Grands mystères de la physique : le temps est-il une illusion ?

Le premier épisode du nouveau podcast, grands mystères de la physique, plonge dans la nature complexe du temps. Remettant en question les notions traditionnelles du temps comme absolu, les chercheurs discutent des théories qui suggèrent que le temps est relatif et entrelacé avec l’espace, un concept qui contredit notre expérience subjective. L’écart pourrait être attribué à l’augmentation de l’entropie dans l’univers, mais pourquoi l’univers a commencé avec une faible entropie reste un mystère. Pour résoudre ce problème, les experts proposent des recherches supplémentaires, notamment la suppression du temps des équations scientifiques et l’étude de la thermodynamique des horloges.

Sans le sens du temps, nous emmenant du berceau à la tombe, nos vies n’auraient que peu de sens. Mais au niveau le plus fondamental, les physiciens ne savent pas si le type de temps que nous connaissons existe.

C’est le sujet du premier épisode de notre nouvelle série de podcasts, grands mystères de la physique. Soumis par moi, Miriam Frankel, rédactrice scientifique de The Conversation, et soutenu par FQxIau Foundational Questions Institute, nous avons discuté avec trois chercheurs de la nature du temps.

Les scientifiques ont longtemps supposé que le temps était absolu et universel : le même pour tous, partout, et qu’il existait indépendamment de nous. Il est encore traité de cette manière en mécanique quantique, qui régit le microcosme des atomes et des particules. Mais les théories de la relativité d’Albert Einstein, qui s’appliquent à la nature à grande échelle, ont montré que le temps est relatif plutôt qu’absolu : il peut accélérer ou ralentir selon la vitesse à laquelle on se déplace, par exemple. Le temps est également entrelacé avec l’espace dans «l’espace-temps».

Les théories d’Einstein ont permis aux scientifiques de visualiser l’univers d’une nouvelle manière : comme un bloc statique à quatre dimensions, avec trois dimensions d’espace (hauteur, largeur et profondeur) et le temps comme quatrième. Ce bloc contient simultanément tout l’espace et le temps, et le temps ne s’écoule pas. Il n’y a pas de maintenant spécial dans le bloc : ce qui semble être le présent pour un observateur est simplement le passé pour un autre.

Mais si c’est vrai, pourquoi notre expérience du temps passant du passé au futur est-elle si forte ? Une réponse est que l’entropie, une mesure du désordre, augmente toujours dans l’univers. Lorsque vous analysez les chiffres, explique Sean Carroll, physicien à l’Université Johns Hopkins aux États-Unis, il s’avère que l’univers primitif avait une entropie très faible. « [The universe] C’était très, très organisé et pas aléatoire et depuis, c’est plutôt relaxant et de plus en plus aléatoire et désorganisé. » Cela est susceptible de créer une flèche de temps pour les observateurs humains.

Cependant, nous ne savons pas pourquoi l’univers a commencé avec une si faible entropie. Carroll suggère que c’est peut-être parce que nous faisons partie d’un multivers contenant de nombreux univers différents. Dans un tel monde, certains univers, statistiquement parlant, devraient commencer avec une faible entropie.

Emily Adlam, philosophe de la physique au Rotman Institute of Philosophy de l’Université de Western Ontario au Canada, estime quant à elle que le mystère de la raison pour laquelle notre univers a commencé avec une faible entropie est un problème qui découle finalement du fait que la physique est truffé d’hypothèses au fil du temps.

« Personnellement, je suis très du côté qui dit que le temps ne s’écoule pas », explique-t-il. « C’est une sorte d’illusion qui vient de la façon dont nous sommes ancrés dans le monde. » Son intuition est qu’au niveau le plus fondamental, tout se passe en même temps, même si cela ne nous semble pas le cas.

Adlam soutient que la meilleure façon de comprendre le temps serait de le retirer entièrement de nos théories de la nature, de le retirer des équations. Fait intéressant, lorsque les physiciens essaient de marier la relativité générale avec la mécanique quantique dans une théorie de la « gravité quantique » de tout, le temps disparaît souvent des équations.

Les expériences pourraient également aider à faire la lumière sur la nature du temps, en aidant à tester diverses combinaisons de mécanique quantique et de relativité générale. Natalia Ares, ingénieur de la[{ » attribute= » »>University of Oxford, believes that studying the thermodynamics (the science of heat and work) of clocks may help. “By understanding clocks as machines, there are things that we can understand better about what the limits of timekeeping are,” she argues.

Host:

• Miriam Frankel, Podcast host, The Conversation

Interviewed:

• Emily Adlam, Postdoctoral Associate of the Philosophy of Physics, Western University
• Natalia Ares, Royal Society University Research Fellow, University of Oxford
• Sean Carroll, Homewood Professor of Natural Philosophy, Johns Hopkins University

This article was first published in The Conversation.