L'énigme du temps

Le temps a toujours été un problème. Tout d'abord, il était difficile, même pour les esprits les plus brillants, de comprendre l'heure réelle. Aujourd'hui, alors qu'il nous semble que nous comprenons cela dans une certaine mesure, beaucoup pensent que sans cela, du moins au sens traditionnel, ce sera plus confortable.

"" Écrit par Isaac Newton. Il croyait que le temps ne pouvait être vraiment compris que mathématiquement. Pour lui, le temps absolu unidimensionnel et la géométrie tridimensionnelle de l'Univers étaient des aspects indépendants et séparés de la réalité objective, et à chaque instant du temps absolu, tous les événements de l'Univers se produisaient simultanément.

Avec sa théorie de la relativité restreinte, Einstein a supprimé le concept de temps simultané. Selon son idée, la simultanéité n'est pas une relation absolue entre des événements : ce qui est simultanément dans un référentiel ne sera pas nécessairement simultanément dans un autre.

Un exemple de la compréhension du temps d'Einstein est le muon des rayons cosmiques. C'est une particule subatomique instable avec une durée de vie moyenne de 2,2 microsecondes. Il se forme dans la haute atmosphère, et bien que nous nous attendions à ce qu'il ne parcoure que 660 mètres (à la vitesse de la lumière 300 000 km/s) avant de se désintégrer, les effets de dilatation du temps permettent aux muons cosmiques de parcourir plus de 100 kilomètres jusqu'à la surface de la Terre. et plus loin. . Dans un référentiel avec la Terre, les muons vivent plus longtemps en raison de leur grande vitesse.

En 1907, l'ancien professeur d'Einstein, Hermann Minkowski, a introduit l'espace et le temps comme. L'espace-temps se comporte comme une scène dans laquelle les particules se déplacent dans l'univers les unes par rapport aux autres. Cependant, cette version de l'espace-temps était incomplète (voir également: ). Elle n'incluait pas la gravité jusqu'à ce qu'Einstein introduise la relativité générale en 1916. Le tissu de l'espace-temps est continu, lisse, déformé et déformé par la présence de matière et d'énergie (2). La gravité est la courbure de l'univers, causée par des corps massifs et d'autres formes d'énergie, qui détermine le chemin emprunté par les objets. Cette courbure est dynamique, se déplaçant au fur et à mesure que les objets se déplacent. Comme le dit le physicien John Wheeler, « l'espace-temps prend le contrôle de la masse en lui indiquant comment se déplacer, et la masse prend le contrôle de l'espace-temps en lui indiquant comment se courber ».

2. L'espace-temps d'Einstein

Le temps et le monde quantique

La théorie générale de la relativité considère que le passage du temps est continu et relatif, et considère que le passage du temps est universel et absolu dans la tranche sélectionnée. Dans les années 60, une tentative réussie de combiner des idées auparavant incompatibles, la mécanique quantique et la relativité générale a conduit à ce que l'on appelle l'équation de Wheeler-DeWitt, un pas vers une théorie gravité quantique. Cette équation a résolu un problème mais en a créé un autre. Le temps ne joue aucun rôle dans cette équation. Cela a conduit à une grande controverse parmi les physiciens, qu'ils appellent le problème du temps.

Carlo Rovelli (3), un physicien théoricien italien moderne a une opinion bien arrêtée sur cette question. », écrit-il dans le livre « Le secret du temps ».

3. Carlo Rovelli et son livre

Ceux qui sont d'accord avec l'interprétation de Copenhague de la mécanique quantique pensent que les processus quantiques obéissent à l'équation de Schrödinger, qui est symétrique dans le temps et résulte de l'effondrement d'onde d'une fonction. Dans la version mécanique quantique de l'entropie, lorsque l'entropie change, ce n'est pas la chaleur qui circule, mais l'information. Certains physiciens quantiques prétendent avoir trouvé l'origine de la flèche du temps. Ils disent que l'énergie se dissipe et que les objets s'alignent parce que les particules élémentaires se lient lorsqu'elles interagissent sous une forme d'"intrication quantique". Einstein, avec ses collègues Podolsky et Rosen, considérait un tel comportement comme impossible car il contredisait la vision réaliste locale de la causalité. Comment des particules situées loin les unes des autres peuvent-elles interagir les unes avec les autres à la fois, ont-ils demandé.

En 1964, il a développé un test expérimental qui a réfuté les affirmations d'Einstein sur les soi-disant variables cachées. Par conséquent, il est largement admis que les informations se déplacent entre les particules intriquées, potentiellement plus rapidement que la lumière ne peut se déplacer. A notre connaissance, le temps n'existe pas pour particules enchevêtrées (4).

Un groupe de physiciens de l'Université hébraïque dirigé par Eli Megidish à Jérusalem a rapporté en 2013 qu'ils avaient réussi à intriquer des photons qui ne coexistaient pas dans le temps. Tout d'abord, dans la première étape, ils ont créé une paire de photons intriqués, 1-2. Peu de temps après, ils ont mesuré la polarisation du photon 1 (une propriété qui décrit la direction dans laquelle la lumière oscille) - le "tuant" ainsi (étape II). Le photon 2 a été envoyé en voyage, et une nouvelle paire intriquée 3-4 s'est formée (étape III). Le photon 3 a ensuite été mesuré avec le photon 2 en déplacement de telle sorte que le coefficient d'intrication « ait changé » des anciennes paires (1-2 et 3-4) au nouveau combiné 2-3 (étape IV). Quelque temps plus tard (étape V) la polarité du seul photon 4 survivant est mesurée et les résultats sont comparés à la polarisation du photon 1 mort depuis longtemps (retour à l'étape II). Résultat? Les données ont révélé la présence de corrélations quantiques entre les photons 1 et 4, "temporairement non locales". Cela signifie que l'intrication peut se produire dans deux systèmes quantiques qui n'ont jamais coexisté dans le temps.

Megiddish et ses collègues ne peuvent s'empêcher de spéculer sur les interprétations possibles de leurs résultats. Peut-être que la mesure de la polarisation du photon 1 à l'étape II dirige d'une manière ou d'une autre la polarisation future de 4, ou que la mesure de la polarisation du photon 4 à l'étape V réécrit d'une manière ou d'une autre l'état de polarisation précédent du photon 1. À la fois vers l'avant et vers l'arrière, les corrélations quantiques se propagent au vide causal entre la mort d'un photon et la naissance d'un autre.

Qu'est-ce que cela signifie à une échelle macro? Les scientifiques, discutant des implications possibles, parlent de la possibilité que nos observations de la lumière des étoiles aient dicté d'une manière ou d'une autre la polarisation des photons il y a 9 milliards d'années.

Un couple de physiciens américains et canadiens, Matthew S. Leifer de l'Université Chapman en Californie et Matthew F. Pusey du Perimeter Institute for Theoretical Physics en Ontario, ont remarqué il y a quelques années que si on ne s'en tient pas au fait qu'Einstein. Les mesures effectuées sur une particule peuvent se refléter dans le passé et le futur, ce qui devient sans objet dans cette situation. Après avoir reformulé certaines hypothèses de base, les scientifiques ont développé un modèle basé sur le théorème de Bell dans lequel l'espace est transformé en temps. Leurs calculs montrent pourquoi, en supposant que le temps est toujours en avance, nous butons sur des contradictions.

Selon Carl Rovelli, notre perception humaine du temps est inextricablement liée au comportement de l'énergie thermique. Pourquoi ne connaissons-nous que le passé et pas le futur ? La clé, selon le scientifique, flux de chaleur unidirectionnel des objets les plus chauds vers les plus froids. Un glaçon jeté dans une tasse de café chaud refroidit le café. Mais le processus est irréversible. L'homme, sorte de "machine thermodynamique", suit cette flèche du temps et est incapable de comprendre une autre direction. "Mais si j'observe un état microscopique", écrit Rovelli, "la différence entre le passé et le futur disparaît... dans la grammaire élémentaire des choses, il n'y a pas de distinction entre la cause et l'effet."

Temps mesuré en fractions quantiques

Ou peut-être que le temps peut être quantifié ? Une nouvelle théorie récemment apparue suggère que le plus petit intervalle de temps concevable ne peut pas dépasser un millionième de milliardième de milliardième de seconde. La théorie suit un concept qui est au moins la propriété de base d'une montre. Selon les théoriciens, les conséquences de ce raisonnement peuvent aider à créer une "théorie du tout".

Le concept de temps quantique n'est pas nouveau. Modèle de gravité quantique propose que le temps soit quantifié et ait un certain taux de tic. Ce cycle de tic-tac est l'unité minimale universelle, et aucune dimension temporelle ne peut être inférieure à celle-ci. Ce serait comme s'il y avait un champ à la base de l'univers qui détermine la vitesse minimale de tout ce qui s'y trouve, donnant de la masse aux autres particules. Dans le cas de cette horloge universelle, "au lieu de donner de la masse, elle donnera du temps", explique un physicien qui propose de quantifier le temps, Martin Bojowald.

En simulant une telle horloge universelle, lui et ses collègues du Pennsylvania State College aux États-Unis ont montré que cela ferait une différence dans les horloges atomiques artificielles, qui utilisent les vibrations atomiques pour produire les résultats les plus précis connus. mesures du temps. Selon ce modèle, l'horloge atomique (5) ne se synchronisait parfois pas avec l'horloge universelle. Cela limiterait la précision de la mesure du temps à une seule horloge atomique, ce qui signifie que deux horloges atomiques différentes pourraient finir par ne pas correspondre à la durée de la période écoulée. Étant donné que nos meilleures horloges atomiques sont cohérentes les unes avec les autres et peuvent mesurer des ticks jusqu'à 10-19 secondes, soit un dixième de milliardième de milliardième de seconde, l'unité de temps de base ne peut pas être supérieure à 10-33 secondes. Telles sont les conclusions d'un article sur cette théorie paru en juin 2020 dans la revue Physical Review Letters.

5. Horloge atomique à base de lutétium à l'Université nationale de Singapour.

Tester si une telle unité de temps de base existe dépasse nos capacités technologiques actuelles, mais semble toujours plus accessible que de mesurer le temps de Planck, qui est de 5,4 × 10–44 secondes.

L'effet papillon ne fonctionne pas !

Retirer le temps du monde quantique ou le quantifier peut avoir des conséquences intéressantes, mais soyons honnêtes, l'imaginaire populaire est animé par autre chose, à savoir le voyage dans le temps.

Il y a environ un an, le professeur de physique de l'Université du Connecticut, Ronald Mallett, a déclaré à CNN qu'il avait écrit une équation scientifique qui pourrait servir de base à machine en temps réel. Il a même construit un appareil pour illustrer un élément clé de la théorie. Il croit qu'il est théoriquement possible transformer le temps en bouclequi permettrait un voyage dans le temps dans le passé. Il a même construit un prototype montrant comment les lasers peuvent aider à atteindre cet objectif. Il convient de noter que les collègues de Mallett ne sont pas convaincus que sa machine à voyager dans le temps se matérialisera un jour. Même Mallett admet que son idée est entièrement théorique à ce stade.

Fin 2019, New Scientist a rapporté que les physiciens Barak Shoshani et Jacob Hauser de l'Institut Perimeter au Canada ont décrit une solution dans laquelle une personne pourrait théoriquement voyager d'un Fil d'actualités à la seconde, en passant à travers un trou dans espace-temps ou un tunnel, comme on dit, "mathématiquement possible". Ce modèle suppose qu'il existe différents univers parallèles dans lesquels nous pouvons voyager, et présente un sérieux inconvénient - le voyage dans le temps n'affecte pas la propre chronologie des voyageurs. De cette façon, vous pouvez influencer d'autres continuums, mais celui à partir duquel nous avons commencé le voyage reste inchangé.

Et puisque nous sommes dans des continuums d'espace-temps, alors avec l'aide de ordinateur quantique Pour simuler le voyage dans le temps, les scientifiques ont récemment prouvé qu'il n'y a pas d'"effet papillon" dans le domaine quantique, comme on le voit dans de nombreux films et livres de science-fiction. Dans des expériences au niveau quantique, endommagé, apparemment presque inchangé, comme si la réalité se guérissait d'elle-même. Un article sur le sujet est paru cet été dans Psysical Review Letters. "Sur un ordinateur quantique, il n'y a aucun problème ni à simuler l'évolution opposée dans le temps, ni à simuler le processus de retour du processus dans le passé", a expliqué Mikolay Sinitsyn, physicien théoricien au Laboratoire national de Los Alamos et co- auteur de l'étude. Travail. «Nous pouvons vraiment voir ce qui arrive au monde quantique complexe si nous remontons dans le temps, ajoutons des dégâts et revenons en arrière. Nous constatons que notre monde primordial a survécu, ce qui signifie qu'il n'y a pas d'effet papillon dans la mécanique quantique.

C'est un coup dur pour nous, mais aussi une bonne nouvelle pour nous. Le continuum espace-temps maintient son intégrité, ne permettant pas à de petits changements de le détruire. Pourquoi? C'est une question intéressante, mais un sujet légèrement différent du temps lui-même.