Archives mensuelles : novembre 2006

Le temps existe t-il ?

Je ne choisi pas ce titre au hasard, c’est le titre d’une conférence à laquelle je viens d’assister. Une conférence organisée par le CERN à Genève ou je travaille, faite par Etienne Klein, Directeur du Laboratoire de Recherche sur les Sciences de la Matière du CEA. Je me suis dis qu’une petite synthèse de cette conférence ferait un article fort intéressant.

Le temps est un mot que tout le monde comprend, qui existe dans toutes les langues, que tous les gens utilisent toute la journée mais qu’est-ce que le temps exactement ? Le gros problème, c’est justement que donner une définition du temps est impossible ! Pour donner une définition d’un mot, il faut utiliser d’autres mots qui ne découlent pas du terme a définir, or, pour le temps, on utilise nécessairement les notions de chronologie, de temporalité, de passage du temps, il y a toujours référence à un « avant » et un « après » qui découlent directement du principe du temps. Le problème est posé, on se retrouve nécessairement avec une tautologie, le temps ne peut se définir que par lui-même. On utilise souvent la métaphore de la rivière qui coule, sûrement une des plus vieilles images que l‘homme a inventée (depuis l’antiquité grecque). Le problème dans cette métaphore est qu’une rivière possède un lit qui est immobile et qui la contient, on peut donc la voir couler à partir de la berge et mesurer sa vitesse, de plus la rivière possède une source et vient se déverser dans quelque chose d’immobile qui ne s’écoule pas, pour faire une analogie avec temps, ce n’est pas chose aisée. Le temps devrait avoir une origine, posséder un support et se terminer dans quelque chose d’intemporel. Etienne Klein nous propose une autre métaphore, celle d’une prison roulante. Nous sommes enfermés dans une prison qui représente le temps, nous ne pouvons nous échapper, nous ne pouvons pas la contrôler ni mesurer sa vitesse mais juste ressentir le fait qu’elle avance indéfiniment dans la même direction. Reste la question du moteur, qu’est-ce qui fait avancer la prison, le temps ?

Le temps intervient en physique avec Galilée, vers 1590, avec sa théorie sur la chute des corps. C’est à ce moment, qu’on va voir apparaître la fameuse variable temporelle : « t ». En passant, Galilée n’est jamais allé à Pise jeter des pierres du haut de la tour comme le veux la légende, il est arrivé dans un premier temps à sa découverte uniquement avec une expérience de la pensée que voici. Jusqu’à Galilée, Aristote (IVème siècle av JC) avait instauré le fait que les corps tombaient à une vitesse proportionnelle à leur masse et personne n’avaient remis cette observation en cause. Effectivement, si vous laisser tomber de votre hauteur une boule de pétanque et une balle de tennis, la boule de pétanque arrive légèrement avant la balle de tennis car la hauteur est peu élevée et il y a des frottements avec l‘air, nous ne sommes pas dans le vide. Mais Galilée dit la chose suivante, si on forme un nouveau système boule de pétanque + balle de tennis en les attachant avec une corde, ce nouvel ensemble est plus lourd que la boule de pétanque seule, l’ensemble ainsi formé devrait donc tomber plus vite que la boule de pétanque seule. Or, si on réfléchit un peu, la balle de tennis tombe moins vite donc elle va freiner la boule de pétanque via la corde, ainsi, le système global tombe moins vite que la boule de pétanque seule. Conclusion : Aristote à tort et la chute des corps est indépendante de la masse. Dans cet exercice Galilée ne considérera plus une durée comme ses prédécesseurs mais bien le temps en tant que variable, qui sera alors absolue. Voilà pour la petite histoire et l’introduction du temps dans la physique.

Très vite, on assimilera le temps à une droite continue, pas une boucle qui se referme sur elle-même pour respecter la notion très importante de causalité. Ce principe mérite que l’on s’attarde un peu. Le principe de causalité dit qu’une action faite à un instant « t » (la cause) ne peut entraîner des conséquences que dans le futur. Un événement ne peut en aucun cas avoir d’effets rétroactifs et modifier un événement qui lui est antérieur. Ce principe paraissant évident ne l’est pas forcément dans la science dite moderne, particulièrement en relativité restreinte ou en mécanique quantique. Si la vitesse de la lumière est finie dans la relativité restreinte d’Einstein, c’est uniquement pour ne pas violer ce principe de causalité. La relativité change notre vision sur l’instantanéité des évènements. Attention, cela peut être assez subtil, prenons un exemple :

Soit le dispositif suivant : un bouton est relié à 2 lampes situées à égales distances. Lorsque l’observateur A, situé au milieu des 2 appuie sur le bouton, il voit les 2 lampes s’allumer exactement en même temps, les 2 évènements sont instantanés sur la droite du temps. Si à cet instant un autre observateur passe très vite devant ces 2 lampes de la gauche vers la droite (observateur B), il voit la lampe 1 s’allumer AVANT la lampe 2 et si un autre observateur passe de la droite vers la gauche (observateur C) alors il voit la lampe 1 s’allumer APRES la lampe 2. On pourrait penser qu’ici le principe de causalité n’est pas respecté car les personnes B et C perçoivent des évènements dans des sens inverses sur la droite du temps, comme si le temps était inversé. Or, ce n’est pas le cas, Einstein nous dit, que chaque personne possède son propre référentiel temporel, il n’y a pas de temps absolue, on ne peut pas comparer des évènements entre différents référentiels (voir paradoxe des Jumeaux de Langevin). Dans ce cas, il n’y a pas d’événement rétroactif qui vient modifier le passé de chacun, le principe de causalité est donc respecté pour chaque observateur.

Autre exemple :

Cette fois-ci lorsque le bouton est enfoncé, la lampe 1 s’allume et le fait que la lampe 1 s’allume déclenche un nouveau signal qui va aller allumer la lampe 2. L’observateur A va donc voir la lampe 1 s’allumer AVANT la lampe 2, tout comme l’observateur B. Concernant l’observateur C, si ce dernier va suffisamment vite, il verra la lampe 1 s’allumer APRES la lampe 2 et dans ce cas le principe de causalité ne sera pas respecté car c’est l’événement « lampe 1 allumé » qui a pour conséquence d’allumer la deuxième lampe. Pour conserver le principe de causalité ici, il y a une condition : que la vitesse de l’observateur C soit inférieure à la vitesse de la lumière dans le vide, et dans ce cas, il verra bien la lampe 1 s’allumer AVANT la lampe 2 et le principe de causalité sera respecté : Relativité restreinte !

 

Maintenant le principe de causalité introduit, il y a des confusions a ne pas faire. En thermodynamique, on parle sans cesse de la « flèche du temps ». Une personne normalement constituée pense que la « flèche du temps » correspond à l’écoulement du temps dans une direction… Or cela n’a rien à voir, la « flèche du temps » ne correspond en aucun cas au déroulement temporel. Cette dernière définie le sens dans lequel s’effectue des transformations, des changements. C’est elle qui introduit le deuxième principe de la thermodynamique qui stipule qu’il existe des transformations réversibles et d’autres irréversibles (l’entropie ne peut que augmenter, jamais diminuer). Par exemple vous pouvez faire un pas à gauche puis faire un pas à droite pour retrouver votre position d’origine. Dans ce cas, il y a réversibilité de la flèche du temps, le phénomène physique inverse est faisable, comme avec des boules de billards, si vous filmez 2 boules de billard s’entrechoquer et que vous repasser le film en marche arrière, rien de choquant n’apparaît car les équations mécaniques de Newton sont réversibles dans le temps, elle sont invariables par translation temporelle (si vous remplacer « t » par « -t » dans l’équation, ça ne change rien). Dans les phénomènes réversibles, un système peut retrouver un état antérieur dans le futur, et non pas revenir dans le temps comme on pourrait parfois le penser. En thermodynamique, beaucoup de transformations sont irréversibles. Par exemple, si vous mélangez du lait dans votre café, les deux vont parfaitement se mélanger naturellement dans le temps mais essayer donc de voir se séparer votre lait et votre café dans votre tasse naturellement, ce n’est pas près d’arriver. Ici la flèche du temps défini un ordre temporel à respecter, un enchaînement d’états qui possède un sens et le système ne peut revenir à un état antérieur dans le futur.

Ce qui est également étonnant c’est que dans toutes les cultures primitives, lors du récit de la création du monde, le temps est toujours le premier éléments qui apparaît. La question évidemment qu’on a envi de poser c’est « Y a t-il un début et une fin au temps ? » Question qui, à mon avis, ne sera jamais résolue pour la bonne et simple raison que toute réflexion philosophique sur ce sujet entraîne des tautologies ou des contradictions. Si avant que le temps ne débute il y avait un « néant » sans temps, combien de temps s’est écoulé avant de créer le temps ? Question idiote bien entendu. De plus, concernant l’existence d’un néant, à un moment ou à un notre, il a cessé d’exister (la preuve est que ce blog n’est pas le néant par exemple) donc il contenait en lui une possibilité de sortir de son propre néant, donc un objet qui possède une possibilité de faire quelque chose, c’est l’inverse du néant. Conclusion : Le néant n’a jamais existé !