Le temps existe-t-il ? Le point de vue d’un physicien

Le temps est certainement un sujet très complexe en physique, et il y a des gens qui croient que le temps n’existe pas vraiment. Un argument commun qu’ils utilisent est qu’Einstein a prouvé que tout est relatif, donc le temps n’est pas pertinent. Dans le livre à succès Le secretSelon les auteurs, « le temps n’est qu’une illusion ». Est-ce vraiment vrai ? Le temps n’est-il qu’un produit de notre imagination ?

Chez les physiciens, il ne fait aucun doute que le temps existe vraiment, vraiment. C’est un phénomène mesurable et observable. Les physiciens sont juste un peu divisés sur ce qui cause cette existence, et ce que cela signifie de dire qu’elle existe. En effet, cette question se situe aux confins du domaine de la métaphysique et de l’ontologie (la philosophie de l’existence) autant que sur les questions strictement empiriques sur le temps que la physique est bien équipée pour aborder.

La flèche du temps et de l’entropie

L’expression « la flèche du temps » a été inventée en 1927 par Sir Arthur Eddington et popularisée dans son livre de 1928, The Nature of the Physical World. Fondamentalement, la flèche du temps est l’idée que le temps ne s’écoule que dans une seule direction, par opposition aux dimensions de l’espace qui n’ont pas d’orientation privilégiée. Eddington fait trois remarques spécifiques à propos de la flèche du temps :

1. Elle est reconnue de façon vivante par la conscience.
2. Il est également insisté par notre faculté de raisonnement, qui nous dit qu’un renversement de la flèche rendrait le monde extérieur absurde.
3. Elle n’apparaît pas dans les sciences physiques, sauf dans l’étude de l’organisation d’un certain nombre d’individus. Ici, la flèche indique le sens de l’augmentation progressive de l’élément aléatoire.

Les deux premiers points sont certainement intéressants, mais c’est le troisième point qui capture la physique de la flèche du temps. Le facteur distinctif de la flèche du temps est qu’elle pointe dans la direction d’une entropie croissante, selon la deuxième loi de la thermodynamique. Les choses dans notre univers se décomposent comme un processus naturel basé sur le temps… mais elles ne se remettent pas en ordre spontanément sans beaucoup de travail.

Il y a cependant un niveau plus profond à ce que dit Eddington au point trois, à savoir que « Il ne fait aucune apparition dans les sciences physiques, sauf… ». Qu’est-ce que cela signifie ? Le temps est partout en physique !

C’est certainement vrai, mais ce qui est curieux, c’est que les lois de la physique sont « réversibles dans le temps », c’est-à-dire que les lois elles-mêmes semblent fonctionner parfaitement si l’univers était joué à l’envers. D’un point de vue physique, il n’y a pas de raison réelle pour que la flèche du temps avance nécessairement.

L’explication la plus courante est que dans un passé très lointain, l’univers avait un degré élevé d’ordre (ou une faible entropie). En raison de cette « condition limite », les lois naturelles sont telles que l’entropie augmente continuellement. (C’est l’argument de base avancé dans le livre de Sean Carroll de 2010 De l’éternité à ici : La quête de la théorie ultime du tempsmais il va plus loin en suggérant des explications possibles pour expliquer pourquoi l’univers a pu commencer avec autant d’ordre).

Le secret et le temps

Une idée fausse courante, répandue par une discussion peu claire sur la nature de la relativité et d’autres aspects de la physique liés au temps, est que le temps n’existe pas du tout en réalité. Cette idée se retrouve dans un certain nombre de domaines que l’on qualifie communément de pseudo-science ou même de mysticisme, mais j’aimerais aborder une apparition particulière dans cet article.

Dans le livre (et la vidéo) d’auto-assistance le plus vendu Le secretLes auteurs avancent l’idée que les physiciens ont prouvé que le temps n’existe pas. Examinons quelques lignes de la section « Combien de temps faut-il » du chapitre « Comment utiliser le secret » du livre :

« Le temps n’est qu’une illusion. C’est Einstein qui nous l’a dit. »

« Ce que les physiciens quantiques et Einstein nous disent, c’est que tout se passe simultanément. »

« Il n’y a pas de temps pour l’Univers et il n’y a pas de taille pour l’Univers. »

Les trois déclarations ci-dessus sont catégoriquement fausses, selon la plupart des physiciens (surtout Einstein !). Le temps fait en fait partie intégrante de l’univers. Comme mentionné précédemment, le concept très linéaire du temps est lié au concept de la seconde loi de la thermodynamique, qui est considérée par de nombreux physiciens comme l’une des lois les plus importantes de toute la physique ! Si le temps n’est pas une propriété réelle de l’univers, la seconde loi devient insignifiante.

Ce qui est vrai, c’est qu’Einstein a prouvé, par sa théorie de la relativité, que le temps en lui-même n’était pas une quantité absolue. Au contraire, le temps et l’espace sont unis de manière très précise pour former l’espace-temps, et cet espace-temps est une mesure absolue qui peut être utilisée – là encore, de manière très précise et mathématique – pour déterminer comment différents processus physiques en différents endroits interagissent les uns avec les autres.

Cela ne signifie pas pour autant que tout se passe simultanément. En fait, Einstein croyait fermement – en se basant sur les preuves de ses équations (comme E = mc2) – qu’aucune information ne peut voyager plus vite que la vitesse de la lumière. Chaque point de l’espace-temps est limité dans la façon dont il peut communiquer avec d’autres régions de l’espace-temps. L’idée que tout se passe simultanément est exactement contraire aux résultats qu’Einstein a développés.

Cette erreur et d’autres erreurs de physique dans The Secret sont parfaitement compréhensibles car le fait est qu’il s’agit de sujets très complexes, et qu’ils ne sont pas nécessairement compris par les physiciens. Cependant, ce n’est pas parce que les physiciens n’ont pas nécessairement une compréhension complète d’un concept tel que le temps qu’il est valable de dire qu’ils n’ont pas de compréhension du temps, ou qu’ils ont passé par pertes et profits l’ensemble du concept comme étant irréel. Il est certain que ce n’est pas le cas.

Transformer le temps

Une autre complication dans la compréhension du temps est démontrée par le livre 2013 de Lee Smolin Le temps renaît : De la crise de la physique à l’avenir de l’universdans laquelle il affirme que la science (comme le prétendent les mystiques) traite le temps comme une illusion. Il pense plutôt que nous devrions traiter le temps comme une quantité fondamentalement réelle et, si nous le prenons au sérieux en tant que tel, nous découvrirons des lois de la physique qui évoluent avec le temps. Il reste à voir si cet appel débouchera réellement sur de nouvelles connaissances des fondements de la physique.

Sous la direction de Anne Marie Helmenstine, Ph.D.