La physique moderne suggère que le temps n’avance pas, ce n’est qu’une illusion

Quel est le temps? Un concept aussi familier ne semble nécessiter aucune explication. Cependant, la physique moderne a démantelé bon nombre de nos intuitions et le temps est en grande partie une illusion.

Le débat sur le véritable sens du temps, voire sur son existence même à un niveau fondamental, est aujourd’hui plus vivant que jamais et se connecte aux questions les plus profondes de la physique théorique.

Einstein et l’espace-temps

Au début du XXe siècle, Albert Einstein révolutionne notre conception de l’espace et du temps avec sa théorie de la relativité restreinte (1905) et générale (1915). Selon eux, le temps dépend de la vitesse de l’observateur et du champ gravitationnel auquel il est soumis, phénomènes démontrés expérimentalement.

Depuis, nous concevons le temps comme une dimension de même nature que les trois dimensions spatiales : la quatrième dimension.

Le temps passe plus lentement dans la tête que dans les pieds

Supposons que l’horloge de votre maison indique 10 heures lorsque vous sortez vous promener et 11 heures lorsque vous revenez. Il bon sens Il dit que pour vous une heure s’est écoulée et que la montre dans votre poche (si elle fonctionne bien) aura également passé une heure. Mais à proprement parler, c’est inexact. Parce que vous avez déménagé, le temps écoulé pour vous et votre montre est légèrement plus court que le temps que vous avez passé chez vous. La différence est si minime qu’elle est pratiquement nulle. Mais quand ce type d’expérience est réalisé à l’aide d’horloges atomiques est vérifié que le temps écoulé est différent (et la divergence est exactement ce que prédit la théorie d’Einstein).

La même chose se produit avec la gravité : plus le champ gravitationnel est grand, plus le temps passe lentement. Lorsque vous êtes debout, le temps passe plus vite dans votre tête que dans vos pieds. Cela aussi il a été prouvé expérimentalement.

Il n’y a pas de temps universel. Il n’est pas possible de dire qu’« à un moment donné » la réalité est une certaine réalité, composée d’événements qui se produisent simultanément dans des lieux différents. Pour un autre observateur, les faits qui composent « la réalité du présent » sont différents.

L’écoulement du temps pour la physique

L’idée psychologique la plus puissante concernant le temps est que, contrairement à l’espace, il coule. Des événements passés se sont déjà produits. Ils existaient, mais ils n’existent plus. Et les futurs ne se sont pas encore produits. Seul le présent a une existence réelle.

Cependant, rien dans les équations de la physique ne nous indique que le temps s’écoule de cette façon. Ces lois relient des événements à des moments différents (c’est-à-dire caractérisés par différentes valeurs de la coordonnée temporelle), mais elles ne nous disent pas que le temps passe du passé au futur.

Aussi incroyable que cela puisse paraître, le passage du temps est probablement une illusion. Bien sûr, une illusion très forte.

Quelle est la raison de cette hallucination collective ?

Supposons que le temps s’écoule plus lentement. Comment le remarqueriez-vous ? Dans ce jeu, il ne faut pas faire le piège d’imaginer que le temps s’écoule plus lentement pour tout le monde sauf nous. Nous faisons partie de l’univers et, par conséquent, nos processus cérébraux (et les pensées qui en découlent) ralentiraient également, en synchronisation avec toutes les horloges. La réponse est donc que nous ne le remarquerions pas du tout. Nous percevrions tout exactement de la même manière.

Cela serait vrai même si « l’écoulement du temps » se faisait à rebours. À chaque instant, nos pensées seraient identiques et, par conséquent, nos « souvenirs » et notre perception du temps le seraient également.

La flèche du temps

Cependant, le temps semble passer, et il le fait aussi dans une certaine direction et non l’inverse. C’est ce qu’on appelle la « flèche du temps ». Lorsque nous mélangeons du lait dans une tasse de café, les deux se mélangent, mais l’inverse ne se produit jamais. Quand on laisse tomber un œuf par terre, il se brise, mais il n’arrive jamais que les morceaux se recomposent spontanément et que l’œuf nous saute dans les mains. La raison de ces processus apparemment irréversibles réside dans le deuxième principe de la thermodynamique.selon lequel « l’entropie a toujours tendance à augmenter ».

En termes familiers, le entropie C’est quelque chose de similaire au désordre d’un système physique. En fait, le deuxième principe n’est pas une loi physique, mais une pure statistique. Il existe beaucoup plus d’états désordonnés que d’états ordonnés, et c’est pourquoi l’évolution tend toujours à désorganiser les systèmes.

Prenez un jeu de 20 cartes rouges sur 20 cartes noires et mélangez-le. Vous perdrez bientôt ce paramètre spécial. Mais peu importe combien vous mélangez, en pratique vous ne reviendrez jamais à la configuration initiale, même si en principe cela serait possible. Ce sont ces processus irréversibles qui créent une flèche du temps, qui distingue le passé (entropie inférieure) du futur (entropie supérieure).

L’ordre dans le Big Bang

L’univers au moment du Big Bang avait une entropie très faible, c’est-à-dire très peu de désordre. Personne ne connaît la raison de ce fait crucial (bien qu’il existe des modèles intéressants pour l’expliquer), mais grâce à lui l’entropie a pu augmenter et la flèche du temps qui nous est familière a été créée.

Depuis ce moment lointain, l’entropie n’a augmenté que grâce à des processus irréversibles, tels que ceux mentionnés (œufs cassés, mélange de liquides) et d’autres de plus grande ampleur (étoiles brûlant de l’hydrogène).

Les processus irréversibles produisent une puissante sensation de cause à effet, dans cet ordre temporel. Cependant, dans les équations de la physique, nous ne trouvons pas cette distinction, puisque tous les processus sont en réalité réversibles.

La pierre dans l’étang

Imaginez que vous laissez tomber une pierre dans un étang, provoquant les vagues concentriques typiques à la surface. En principe, le processus pourrait se dérouler à l’envers : par une fluctuation aléatoire de la surface de l’eau, se formeraient des vagues parfaitement concentriques qui avanceraient jusqu’au centre où se produirait un tourbillon qui soulèverait la pierre du fond de l’étang et jetez-le vers votre main, la surface reste alors parfaitement calme. Comme un film à rebours.

Ce Non Les lois de la physique l’interdisent, mais c’est extraordinairement improbable. La raison est dans le Deuxième principe de la thermodynamique: les processus vont toujours de l’entropie la plus basse à la plus élevée. Et l’état de la pierre dans notre main et l’étang calme a bien moins d’entropie que la pierre au fond de l’étang et l’eau légèrement chauffée par l’impact de la pierre.

Si l’on nous montre un instantané d’ondes circulaires à la surface d’un étang, nous les relierons (nous dirons qu’« elles ont été provoquées ») à un état d’entropie inférieure (par exemple, la chute d’un objet). L’inverse (une fluctuation aléatoire de l’eau) est hautement improbable.

Nous placerons donc la cause dans le passé, dans le domaine de la faible entropie. C’est la raison pour laquelle on parle de causes et d’effets, les premiers précédant les seconds.

Et c’est aussi la raison pour laquelle se forment les enregistrements et les souvenirs du passé. Si la pierre tombe dans la boue au lieu de l’eau, les vagues générées restent « gelées », offrant ainsi une trace de la « cause » qui les a produites, qui, comme nous l’avons dit, est toujours un événement du passé.

Le monde regorge de traces du passé de ce type : les cratères de la Lune, les fossiles, les constructions humaines, etc. Pour la même raison, nous associons les enregistrements de notre cerveau (nos souvenirs) aux événements du passé qui les ont « provoqués ». Et c’est ce qui produit la sensation psychologique que nous voyageons du passé vers le futur : du passé (faible entropie) nous avons des archives et des souvenirs abondants, tandis que le futur (forte entropie) est incertain. La perception est que le passé « s’est déjà produit », mais que le futur « ne s’est pas encore produit », même si les lois de la physique ne fournissent pas exactement cette interprétation.

La nature du temps

Même si la plupart des physiciens seraient d’accord avec ce qui a été dit ci-dessus, la vérité est que nous ne connaissons toujours pas la nature du temps dans toute sa profondeur. Et nous ne le ferons pas tant que la théorie de relativité générale avec la mécanique quantiqueles deux piliers de la physique moderne.

Pour l’instant, nous pouvons nous réjouir de l’idée que le passage du temps (vœu pieux ou non) n’est qu’une illusion.