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le temps : quelques approches !

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René

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MessageSujet: le temps : quelques approches ! Mar 26 Avr 2011 - 21:54

Attention, ce n'est pas évident à suivre; il s'agit ici de recherches sur la relativité et la mobilité du temps.

Vous pouvez également laisser un commentaire sur le topic approprié. Un auteur est toujours satisfait de connaître les réactions des lecteurs. Positives ou négatives, il en tire des enseignements pour ses œuvres futures.

Le temps : un sujet bateau pour tous les profs de philo, qui a certainement du vous empoisonner quelques heures. Ou, pour les plus jeunes, vous enquiquinera la vie pendant quelques heures également. Pas de raison que vous passiez à travers. Et ne pensez pas que je m'égare. Ce qu'on appelle généralement un conflit générationnel n'est qu'une des faces " maléfiques " du temps.

Pendant que vous lisez ce court préambule, vous pensez, sans même parfois en avoir conscience tant c'est naturel, que le moment présent correspond à ce qui est en train de se passer. La synchronicité ( et non synchronisme) entre vos actes et son environnement proche est telle qu'elle a reçu le nom de simultanéité. Et que cela vous plaise ou ps, vous n'y pouvez rien changer. C'est une donnée fondamentale.
Néanmoins, vous sentez que ce " en ce moment" a quelque chose de particulier. Il est certes réel. Vous pouvez vous rappeler le passé ou anticiper l'avenir, mais vous vivez dans le présent. Reste que le moment M où vous avez lu ma première phrase n'a plus cours. Il est passé. Le moment où vous lisez celle-ci l'a remplacé. Et ainsi de suite. En termes simples, la sensation d'une progression, d'un écoulement du temps. Plus poétiquement, d'une fuite.
Et, au plus profond de nous, nous sentons que le futur est offert jusqu'à ce qu'il devienne le présent, lui-même passé déjà fixé. A mesure que le temps s'écoule, cette structure fluide de passé figé, présent immédiat et avenir ouvert se déroule dans un sens, toujours le même. Une logique que rien ni personne là aussi ne peuvent bousculer. Cette linéarité est si présente, vérifiée, qu'elle est inscrite dans notre langage, nos pensées et notre comportement. Génétique, en somme.

Pourtant, aussi logique ou fluide qu'apparaisse cette conception, la science ne l'entérine pas. Aucune de ses équations ne peut nous dire quels événements se passent à ce moment précis type révolution en Égypte, ou je me gratte l'occiput. Ces présents réels existent, ils coexistent même, mais ne peuvent cependant s’interférer. C'est vérifiable immédiatement.
Alors, partant de ce simple constat, la relativité d'Albert Einstein affirme qu'il n'existe pas un présent unique, mais que tous les instants sont pourtant véritablement réels. Ils sont eux-même présent, des présents en fait. Le moins qu'on puisse attendre...
Mais ici, nous parlons relativité. D'où le casse-tête suivant : relativité, oui ! Mais rapport à quoi ? Car il ne peut y avoir de relativité sans rapport avec une autre entité, fut-elle matérielle ou intellectuelle - voire virtuelle - dans le cadre étroit des mathématiques. La relativité implique obligatoirement autre chose qui servira d'étalon, de base ou de repère.
Mais pas le néant, puisqu'il est l'absolu. De même que le noir est la somme de toutes les couleurs.

Tous les écoliers du monde le savent : l'approche du temps est un vieux problème. Tant sur le plan mathématique qu'observationnel. Et ce n'est pas nouveau. La rivalité entre la compréhension scientifique - donc rationnelle- du temps et l'approche intuitive que nous en avons n'a jamais cessé de préoccuper les hommes, depuis l'Antiquité jusqu'à la minute actuelle. Vraisemblable qu'avant aussi, mais comme nous n'en connaissons aucune trace écrite....
Cette rivalité, cette opposition entre raison et intuition n'a jamais cessé d'être, entre le " je sais" et le " je sens". Etle fossé n'a fait que s'élargir au fur et à mesure des avancées scientifiques, rationnelles parce que mesurables. Plus les physiciens ciblaient l'approche mathématique, et plus ils nettoyaient le temps à la karcher en le débarrassant de son surpoids séculaire de propriétés attribuées à la va-vite, sur la base capricieuse et controversée des sentiments humains. Nettoyage très efficace ! A telle enseigne qu'aujourd'hui, la différence est si large entre temps mathématique et temps humain que la conclusion s'impose : le temps n'existe pas.
Ou, si cette conclusion vous effraye, il n'existe plus.

Conclusion si traumatisante qu'il est difficile, sinon impossible, de voir comment elle pourrait être cohérente. Tout nos actes sont ancrés dans le temps. Notre existence ( et fatalement celle des autres) n'est rien d'autre qu'une suite logique d'événements ( qui peuvent être illogiques, eux, par contre. Mais ça ne change pas la donnée mathématique) reliés les uns aux autres par les fils du temps.
Nous observons pourtant, y compris sur support magnétique, du changement. Lequel correspond nécessairement à des variations de propriétés temporelles, voire temporaires. N'importe qui peut le constater : les tempes grisonnent, les voitures roulent, les oiseaux volent, les nuages avancent, etc. Sans ce repère intervalle-temps, le monde serait figé.
Alors, les migraines arrivent avec la question qui tue. Comment une théorie " atemporelle" ( dépourvue de temps) peut-elle expliquer que nous observions ces changements ? Qui eux, exigent un intervalle minimum : une durée X ou Y. Mais en tous cas, deux repères différents séparés par un intervalle d'observation - ou d'inobservation - très précis : avant, maintenant.


Alors, même si le temps n'existe pas au niveau strictement fondamental, il peut néanmoins apparaître à des niveaux différents, grâce à l'observation de ses propriétés. Avec ce constat : on ne peut distinguer un élément constitutif du temps, mais l'ensemble de ces éléments. Pas évident, n'est-ce pas ? Une image très simple pour mieux comprendre. Prenons un verre. Il n'y a quasiment que du vide entre les atomes constituant cet objet. Pourtant, malgré cette omniprésence du vide, le verre est solide et il garde sa forme. On peut donc conclure que la solidité est une propriété collective des particules pourtant non jointives. Collective, et donc émergente. Il n'y a de solidité que parce que les atomes veulent bien s'assembler dans une configuration très précise. Si cet ordonnancement se modifie, la structure variera. Et donc émergence d'une nouvelle propriété ici, d'un nouveau corps là. .

Ceci admis, le temps apparait être une propriété collective, émergente des ingrédients ( particules ou agglomérat de particules) élémentaires du monde. Traduit autrement, le temps est inclus dans la matière.
Quelle claque ! Qui bouscule alors pas mal de nos idées reçues, et relègue nos intuitions de défilement au rang de simples délires. Une conception du temps émergent révolutionnaire. Tant même qu'on serait légitimement en droit de se demander si ce n'est pas cette néo-conception le pur délire.
Mais non ! les scientifiques ont planché, tranché, mathématisé, relativisé à la suite d'Einstein. Lequel Einstein avait reconnu que le gros "os" de sa théorie avait été de remodeler le temps, pour pouvoir l'intégrer dans les équations relativistes. Aujourd'hui, les théoriciens de la physique moderne poursuivent cette ambition. Faire du temps autre chose qu'un vulgaire facteur, un banal paramètre. Mais en élevant une fois de plus cette ambition. Savoir, unir relativité générale et physique quantique, pour en dégager une loi unique, sous forme d'équation impossible à réfuter. Jusque là, en vain ! Alors, beaucoup de ces théoriciens ( recherche fondamentale) affirment que si on ne modifie pas notre approche du temps, tant structurelle qu'intellectuelle, inutile de continuer. Et il sera alors impossible à la physique théorique ( recherche fondamentale) de progresser. Et de citer en exemple Stephen Hawking.

Mais avant d'en arriver au cas Hawking ( qui avoue patauger d'ailleurs), revenons à des ambitions plus modestes, plus terre à terre, plus roturières si je puis me permettre.
La perception intuitive que nous avons du temps n'a jamais cessé de varier, de se remodeler, de se dégonfler en fait. Le temps a perdu de sa grandeur, de son imperméabilité. De sa valeur sacrée, ou de sacré. De sa perfection en un mot.
En effet, cette perception a reçu pas mal de claques au fur et à mesure des avancées de la science. De la physique en particulier.
Déboires aussitôt suivis d'une nouvelle modélisation, il faut nécessairement adapter avant de s'adapter. Si tant est que cela soit possible sur le plan strictement humain.

*******
Voyons çà de plus près !
Alors, puisqu'il ne sert à rien de courir, et donc ici de perdre son temps, commençons par le commencement : le temps de la physique classique, dite aussi newtonienne. Rappelons ici que le terme physique est souvent remplacée par celui de mécanique. Ils sont synonymes.

En résumé, le temps est doté d'un certain nombre de caractéristiques.
1 - Déroulement des évènements ou chronologie :
Tous les observateurs s'accordent en général sur l'ordre dans lequel les événements se déroulent. Quels que soient l'instant et le lieu où un événement se produit, la physique classique suppose que l'on peut objectivement dire s'il a eu lieu avant, après ou en même temps que n'importe quel autre événement. Le temps permet donc d'ordonner complètement tous les événements de l'Univers.
A noter toutefois que :
- la simultanéité est une propriété indépendante de l'observateur. Elle est absolue, quelques soient le conditions de l'observation.
- le temps doit être continu afin que l'on puisse définir la vitesse et l'accélération. Ce qui implique l'introduction de mesures.

2 - Unité et mesure
Le temps, sous son approche classique, doit être doté d'une notion de durée qui permettra de "quantifier" ( mesurer) ce qui sépare les événements dans sa continuité, sa linéarité. Pour affirmer que telle voiture F1 peut monter à une vitesse de 300 km/h, nous devons obligatoirement avoir une mesure standardisée de ce qu'est une heure. Et une fois de plus, cette durée est indépendante de l'observation, et donc de l'observateur, en physique newtonienne.
D'où le terme standard.


3 - Un sens, une flèche
Selon Newton, le monde est pourvu d'une horloge interne. La physique newtonienne vit donc au rythme de cette horloge et d'aucune autre. Il affirmait également que le temps s'écoule toujours dans un certain sens ( chronologie), et que cet écoulement définit et impose une flèche pointant obligatoirement vers le futur. Néanmoins, nous noterons que le temps n'intervient pas dans la mécanique newtonienne. Cette flèche est tout à la fois logique et subjective. D'où une ambiguïté certaine.

4 - Une mécanique stable
Le temps sauce Newton peut nous sembler rétro, suranné, dépassé. Pourtant, avec un zeste de réflexion, on remarque que l'approche Newton " temps" est étonnante, et une nouvelle fois ambiguë. En effet, ses caractéristiques (ordre, continuité, durée, simultanéité absolue, écoulement et sens - ou flèche - d'écoulement) sont, en toute logique, indépendantes les unes des autres. Mais l'horloge interne que Newton nommait « temps » les regroupe, les assemble, et les interfère sans intervention extérieure. Et cet assemblage était si solide qu'il est resté intact près de deux siècles. Preuve de sa solidité ? Malgré la mécanique relativiste ou quantique, on se sert toujours, pour des mesures sans exigence de précision extrême, de cette approche newtonienne, et donc de sa mécanique.

Néanmoins, tout a une fin.
Pour reculer l'échéance, condamné à disparaître ou évoluer pour subsister.
Dès la fin du xixeme siècle et le début du xxeme, on sentait que le temps newtonien était fatigué. Il ne répondait pas à tout, et surtout aux exigences nouvelles liées à la découverte de l'atome. Et, pour le déboulonner, il ne fallut rien de moins qu'un tremblement de terre.
La première secousse sérieuse fut lancée par Boltzmann. Qui, l'air de rien, fit simplement remarquer que les lois de Newton sont aussi valides lorsqu'on renverse le temps (autrement dit, elles restent inchangées si l'on y change la variable temporelle t en son opposée –t). Plus qu'une claque, un véritable coup de pied au cul ! Pourquoi ? Simple déduction : le temps n'est désormais plus doté d'une flèche intrinsèque, d'un sens obligatoire parce qu'il est unique. Pour Boltzmann, il suffit juste de regarder le ciel pour s'apercevoir des changements de position des étoiles, et donc la préhension ( prise en compte) du temps. La distinction entre passé et futur n'est plus inhérente au temps, mais émerge des variations d'organisation de la matière dans l'Univers.
On l'aura compris : on change de niveau, et même d'univers. Boltzmann vient d'éliminer une des caractéristiques fondamentales du temps newtonien : le sens, la flèche, la direction. Exit la chronologie !

Deuxième secousse !
Arrive Einstein et ses gros sabots : il lança le second mouvement en éliminant la simultanéité absolue. Pour sa théorie relativité restreinte, la détermination des événements qui se produisent au même instant dépend uniquement du mouvement de l'observateur.
Là, c'est le KO direct. On change une nouvelle fois de niveau, en passant du stade statique au dynamique. Désormais, "la véritable arène des événements n'est ni le temps ni l'espace, mais leur réunion : l'espace-temps".
Traduit autrement : deux observateurs se déplaçant à des vitesses différentes ne seront jamais d'accord ni sur l'instant ni sur le lieu où se produit l'événement, mais par contre d'accord sur sa localisation dans l'espace-temps. Pour l'espace, cela parait logique : le voyageur A dira : il s'est produit tel évènement à 50 km de chez moi. Le voyageur B qui se déplace à une vitesse mille sois supérieure à celle du voyageur A dira : l'évènement s'est produit à 50.000 km de chez moi. Et pas à droite, mais à gauche puisque j'ai choisi une direction de l'espace s'inclinant vers la gauche. L'affaire parait logique !
Pour le temps, l'approche est cette fois plus difficile. Plus on va vite, plus on approche d'une vitesse limite ( celle de la lumière), et plus l'écoulement du temps varie dans des proportions X. Conséquence, en relativité restreinte, l'espace et le temps sont des concepts secondaires. Puisque le principal, l'acteur efficient, est l'espace-temps.
Profitons de l'occasion offerte pour rappeler que la découverte de la relativité est attribuée bien à tort à Einstein. Elle est l’œuvre du brillant mathématicien français Henri Poincaré cherchant à résoudre quelques équations posées par son ami Lorentz.
Néanmoins, la formulation de la célèbre équation E=mc² ( découlant directement des travaux de Poincaré publiés quelques semaines plus tôt, les preuves sont indiscutables - jamais discutées, mais toujours oubliées-) lui offre cette paternité usurpée. Et c'est si vrai qu'Albert Einstein, au su de la communauté scientifique internationale, n'a jamais reçu de Nobel pour la découverte relativité. Il en reçut un pour ses travaux sur l'effet photoélectrique ( relativité restreinte) et un autre pour sa théorie de la gravitation. La relativité appartient à Poincaré, lequel eut le tort de ne pas être physicien, mais mathématicien. Néanmoins, il serait question de le nobeliser post-mortem pour ses travaux qui ont véritablement fait décoller la physique.

En 1915, alors que tonne le canon dans le ciel européen, Einstein enfonce le clou avec sa théorie de la relativité générale, qui étend la relativité restreinte à des situations où la gravitation se manifeste.( d'où le Nobel de Physique pour sa théorie sur la gravitation, et non sur la relativité générale - même si elle est couramment appelée ainsi - puisqu'il n'a pas découvert la relativité).
Troisième secousse qu'on pense définitive. Qu'on pense....
Selon cette théorie, la gravitation déforme le temps. Ainsi, l'écoulement d'une seconde ici peut ne pas avoir la même valeur que l'écoulement d'une seconde ailleurs. On le savait déjà avec la vitesse de l'observateur ( et donc de l'observation). Cette fois, on ajoute un nouveau paramètre, la gravitation. Qui elle aussi, peut modifier " la valeur " du temps. Conséquence directe de l'introduction de ce paramètre : sauf rares cas, il est impossible de synchroniser des horloges et d'obtenir qu'elles restent synchronisées.
Il n'est donc plus possible de considérer que le monde évolue seconde après seconde en obéissant à un unique paramètre temporel. Conséquence immédiate qui fit frémir ceux qui purent alors saisir cette nouvelle approche : impossible de dire qu'un événement s'est produit avant ou après un autre.
Le temps sauce Newton avait fait son temps. Carton rouge, et dehors, vas voir ailleurs si j'y suis !


Le temps de la relativité :
Entre le temps et la théorie de la relativité, c'est une histoire d'amour. Mais aussi et souvent d'amours conflictuels.
En effet, la relativité générale avance l'idée que le temps se tripote à l'infini. Et donc se décline sous de nombreuses versions, acceptions ou notions. Exemples : coordonnées temporelles, temps propre ou relatif, temps global, temps rétrograde, etc... Évidemment, vu et dit comme çà, les migraines commencent. Et, avec l'interdiction du Doliprane...
Alors, essayons de voir les choses simplement, avec des mots simples, même si ce n'est pas le plus aisé. Puisqu'on parle de relativité, il est nécessairement sous-entendu une notion de globalité, d'absolu. Et même d'unité qui se subdiviserait en autant de notions temporelles que de besoins. Vous ne suivez plus ?
Pour tenter d'être plus clair, disons que ces différentes notions remplissent collectivement les nombreuses tâches dévolues jadis au temps unique de Newton : simultanéité, flèche, émergence etc. L'ensemble, l'addition globale connue, sentie ou approché sous le nom générique de temps.
On revient donc à cette image utilisée dans le livret " Pourquoi Dieu est-il si myope ? ". La réunion de légumes fait la soupe, mais aucun d'entre eux ne peut la faire seul. Et, si on en élimine un, la soupe n'a plus la même saveur. Idem pour le temps en relativité. C'est donc dire si l'individualité notion est capitale en mécanique relativiste.
Car prise isolément, aucune de ces notions ne s'impose. Et, si tel est le cas, et il l'est, du moins mathématiquement avec les valeurs 0 ou infinie, le temps n'a aucune valeur. Et qu'il existe ou soit refusé ne change strictement rien.
Autrement dit, la physique ignore ces horloges dans un cas. Et dans un second, si elle les prend en compte, ces horloges ne s'appliqueraient qu'à de petites portions de l'Univers ou à des observateurs particuliers. Ce qui confirme le sens du domaine dit relatif. Relatif à un morceau d'espace rapport à un univers non (encore) défini. Relatif à des observateurs se déplaçant à des vitesses quelconques. A condition toutefois qu'observé et observateurs appartiennent à la même entité ( ou portion) univers, il va sans dire. Remarque sans doute idiote, mais d'importance capitale sur les plans cosmologique et recherche astrophysique actuelle. On ne peut songer à étudier scientifiquement un phénomène que s'il appartient à notre domaine sensible, qu'il soit matériel ou spirituel. Dit autrement : un autre Univers n'a pas de sens, s'il n'obéit pas aux même lois.
Ceci explique alors pourquoi les physiciens actuels s'émeuvent de ce que la théorie unifiée tant recherchée, car sous-jacente, devra éliminer le temps. Impensable ? Hélas non ! Mais on s'en moque. Outre que cette théorie, malgré les efforts de Stephen Hawking, reste à découvrir, et surtout à énoncer, il faut se souvenir qu'avec la relativité générale, le temps avait implosé dès 1915. Sur le plan théorique s'entend, car sur le plan pratique, quotidien, aucun de nous ne l'a pas jamais totalement digérée, cette implosion. La preuve, nous avons tous des montres, et faisons de notre quotidien ce que le partage du temps autorise : tant pour le boulot, tant pour le dodo, et tant pour le métro et le MacDo.

La tentation est évidente. La véritable arène des événements est forcément quadridimensionnelle. En d'autres termes, la relativité transformerait le temps en une banale dimension (en fait, simple direction) supplémentaire. Et on peut désormais s’autoriser à penser que la différence entre espace et temps s'est évaporée.
Hélas, dans le domaine scientifique, rien n'est aussi simple que sur le papier. Qu'on le veuille ou non, en relativité générale, le temps conserve une fonction intrinsèque. Localement, il permet de bien différencier les directions « du type temps », et celles « du type espace ».
- Ainsi, les événements séparés par un intervalle du type temps sont ceux qui peuvent être causalement reliés. Un objet ou un signal peut passer de l'un à l'autre, et l'influencer. Les légumes épluchés, puis leur mise en cuisson pour reprendre l'exemple de la soupe.
- Deux événements séparés par un intervalle du type espace sont sans relation causale. Aucun objet ou signal ne peut passer de l'un à l'autre. Les légumes cueillis et une gamelle sur le fourneau ne font pas la soupe, tant que ma main n'intervient pas pour les réunir. Là encore, cela parait évident.
Pourtant, s'ils sont d'accord sur l'ordre des événements, les observateurs ne le sont plus sur la succession des événements séparés par des intervalles du type espace. Logique : chaque espace ou portion d'espace a son propre temps. Pas évident à accepter.
Reste que si, pour un observateur, un événement peut en provoquer un autre, il en est de même pour d'autres observateurs. Loi de causalité. Et quelque soit votre vitesse, quelque soit le point d'observation, il y aura toujours un évènement 1 ( je prends la tasse) avant un événement 2 ( la laisser tomber). Jamais je ne pourrai laisser tomber la tasse avant de l'avoir prise. Et ce quelque soit l'espace-temps auquel je me réfère.


Suite prochainement, car ça va se compliquer un chouïa...



Dernière édition par René le Jeu 2 Juin 2011 - 12:06, édité 1 fois
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MessageSujet: Re: le temps : quelques approches ! Mar 3 Mai 2011 - 19:46

2eme partie :

le temps moderne, mathématique ( relativiste et quantique)

Cas du saucissonnage.

Il y a deux ans, dans un essai, j'explorais ce que signifie cette caractéristique du temps. Imaginons que l'on découpe en tranches, comme un vulgaire saucisson, l'espace-temps. Une des extrémites sera appelé passé, et l'autre futur. On le voit instantanément : dans sa totalité, chaque tranche est un ensemble espace (tridimensionnel) à un instant précis. Et sa composition est une accumulation plus ou moins importante d'évènements séparés par des intervalles du genre espace : les tranches sont bien distinctes les unes des autres. Mais à des instants différents : couper les tranches exige un certain temps, une durée mesurable, parce que chiffrable. Conséquence : leur réunification est un espace-temps à quatre dimensions. Nous retombons donc sur nos pieds, comme expliqué plus avant. En effet, chaque tranche (tridimensionnelle, nous le rappelons) est un melpot d'événements séparés ici par des intervalles espace et là par des intervalles temps.
L'exemple tranche n'est pas choisi au hasard. Et s'il parait abscons à la presque totalité d'entre nous, un nouvel exemple devrait permettre de mieux saisir la spécificité espace et temps.
Nous le savons : pour qu'une action ( un évènement) nous paraisse continu, il ne faut pas moins de 24 images par seconde frappant notre rétine. Avec une caméra enregistrant une scène quelconque, pas de problème. Il faut juste l'appareil adapté ayant une motricité ( technologie) adéquate. Quand il s'agit de dessins anbimés, c'est déja plus compliqué, puisque chacun des détails doit être à la fois identique dans le décor, mais un tantinet décalé pour le mouvement à saisir. On ne le pense jamais assez, mais une minute de dessin animé, c'est pas moins de 60x24, soit 1440 ( ou plus selon le standart) images à enregistrer dans un ordre très précis. Savoir une chronologie rigoureuse. On peut donc dire, parce que c'est la vérité vraie, que les images d'un film représentent des tranches d'espace-temps : elles montrent l'espace ( ou le décor) à des instants successifs. C'est heureux, sinon le film n'aurait aucun sens.
Ceci admis, les monteurs de cinéma, à partir d'une seule image, peuvent tout à la fois décrire la séquence précédente, mais aussi la suivante. Dans un cas, ils remontent le temps, en reculant dans l'espace-temps. Et dans l'autre, ils le précèdent, en dévoilant l'action suivante. Car les évènements passés ou vus, suivent une logique certaine. Le cow-boy avec sa main sur son pistolet ne va pas se raser la barbe l'image suivante. Ce serait incohérent. D'où l'utilité des tables de montage qui permettent de synchroniser les scènes. Nous remarquerons ici que la notion flèche ( mécanique newtonienne) est capitale, elle ordonne la suite. Et ce, même si vous choisissez une image antérieure à celle de l'action visualisée.
Et le choix illustratif du monteur cinéma n'est pas fortuit. Car à leur exemple, nous utilisons pour nos souvenirs des tables de montage vidéo sous forme de logiciels. Et il ne vous viendrait pas à l'esprit de caler le premier pas de bébé si vous avez la vidéo de sa naissance. De même, les physiciens modernes sont maintenant capables de prendre une simple tranche spatiale complète puis de reconstruire ce qui se passe dans les autres tranches spatiales ( anté ou postérieures), par simple application des lois de la physique. Ce qui est le moins qu'on puise attendre.


Cas n°2 : le tricot

La seconde méthode de découpage est elle théorique, virtuelle, et offre peu d'illustrations cohérentes et surtout acceptables pour notre esprit. En fait, elle zappe la notion flèche si pratique à décrire, valoriser et prouver par des exemples.
Exit donc le découpage de l'espace-temps ordonné par la notion flèche, savoir passé vers futur. Ici, on ne suit pas la flèche, on la traverse, on la perfore. Un peu comme une aiguille à tricoter à travers la partie déjà maillée d'un quelconque travail. Avec cet exemple, il est théoriquement possible de savoir tout ce qui arrivera à ce tricot dans le futur : les lois de la physique permettraient de reconstituer le reste du tricot, de la salle de tricotage, de la maison, du quartier dans lequel cette maison est construite, etc etc. A la limite, l'Univers dans son ensemble. Et, à l'inverse, le magasin ou a été achetée la laine, la filature qui l'a cordée, le tondeur de mouton, le mouton lui-même etc.
Mais ce n'est que, provisoirement sur le plan pratique, de la théorie. De la science-fiction, à la limite. Le film de Stanley Kubric 2001, l'Odyssée de l'espace, repose sur ce principe : la manipulation de l'espace-temps.
Autant l'avouer, on aborde ici des domaines mathématiques auxquels bien peu d'entre nous ont accès. On entre dans les sphères Hawking... Du moins, on les soupçonne, et pour les plus doués, on les entr'aperçoit. Mais le commun des mortels les ignore. Et, si par hasard..., il les rejette. Cela parait tellement aberrant. Et pourtant...
Rappelez-vous la célèbre phrase : " Seul l'insensé à des chances d'être vrai". Certaines têtes pensante l'ont récemment montré : c'est possible.. du moins dans certaines situations simples. Et donc un nombre limité ( pour l'instant) de cas.
C'est même tellement possible que presque toutes les recherches fondamentales, à l'heure présente, s'articulent autour de ce défi. Décrire l'Univers ( et ses lois), passé, présent et futur, à partir de la simple observation d'un grain de poussière.
En réalité, un simple photon.



On le voit : en principe, nos deux méthodes de découpage espace-temps sont possibles. Mais elles sont profondément dissemblables. Dans le découpage classique, passé vers futur, les données sont relativement aisées à obtenir. De la physique presque classique, en résumé. Par exemple, si je mesure ici la vitesse de toutes les voitures passant mon poste e chronométrage, la vitesse d'un quelconque véhicule en un endroit précis de ma zone d'observation est totalement indépendante de la vitesse d'un autre véhicule circulant dans la ville voisine. Idem pour nos particules. En théorie !
Avec la seconde méthode de découpage, les propriétés des dites particules ne sont pas indépendantes ; elles sont entrelacées de façon très particulière obéissant à des lois mathématiques ( ou physiques, puique, aujourd'hui, les mathématiques sont étroitement imbriquées avec les lois de la physique) très complexes. Pour illustrer la complexité du problème, disons qu'une voiture rentrant au stand sur mon circuit automobile est directement responsable d'un carambolage par temps de brouillard sur une autoroute située à l'autre bout de la Terre. Cherchez pourquoi ! Un des aspects rarement étudiés et mis en avant de ce qu'on appelle l'effet papillon. Et que nous pouvons résumer par : tout a une influence sur tout.


Une direction qui freine les migraines
On le constate : le temps n'est pas plus aisé à manipuler dans notre intellect subjectif qu'en données scientifiques. On le sait mesurable, on le sait déformable, on le sait inhérent à notre réflexion. Le mot lu avant celui-ci appartient à un temps périmé, depassé, et non modifiable, puisqu'il obéit à une chronologie rigoureuse.
Alors, en extrapolant dans une direction très précise, on peut avancer que le temps est la direction de l'espace-temps dans laquelle il nous est toujours possible de prévoir un évènement. Dit autrement : la direction dans laquelle nous pouvons tirer un maximum d'informations. L'exemple le plus simple, puisque physique et mathématique sont intimement liées, est celui de la genèse de l'Univers. L'histoire de l'Univers ne se déroule pas dans l'espace, donnée de valeur nulle ( on ne connait pas les limites de l'Univers, juste les limites observables). Elle se déroule dans le temps : Big-Bang, puis refroidissement, puis constitution particules, puis... etc. Une fois de plus, chronologie précise. L'espace ? C'est ce que le temps prend quand il a besoin ! Et bous retombons alors dans la querelle classique : univers fermé ou non fermé ? Limité ou infini ?

Et alors....
On le sait : la tâche ultime, à l'heure présente, de la physique moderne est de réunir, en fait combiner, la relativité générale et la physique quantique en une théorie unique qui expliquerait les aspects gravitationnels et quantiques de la matière : une théorie quantique de la gravitation. Stephen Hawking ne nous contredira pas : cette ambition se heurte à plusieurs écueils. Dont le non-moindre est que la mécanique quantique impose au temps des propriétés en totale contradiction avec ce qui a été avancé jusqu'ici.
Et là, il va falloir s'accrocher, si l'on n'est ni physicien, ni mathématicien chevronné.

Pourquoi ? La mécanique quantique travaille sur des nombres, des statistiques, des comportements, et non des individualités. Elle affirme donc que les objets ont un catalogue de comportements différents de ce nous pensions jusqu'alors. Les grandeurs classiques position et vitesse ne sont plus les seules variables dans le comportement d'ensemble des particules. Rappelons ici que si l'on connaît la vitesse d'une particule, on ne peut connaître sa position, et réciproquement. Pour pallier à ce hic, la description complète d'un objet est désormais donnée par une enveloppe mathématique nommée état quantique. On pourrait alors se dire qu'il suffit de. Mais non !
Cet état évolue de façon continue. Et les physiciens sont désormais capables de calculer la probabilité d'obtenir çà à tel moment.

L'avez-vous remarqué ? J'ai bien dit la probabilité, et non la certitude. Et c'est là un des aspects " saugrenus " de ce type de recherche.
Un exemple ? Si l'on envoie un électron à travers un dispositif adapté qui le réfléchit soit vers le haut, soit vers le bas, la mécanique quantique basique ne peut pas nous dire avec certitude quel résultat afficher : haut, bas.
L'état quantique, lui, ne donne que la probabilité des différents résultats possibles : 27% de chances que l'électron dévie vers le haut, et 73% de chances dévié vers le bas.
Mais nous sommes dans le domaine probabiliste. Et donc aléatoire, incertain, et fluctuant. Un véritable cauchemar. Il n'est pas rare que des systèmes définis par des états quantiques strictement identiques puissent donner des résultats différents.

Etonnant ? pas tant que çà ! En effet, pour répondre à la demande, à la question posée, il faut admettre que les solution-prédictions probabilistes de la théorie "état quantique" demandent au temps quelques caractéristiques très précises. Certaines très surprenantes si l'on s'en tient à l'image classique du temps newtonien.
En premier lieu, admettre que le temps " sauce quantique" est ce qui rend les contradictions possibles. Cela paraît évident ? Démontrez-le ! Einstein lui-même, devant les possibilités offertes par la mécanique quantique revue mode Heisenberg, eut un mot devenu célèbre : " Quand même ! Dieu ne joue pas aux dés". Alors, reprenons cet exemple, que l'illuminé physicien dut certainement étudier de long en large.
Que vous le vouliez ou non, quand vous lancez un dé, il ne pourra jamais tomber sur 1 et sur 6 en même temps. Il ne pourra tomber sur 1 ou 6 qu'à des instants précis, différenciés par les différents jets. Et c'est logique : n'oublions pas que la probabilité de tomber sur chacune des six faces doit être égale à 100 %. Si tel n'est pas le cas, la notion de probabilité disparaît. Cela voudrait dire soit que le dé est pipé, soit l'impossibilité de réaliser le score parfait. Ce qui serait contraire à l'énoncé.
On le voit immédiatement : les probabilités s'additionnent à un instant donné, et non pas à un endroit donné. Que ce soit sur la piste ou sur le zinc d'un comptoir ne change strictement rien. Vous lancez à un instant donné, et c'est le lâcher du dé à la fraction X ou Y du lancer le facteur essentiel. Le dé sorti de votre main, il n'y a plus qu'à attendre la fin du mouvement ( du roulé) pour connaître le chiffre et donc le résultat.
Pour les particules, puisque la mécanique quantique s'intéresse uniquement aux particules, c'est pareil. Le résultat ne dépend ni de leur position ( celle du lanceur de dé, qu'il soit assis, debout, ou se curant le nez) ni de leur vitesse (punch, ou quantité de mouvement, pour parler moderne).

Alors, me direz-vous : si ni la position ni la vitesse n'influent sur le résultat de votre " état quantique", pourquoi se torturer les neurones ? Il suffit juste d'obtenir un résultat, de le conserver, et basta, le tour est joué. Hélas non, ce serait alors admettre un état quantique permanent, défini une fois pour toutes. On sait qu'il n'en est rien. Sinon, l'Univers serait figé.
Un facteur déterminant de la recherche est l'ordre des mesures quantiques. Pour une même valeur de départ, selon que l'on choisisse une direction A ou une direction B ( pour simplifier, évidemment), entendu que dans les deux cas les paramètres restent identiques tel que le veut l'esprit scientifique, le résultat variera.
L'expérience est toujours vérifiée. Prenez une particule que vous faites passer à travers un dispositif qui le réfléchit verticalement, puis horizontalement. Mesure du moment cinétique lorsqu'il sort du dispositif. On reprend l'expérience, cette fois en déviant l'électron horizontalement, puis verticalement. Mesure à nouveau du moment cinétique. Les valeurs obtenues sont très différentes. Pourquoi ? parce que le temps n'est plus le même. Ce qui était vrai à l'instant A ne l'est plus à l'instant B, même si les deux ne sont pourtant séparés que du milliardième de milliardième de seconde.
Et cela ne sera pas sans conséquence. La plus importante et remarquable annonce que l'Univers n'est plus, ou plus exactement n'est pas, figé.

Nouvelles migraines pour le sieur Einstein.
Car en fait, un état quantique fournit les probabilités pour tout l'espace à un instant donné. Pour faire simple, si cet état englobe une banale paire de particules, le simple fait de mesurer l'une des particules affecte instantanément l'autre, quel que soit l'endroit où elle se trouve. La mesure modifie les paramètres initiaux, et donc le résultat. Illustration de la célèbre « fantomatique action à distance » qui troublait tant Einstein. On le sait, la mécanique quantique n'était pas sa tasse de thé. Surtout après l'énoncé du principe d'incertitude.
On peut le comprendre : si les particules réagissent en même temps, cela signifie que l'Univers est muni d'une horloge interne. Or, la relativité l'interdit . Ne s'est-elle pas délivrée des notions de synchronicité et de flèche ?

Vous l'aurez tout de suite compris. La mécanique quantique remet au goût du jour les effets du temps newtonien. Il y a là un sérieux problème, un fichu couac !
On le sait : les physiciens prennent en compte l'absence de temps dans le domaine relativiste. Mais ne peuvent le faire en mécanique quantique. C'est ici la diificulté majeure de l'unification relativité générale ( gravitation) et physique quantique. C'est le trop célèbre écueil quantique sur lequel bute tant et tant de physiciens. Le plus célèbre d'entre eux n'étant autre qu'Hawking. .

Mais le chercheur est têtu. Aujourd'hui, de nombreux programmes visent à unir la relativité générale et la physique quantique. Et, à travers elles, l'équation unique qui expliquerait tout. En particulier les 4 forces qui régissent l'ensemble de l'Univers. On en est loin, très loin même, puisqu'il apparait qu'une 5eme force, jusque là inconnue, interviendrait à son tour. Néanmoins, pour tenter de faire avancer le schmilblic, ces équipes poursuivent leurs travaux. Dans deux voies très différentes sinon opposées.
Les tenants de la mécanique quantique, comme les théoriciens des supercordes, ont pour credo un temps pur et dur. Les relativistes démarrent avec une théorie où le temps est déjà éliminé.

Le problème ainsi fixé pourrait faire croire à une nouvelle guerre de religion, où chacun campe sur ses positions, enfermés dans ce qu'ils croient être une citadelle imprenable. Mais l'Histoire nous l'a appris : il n'y a pas de citadelles imprenables. Et nul n'est à l'heure présente capable d'affirmer que les quantiques sont sur la bonne voie, alors que les relativistes s'égarent. Ou que les relativistes ont si bien nettoyé les écuries d'Augias qu'on peut désormais déjeuner à même le sol tant leur travail est parfait.
On attend, on attend qu'un supercalculateur stoppe après des années et des années de calcul, et imprime une simple ligne avec à gauche une seule lettre, de quelque alphabet qui soit, suivie du signe égal lui même suivie d'un nombre minimal de signes alphanumréiques.
Le E= mc² en est l'exemple type.
On - les physiciens - le sent : on n'est plus très loin. Certains disent l'épaisseur d'un cheveu... Mais reste que même si certains quantistes ( tel Rovelli) font désormais abstraction du facteur temps dans l'élaboration de cette théorie, rejoignant en cela les relativistes, le lien général, global, indiscutable, n'est toujours pas trouvé. Alors, les physiciens et la physique continuent leur quête. Et nous d'attendre.

Normal ! nous avons le temps !


PS
Il y aura une 3eme partie.. L'an prochain. Le temps ( eh oui, moi aussi...) que je digère certaines théories et équations. Je rappelle qu'ici, nous sommes en recherche fondamentale... et non pas en science-fiction, même si parfois...
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le temps : quelques approches !

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