, redondants, coûteux ou devenus inadaptés. Une caractéristique peut persister parce qu’elle reste compatible avec la reproduction et le

développement, parce qu’elle est liée à d’autres fonctions, parce que son coût demeure insuffisant pour entraîner son élimination ou parce que les trajectoires évolutives accessibles ne permettent pas sa disparition immédiate. La sélection naturelle ne produit pas une archive optimale. Elle agit sur des organisations historiquement constituées et contraintes par leurs possibilités de transformation.

De manière comparable, les structures cosmiques ne conservent pas ce qui serait utile. Certaines configurations persistent en raison de leur stabilité dynamique, de leur position dans un environnement gravitationnel, de leur histoire d’interactions ou simplement parce qu’aucun événement ultérieur ne les a entièrement désorganisées. L’Univers ne sélectionne pas des traces en fonction d’une finalité. Des structures persistent parce que les dynamiques physiques permettent leur maintien ou parce que leurs effets n’ont pas été effacés.

La continuité réside donc dans le caractère partiel et transformateur de la persistance. Certaines traces disparaissent, certaines sont incorporées, certaines deviennent difficiles à lire et certaines continuent à modifier les conditions futures. Dans le vivant, certaines entrent en plus dans des mécanismes de transmission et de réutilisation fonctionnelle.

Dissipation, entropie et organisation hors équilibre

La comparaison ne doit pas opposer des structures cosmiques dissipatives à des organismes qui préserveraient leur ordre contre la dissipation. Les structures cosmiques et les organismes apparaissent dans des systèmes traversés par des flux et éloignés de l’équilibre thermodynamique. Lorsqu’un gaz tombe dans un halo, il peut subir des chocs, développer des turbulences, rayonner de l’énergie et se refroidir. Ces transformations contribuent à la concentration de matière et à la formation d’étoiles. Les halos de matière noire, essentiellement non collisionnels, ne dissipent pas leur énergie de la même manière. Leur évolution implique notamment du mélange de phase et des processus de relaxation gravitationnelle. Il faut donc distinguer la dissipation radiative des mécanismes de réorganisation propres aux systèmes gravitationnels non collisionnels.

Les organismes maintiennent leur organisation en captant de l’énergie et de la matière, en les transformant puis en rejetant de la chaleur et des produits dégradés dans leur environnement. Leur ordre local n’échappe pas au deuxième principe de la thermodynamique. Il dépend d’une dissipation continue. La différence ne réside donc pas dans la présence ou l’absence de dissipation, mais dans l’organisation des processus dissipatifs. Dans le vivant, les flux sont intégrés à des réseaux capables de maintenir certaines conditions internes, de produire et réparer des composants, de réguler des transformations et de transmettre des variations.

Le vivant ne se contente pas d’être traversé par des flux. Son organisation modifie certaines relations entre ces flux et les processus internes dont sa continuation dépend. Il ne s’agit ni d’une finalité cosmique ni d’une intention attribuée à la matière. Il s’agit d’une propriété organisationnelle produite, maintenue et transformée au cours de l’évolution. La continuité entre cosmique et biologique réside dans l’apparition de structures historiques hors équilibre. La différence apparaît lorsque des architectures deviennent capables de transformer certaines traces héritées en ressources fonctionnelles transmissibles.

L’histoire comme contrainte et comme source de diversité

L’histoire ne limite pas seulement les possibilités. Elle produit également de la diversité. Deux halos possédant des masses proches peuvent suivre des trajectoires différentes selon l’ordre de leurs fusions, l’orientation des flux, les apports de gaz, leur environnement et l’intensité des rétroactions qu’ils

traversent. Ces différences peuvent être amplifiées et produire des galaxies dont les morphologies, les populations stellaires ou les niveaux d’activité divergent.

Deux organismes soumis à des contraintes environnementales comparables peuvent également suivre des trajectoires évolutives différentes en raison de mutations, d’événements démographiques, de migrations, d’extinctions ou de transformations écologiques. L’histoire ouvre certaines trajectoires tout en en refermant d’autres. Cette contingence ne signifie pas que tout est possible. Les lois physiques, les ressources disponibles, les conditions initiales et les architectures déjà constituées délimitent les transformations accessibles. L’histoire agit dans un espace contraint.

Rejouer une évolution à partir de conditions macroscopiques semblables ne produirait pas nécessairement la même succession détaillée d’événements. De faibles différences dans les fluctuations initiales, les interactions locales ou les séquences de fusion peuvent être amplifiées par les dynamiques non linéaires. Les mêmes lois générales peuvent ainsi produire des histoires différentes sans que ces histoires deviennent arbitraires. La complexité ne résulte donc pas de lois locales agissant sur une matière continuellement remise à zéro. Elle émerge de l’interaction entre des régularités physiques relativement stables et des paysages de contraintes progressivement transformés. Chaque structure reçoit un monde qui possède déjà une histoire.

Des niveaux d’organisation qui transforment leurs propres conditions

La formation cosmique peut être décrite comme une succession de niveaux dans lesquels chaque organisation modifie certaines conditions accessibles aux suivantes. Les fluctuations initiales contribuent à la formation de structures gravitationnelles. Les halos orientent l’accrétion de la matière baryonique. Le gaz forme des étoiles. Les étoiles modifient la composition chimique et l’état énergétique de leur environnement. Les vents stellaires et les explosions redistribuent de la matière. L’activité des trous noirs peut modifier l’évolution du gaz à l’échelle des galaxies et des amas.

Chaque niveau apparaît dans un environnement déjà transformé puis contribue à transformer les environnements futurs. Les structures produisent des contraintes qui deviennent ensuite les conditions de nouvelles structures. Cette dynamique ne suppose aucun programme cosmique. Elle ne signifie pas que l’Univers tendrait nécessairement vers la vie, la conscience ou la connaissance. Les trajectoires restent contingentes et la majorité des environnements ne produit probablement jamais de systèmes vivants.

Elle montre cependant que l’émergence d’un niveau ne peut pas toujours être comprise en examinant uniquement les lois locales présentes au moment de son apparition. Il faut également prendre en compte les conditions héritées qui rendent certaines transformations accessibles et d’autres improbables. Le vivant apparaît dans un Univers chimiquement enrichi, structuré par des générations d’étoiles et capable de produire certains environnements planétaires durables. Ces conditions ne suffisent pas à expliquer l’apparition de la vie, mais elles constituent une partie de son histoire matérielle. La mémoire cosmique ne désigne donc pas une faculté ajoutée après coup à la matière. Elle désigne la persistance de certaines transformations dans les conditions offertes aux organisations suivantes.

Une thèse indépendante d’un modèle cosmologique unique

Le présent article utilise principalement ΛCDM parce que la majorité des simulations de formation des

structures et des analyses de la relation entre galaxies et halos sont aujourd’hui développées dans ce cadre. La proposition centrale est toutefois plus générale. Certaines structures présentes peuvent contenir une information mesurable sur leur histoire et certaines dynamiques peuvent dépendre de contraintes produites par la formation antérieure des structures.

Les mécanismes précis, leur importance et leur interprétation peuvent varier entre les modèles cosmologiques. Les approches fondées sur le moyennage de Buchert accordent un rôle explicite aux effets des inhomogénéités sur l’évolution moyenne. Les équations moyennées introduisent une rétroaction cinématique et relient l’évolution de la courbure moyenne au développement des structures. Dans ce cadre, l’évolution moyenne peut dépendre de la manière dont les contrastes de densité et d’expansion se sont constitués au cours du temps.

Cette relation peut être interprétée avec prudence comme une forme de dépendance de trajectoire du premier régime à une échelle plus globale. L’état moyen ne serait alors pas entièrement indépendant de l’histoire de formation des structures. Cette interprétation ne démontre toutefois ni une mémoire reconstructible de l’espace-temps ni une mémoire fonctionnelle. Elle indique seulement que, dans ces cadres, l’histoire de la structuration peut participer à la dynamique moyenne plutôt que rester un détail local sans rétroaction.

Le modèle timescape de Wiltshire constitue une réalisation particulière développée à partir du formalisme de Buchert. Il attribue un rôle aux différences d’évolution entre régions denses et vides ainsi qu’à la calibration relative des horloges et des distances dans un Univers inhomogène. Il propose des observables permettant de le distinguer des cosmologies homogènes contenant une constante cosmologique. La mémoire cosmique ne constitue cependant pas un argument automatique en faveur de ΛCDM, de Buchert ou de timescape. Elle désigne un ensemble de propriétés empiriques dont la forme, l’intensité et la lisibilité peuvent être comparées entre plusieurs descriptions cosmologiques.

Dans ΛCDM, la mémoire est principalement étudiée dans les histoires d’assemblage, les distributions de matière, les populations stellaires et les signatures chimiques. Dans les cosmologies inhomogènes, certaines formes de dépendance historique pourraient également intervenir dans l’évolution moyenne. Chaque cadre doit préciser ses mécanismes et produire ses propres critères de mise à l’épreuve.

Une mémoire de plus en plus lisible

Les instruments contemporains augmentent rapidement la quantité et la précision des traces accessibles. Gaia mesure les positions, les mouvements et différentes propriétés d’un très grand nombre d’étoiles de la Voie lactée. Ces données permettent de reconstruire progressivement la

dynamique du disque, du halo et de plusieurs populations anciennes. La mission a profondément élargi la possibilité de relier des propriétés stellaires présentes à l’histoire d’assemblage de la Galaxie.

Euclid cartographie la distribution et la morphologie de millions de galaxies. Sa première livraison rapide de données, publiée le 19 mars 2025, a fourni un aperçu de ses champs profonds et environ vingt-six millions de détections. Cette première livraison n’était pas encore une publication cosmologique complète, mais elle a rendu accessibles de vastes ensembles de structures galactiques et leur organisation à grande échelle.

DESI construit une représentation tridimensionnelle de la distribution des galaxies et des quasars sur de vastes volumes. Ses données permettent non seulement d’étudier l’histoire de l’expansion, mais aussi de tester plus finement les relations entre galaxies, halos et environnement. La mesure directe du biais d’assemblage des satellites montre que l’augmentation de la précision ne confirme pas nécessairement les attentes théoriques et peut également les mettre en difficulté. JWST et ALMA observent les premières phases de formation et d’enrichissement des galaxies. Les détections réalisées dans JADES-GS-z14-0 montrent qu’une évolution chimique importante avait déjà commencé environ trois cents millions d’années après le Big Bang.

Ces instruments ne rendent pas seulement visibles des objets éloignés. Ils donnent accès à différentes dimensions de l’histoire matérielle du cosmos, depuis la géométrie de la toile cosmique jusqu’aux mouvements des galaxies, aux distributions de matière, aux populations stellaires et aux abondances chimiques. L’augmentation de cette lisibilité ne garantit pas que toutes les traces survivront ni qu’une histoire unique pourra être reconstruite. Certaines informations sont perdues. Certaines transformations produisent des signatures ambiguës. Plusieurs trajectoires peuvent conduire à des états semblables. La reconstruction reste partielle, probabiliste et dépendante des modèles. Une mémoire incomplète n’est toutefois pas une absence de mémoire.

Conclusion

L’Univers ne fonctionne pas comme une coquille unique qui conserverait chacune de ses étapes dans des couches intactes. Son histoire est faite d’accrétion, de fusion, de dispersion, de mélange et de réorganisation. Les structures anciennes peuvent disparaître et une partie de l’information qu’elles portaient peut devenir inaccessible. Pourtant, les nouvelles structures ne se forment pas dans un espace vierge. Elles apparaissent dans un réel déjà différencié par son histoire. Les distributions de matière orientent les flux futurs. Les étoiles transforment la composition du milieu dont se formeront les générations suivantes. Les galaxies absorbées laissent parfois des populations dont les propriétés permettent de reconstruire une partie de leur origine. Les structures présentes modifient ainsi les conditions dans lesquelles de nouvelles structures peuvent apparaître.

Cette continuité historique peut être distinguée en trois régimes. Dans le premier, le passé participe à la production de l’état présent. Il s’agit de la dépendance de trajectoire. Dans le deuxième, certaines transformations laissent une information suffisamment organisée pour permettre une reconstruction partielle de l’histoire. Ce régime possède deux dimensions distinctes. La première est rétrodictive puisque le présent permet d’inférer une partie du passé. La mémoire chimique et la galacto-archéologie en fournissent des exemples solides. La seconde est prédictive puisque l’histoire apporte encore une information au-delà des variables choisies pour décrire l’état présent. Les recherches sur le biais d’assemblage testent cette revendication plus exigeante, dont les résultats restent partagés et peuvent être compatibles avec zéro pour certaines populations. Dans le troisième régime, certaines organisations réutilisent des traces héritées dans de nouveaux cycles de maintien, de développement et de transmission. La mémoire devient alors fonctionnelle.

La frontière entre la dépendance de trajectoire et la reconstructibilité est graduelle et relative au niveau de description. Une amélioration des observations, un changement de variables ou une nouvelle méthode peut rendre visible une information historique auparavant inaccessible. La frontière entre la reconstructibilité et la réutilisation fonctionnelle introduit une différence organisationnelle. Une trace lisible ne devient pas automatiquement une ressource utilisée par le système qui la porte. Le cosmique atteint clairement la dépendance historique et, dans de nombreux cas, la reconstructibilité. Le vivant ajoute des architectures de transmission, de lecture et de réactivation qui permettent l’accumulation évolutive.

Cette distinction préserve à la fois la continuité et la différence. Les systèmes cosmiques et biologiques ne sont pas structurellement identiques, mais leur présent ne résulte pas de lois locales agissant sur une table rase. Il émerge de l’interaction entre ces lois et un paysage de contraintes déjà transformé. La matière ne conserve pas une copie fidèle de tout ce qui lui est arrivé. Certaines transformations ne laissent qu’une dépendance dynamique. D’autres produisent des traces encore lisibles. Certaines conservent une valeur explicative ou prédictive au-delà d’une description présente simplifiée. Dans le vivant, certaines traces deviennent des ressources transmissibles et réutilisables.

La mémoire cosmique est donc moins enregistrée qu’incorporée. Elle réside dans la géométrie, la composition et la dynamique des structures. Sa portée scientifique commence là où cette incorporation produit une information historique identifiable, mesurable et susceptible d’être mise en défaut. L’émergence de la complexité ne résulte pas uniquement de lois physiques locales appliquées à une matière sans histoire. Elle dépend également de l’accumulation, de la transformation et de la réorganisation de contraintes héritées. Les lois délimitent les transformations possibles, tandis que l’histoire contribue à déterminer les chemins qui deviennent effectivement accessibles.