La formule du temps

Dans la société dans laquelle nous vivons, nous regardons toujours l’heure. Nous réglons une alarme pour une heure précise, nous nous réveillons, prenons le petit-déjeuner et nous nous dirigeons vers le travail pour commencer à une heure précise. Nous passons huit heures et rentrons chez nous. A la maison nous nous reposons quelques minutes et allons chercher nos enfants à l'école puisqu'ils partent à une heure précise.

Nous basons toute notre vie sur le temps et les heures. Nous organisons notre vie autour de ce concept.

Mais... Qu'est-ce que le temps ?

Existe-t-il vraiment ou l'avons-nous inventé ?

Eh bien, il s’avère que le temps est un concept très compliqué à définir. Les physiciens du monde entier tentent de donner des définitions. Cependant, nous ne comprenons toujours pas vraiment de quoi il s’agit.

Aujourd’hui, nous allons essayer de donner une vision du temps sous différents points de vue de la physique moderne. Nous commencerons par la mécanique classique, continuerons avec la mécanique statistique et la mécanique quantique, pour enfin terminer par la relativité générale d'Einstein.

Voulez-vous découvrir les mystères que recèle le temps ?

Avant!

La mécanique classique est les lois physiques qui découlent des trois principes de Newton. La deuxième loi de Newton nous dit que la force est égale à la dérivée de l'impulsion linéaire par rapport au temps, ce qui équivaut à dire que la force est égale à l'accélération multipliée par la masse.

Dans ce cadre théorique, le temps est considéré comme une valeur absolue, ce qui se produit de la même manière pour tous les observateurs.

De plus, les formules de la physique classique ont une symétrie temporelle. Autrement dit, les équations sont remplies de la même manière, que le temps avance ou recule.

En physique classique, nous utilisons le temps pour calculer des vitesses, des accélérations ou des positions à travers les équations du mouvement.

C'est un nombre simple que nous entrons dans nos équations pour effectuer des calculs. Le temps est absolu, linéaire (il court dans un seul sens et réversible.

En fait, cette conception du temps est celle qui est la plus profondément ancrée dans notre société. Le temps se passe de la même manière pour tout le monde.

Nous rencontrons nos amis à une heure précise car nous savons que le temps passe de la même manière pour nous tous et que si à une certaine heure nous sommes au même endroit, nous partagerons ce point dans l'espace-temps et nous pourrons aller boire une bière et discuter.

Mais le temps est-il vraiment absolu ? Ou bien c'est simplement un produit de notre esprit où nous nous souvenons du passé et oublions le futur, ayant une fausse perception du présent et une illusion de la fluidité du temps.

Continuons nos recherches...

Les équations mathématiques ne disent rien sur la signification du temps. Ceux-ci sont applicables à la fois pour avancer dans le temps et pour reculer.

Cependant, notre intuition nous dit qu'un verre se brise mais ne se régénère pas, ou qu'un morceau de sucre se dissout dans le café mais qu'une fois jeté, le cube ne se reconvertit pas. Il semble donc qu’il n’y ait qu’une seule signification.

C’est là qu’entre en jeu la deuxième loi de la thermodynamique ou également connue sous le nom de flèche du temps, qui postule que l’entropie de l’univers augmente toujours.

Mais... Qu'est-ce que l'entropie ?

Bon...

Ce concept est également difficile à définir puisqu’il ne représente aucune ampleur palpable dans notre quotidien.

Dans les instituts et universités du monde entier, l’entropie est définie comme un désordre. Autrement dit, plus l’entropie est grande, plus le désordre est important. On pourrait donc redéfinir la deuxième loi de la thermodynamique selon laquelle l’univers tend toujours vers le désordre.

Personnellement, je n'aime pas vraiment cette définition. Je préfère la définition utilisée par le célèbre physicien théoricien Leonard Susskind dans ses présentations (vous pouvez les voir sur YouTube). Il définit l'entropie comme le degré de désinformation que nous avons sur un système.

Par exemple, avant de se briser, un verre dispose tous ses atomes disposés d’une manière spécifique. Lorsque le verre tombe et se brise, les composants qui le composent peuvent prendre de nombreuses positions différentes.

Par conséquent, le degré d’information accessible sur le moment où il est brisé est bien moindre puisqu’il existe de nombreuses façons de briser le verre, mais une seule pour qu’il soit entier.

L’entropie, en fin de compte, est un concept probabiliste. Le désordre signifie qu'un système peut prendre de nombreuses conformations différentes, augmentant les degrés de liberté du système et diminuant la quantité d'informations que nous pouvons en obtenir.

Prenons un autre exemple : lorsque l'eau est au zéro absolu, ses molécules sont complètement immobiles, disposées d'une seule manière. Dans ce cas, ses molécules ne peuvent être trouvées que dans une seule position et le système est complètement « ordonné », donc son entropie est nulle.

Cependant, si nous augmentons la température, les molécules d’eau commencent à bouger, de sorte que les positions dans lesquelles les molécules peuvent se trouver sont nombreuses, ou en d’autres termes, il existe de nombreux micro-états du système. Cela entraîne une augmentation du degré de désinformation dans ledit système, augmentant ainsi l’entropie.

Bref, le concept d’entropie établit une flèche temporelle. Marquez quels événements se produisent dans notre univers et leur direction.

Au XXe siècle est apparue l’une des théories les plus révolutionnaires de tous les temps : la théorie de la relativité générale, formulée par Albert Einstein.

La relativité générale est très complexe à comprendre en profondeur car elle fait appel à des mathématiques complexes telles que l'algèbre tensorielle ou la géométrie différentielle.

Ne t'inquiète pas!

Nous allons essayer de donner quelques aperçus de cette belle théorie.

La relativité générale introduit la notion d'espace-temps. L’espace-temps peut être visualisé comme un tissu comprenant trois dimensions spatiales et une dimension temporelle.

Ce tissu espace-temps peut être déformé par la matière et c'est exactement ce que rapportent les équations de la relativité générale : de quelle quantité de matière ai-je besoin pour pouvoir déformer l'espace-temps ?

Par conséquent, le temps n’est pas quelque chose de linéaire et de fluide, mais existe comme un bloc et le futur et le passé ne sont qu’une illusion de notre part. Tout est arrivé et arrive en même temps.

En fait, les trous de ver hypothétiques sont des portails qui nous mèneraient d'un moment à un autre, pouvant aller dans le passé ????

De plus, la relativité générale nous dit également qu'aux points où la gravité est plus grande, le temps passe plus lentement.

Avez-vous vu le film Interstellaire ?

À un moment donné du film, ils atterrissent sur une planète très proche du trou noir massif de Gargantua. Une fois sur place, il retrouve le Dr Miller, qui était piégé il y a des années sur cette planète.

Cependant, la gravité est si élevée sur cette planète que, pour le Dr Miller, cela ne fait que quelques heures qu'elle est piégée sur cette planète.

Cependant, pour le reste des gens, il était là depuis des années.

Le temps s'était écoulé différemment pour elle !

Une fois qu'ils ont récupéré le Dr Miller, ils retournent au navire où les attendait l'autre membre d'équipage.

Pour le membre de l'équipage du navire, cela faisait environ 20 ans, tandis que pour le reste de la planète Miller, cela ne durait que quelques heures !

Une heure sur Miller équivalait à sept ans sur le vaisseau-mère Endurance.

Ce n'est qu'un film, mais ce fait est réel.

En fait, saviez-vous que vos pieds sont plus jeunes que votre tête puisque la force de gravité sur les pieds est d’autant plus grande qu’ils sont plus proches du centre de la Terre ?

Nous arrivons ici à la grande conclusion : le temps est relatif.

Oui, oui, le temps est relatif et non absolu comme on le croyait auparavant.

La relativité restreinte d'Einstein nous dit que deux observateurs en mouvement relatif vivent le temps différemment.

Qu'est-ce que cela signifie?

Donnons un autre exemple !

Imaginez que vous êtes sur le quai d'une gare et qu'au moment où un train passe (sans s'arrêter) à grande vitesse, deux éclairs frappent en même temps. Pour vous, la foudre a frappé d’un seul coup. Cependant, pour un observateur à l’intérieur du train, l’un est tombé d’abord, puis l’autre.

Qui a la raison ?

La vérité est que les deux...

Il n’y a pas de réalité absolue. Il existe une réalité pour chaque observateur. Deux événements qui pour vous peuvent être simultanés, mais pas pour une autre personne. La simultanéité est relative.

La relativité restreinte nous dit également que plus notre vitesse est grande, plus le temps passe lentement. Cela a été vérifié à l’aide des horloges les plus précises qui existent : les horloges atomiques.

Si nous laissons une horloge atomique au sol et une autre dans un avion, lorsque l'avion atterrira, nous verrons que celle que nous avons laissée au sol montre que plus de temps s'est écoulé que celle qui était dans l'avion.

C'est un autre fait qui affirme le pouvoir de la relativité restreinte et que le temps n'est pas absolu. Chaque observateur a son temps.

Ok, j'accepte que c'est trop...

Reposez-vous un peu car nous ne vous avons pas encore dit la chose la plus étonnante...

Que nous dit la mécanique quantique sur le temps ? Tu vas paniquer...

Je veux vous parler d'une expérience qui m'a laissé sans voix lorsque je l'ai découverte. Cette expérience s’appelle la gomme quantique à sélection retardée.

C'est un peu difficile à expliquer, mais je vais essayer de faire de mon mieux.

Vous souvenez-vous de l’expérience de la double fente initialement proposée par Thomas Young ?

Résumons-le :

Dans l’expérience à double fente, une source d’électrons est lancée à travers une double fente. Si nous utilisons un appareil pour mesurer de laquelle des deux grilles sort l’électron, nous voyons que les électrons se comportent comme une particule. Cependant, si nous ne mesurons pas la position de l’électron, nous observons une figure d’interférence. Autrement dit, la mesure fait en sorte que l’électron se comporte comme une particule et non comme une onde.

Le point de départ de la gomme quantique à sélection retardée est l’expérience à double fente.

Juste après la fente, un cristal est placé. Lorsqu'un photon le traverse, le cristal fait émerger deux photons quantiquement intriqués. Nous envoyons l'un des photons à travers un compteur et l'autre non.

Ce qui se passe est incroyable...

Lorsqu’on mesure l’un des photons, on voit que l’autre (que nous n’avons pas mesuré) se comporte comme une particule. En revanche, si nous ne mesurons aucun d’eux, alors elle se comporte comme une onde (une figure d’interférence est affichée).

Ce que nous dit cette expérience, c'est comme si le photon mesuré pouvait voyager dans le passé et dire à l'autre photon : se comporter comme une particule !

Il y a une rétrocausalité du futur vers le passé.

Dans cette vidéo, vous pouvez voir l'expérience visuellement, ce qui vous aidera à mieux la comprendre.

Cet article s'intitule la formule du temps.

Cependant, nous ne savons toujours pas quelle heure il est. Comme nous l’avons vu, le temps semble se comporter très différemment de ce que nous pensions tout au long de l’histoire de l’humanité.

Cela m'amène à penser...

Le temps existe-t-il vraiment ou est-il simplement un produit de notre cerveau ?