A lire si vous n’avez pas... le temps

Max Planck écrit dans "Initiations à la physique : "Le principe de la constance de la vitesse de la lumière rend impossible une mesure absolue du temps, c’est-à-dire une détermination indépendante de l’état de mouvement de l’observateur.

De Broglie dans « La physique nouvelle et les quanta » :

« En vérité, les notions d’espace et de temps tirées de notre expérience quotidienne ne sont valables que pour les phénomènes à grande échelle. »

N. Campbell dans "Philosophical foundation of quantum theory" :

« La notion de temps découle d’une conception statistique ne possédant de signification que pour de grands nombres d’atomes (...) L’intervalle de temps entre des événements atomiques a aussi peu de sens que de parler de la température d’une molécule isolée. »

Qu’est-ce que le temps ?

Existe-t-il ? N’existe-t-il pas ? Est-il préexistant à la matière ? Est-il fondé par la matière ? Est-il émergent ? Est-il continu ou discontinu ? Existe-t-il dans le vide ? Est-ce une simple invention humaine ?

« Le vide physique est plein de matière virtuelle. (...) l’espace vide est constitué par les propriétés des corps en dehors du lieu de leur localisation, qu’il est le lieu matériel de l’influence des corps sans les corps. (...) l’espace (plein ou vide) et le temps sont des formes de la matière, qui se déploient avec elle, et peuvent difficilement être pensées comme préexistant à elle. (...) l’espace est engendré avec le temps par ce qui advient de la matière. (...) la notion de particule virtuelle accompagne une transformation radicale de la notion de particule. (...) Si le vide est physique, il est nécessairement matière. »

Michel Paty dans l’article « Le vide matériel ou la matière crée l’espace »

« Ces électrons, ainsi que les autres particules fondamentales, n’existent pas dans l’espace et le temps. Ce sont l’espace et le temps qui existent en fonction d’eux. (...) Si l’espace et le temps ne sont pas les matériaux de base de l’univers, mais simplement des effets moyens statistiques, d’une multitude d’entités plus fondamentales et plus profondes, il ne paraît plus du tout étrange que ces entités fondamentales, lorsqu’on imagine leur existence dans l’espace et le temps, exhibent des caractéristiques aussi peu appropriées que celle de l’onde ou de la particule. »

Banesh Hoffman et Michel Paty dans « L’étrange histoire des quanta »

Comme l’écrit Michel Paty dans "La flèche du temps", " A partir de Newton, (...) le cours du temps se reconstruit à l’aide de l’équation différentielle et des conditions initiales données ou supposées, mais c’est un temps neutre, sans qualité, sans "odeur", sans accident, sans vécu circonstancié ou subjectif, qui signale l’équivalence de tous les instants du temps, comme de tous les points des trajectoires. (...) Le temps abstrait fonctionne dès lors comme un cadre absolu pour les événements, "absolu et mathématique" (entendons : d’expression mathématique), bien que physique, sans influence sur lui des objets et des phénomènes qui s’inscrivent dans son cours. Les objets et les évéments sont pensés "dans le temps". (...) ce trait de notre connaissance des phénomènes de la nature semblait inexorable, jusqu’à ce que - scandale ! -, la physique physique contemporaine en vienne à retrouver, sinon l’histoire, du moins une certaine "consistance" du temps. (...) Isaac Barrow, qui exerça une certaine influence sur Newton, (...) considère, dans ses "Leçons de géométrie", le flux du temps en analogie à la continuité d’une ligne droite engendrée à partir de points, et laisse entendre que l’on peut concevoir des instants, ou "moments" du temps, bien que ce dernier soit pensé fondamentalement comme une durée en flux continu - conception que l’on trouve également chez Newton -, de même que l’on se représente des points sur une droite. Le temps instantané, dont la définition se cherche ici, pose les mêmes problèmes que la nature du point et la divisibilité de la ligne et de l’espace, objet depuis Zénon d’Elée de controverses classiques. (...) C’est à Isaac Newton que devait revenir la construction du temps instantané à partir du temps conçu comme une durée, en corrélation à l’invention du nouveau calcul, créé en grande partie pour les besoins de la cause, bien que les "Principia" ne fassent pratiquement pas explicitement appel à sa théorie ou méthode des fluxions. (...) La définition du temps de Newton (...) a surtout pour rôle de préparer la condition d’une formulation plus radicale du concept de temps, sous les espèces d’une grandeur mathématisée, singulière et à variation continue, c’est-à-dire différentielle. (...) C’est ainsi qu’il caractérise le temps de la manière que l’on connaît : "Le temps absolu, vrai et mathématique, qui est sans relation à quoi que ce soit d’extérieur, en lui-même et de par sa nature, coule uniformément ; on l’appelle aussi "durée". Remarquons que c’est la durée qui définit d’abord le temps, c’est-à-dire son flux continuel, et non les instants, qui ne sont pas mentionnés. (...) La relation du temps absolu telle que Newton la conçoit a lieu dans un seul sens : le temps détermine les phénomènes, non l’inverse, car il existe par lui-même, et son ordre est immuable. Par ailleurs, sa conceptualisation d’un temps et d’un espace supposés naturels est, en vérité, une construction. Le statut absolu de l’espace et du temps est lié à leur caractère mathématique, qui en fait aussi des grandeurs continues. (...) L’espace-temps de la Relativité restreinte reprend certains caractères de la définition newtonienne de l’espace et du temps. Tout d’abord la continuité. Que ces grandeurs soient continues, cela tient à ce que, même si elles sont étroitement mêlées, elles sont pensées à partir de l’espace et du temps des corps, représentés par des grandeurs différentielles. (...) Abordons maintenant la construction de l’espace-temps de la Relativité générale et sa signification physique. (...) cette fois-ci, l’espace-temps n’est plus considéré comme indépendant des corps matériels qu’il contient. Sa structure n’est plus immuable et elle est donnée par la distribution de la masse-énergie des corps, c’est-à-dire des champs de gravitation dont ces corps sont la source. "

Comment Lee Smolin montre que le temps physique est la clef de la nouvelle révolution indispensable à la Physique moderne

En voici un court extrait :

Thomasina, héroïne de la pièce de Tom Stoppard, « Arcadia », explique à son tuteur : « Si tu pouvais immobiliser chaque atome dans sa position et direction, et si ton esprit pouvait appréhender toutes les actions ainsi suspendues, puis si tu étais vraiment très, très doué en algébre, tu pourrais écrire la formule pour la totalité du futur ; et bien qu’il n’y ait personne d’assez intelligent pour pouvoir réaliser ça, la formule doit exister comme si quelqu’un le pouvait. »

J’avais coutume de penser que mon boulot de physicien théoricien était de trouver cette formule ; je conçois aujourd’hui cette foi en son existence comme du mysticisme plus que comme de la science.

Eut-il écrit pour un personnage moderne, Stoppard aurait fait dire à Thomasina que l’univers est pareil à un ordinateur. Les lois de la physique sont le programme. Quand vous entrez une donnée – les positions à l’instant présent de toutes les particules élémentaires dans l’univers – l’ordinateur mouline pendant une durée appropriée et vous pond le résultat, qui est l’ensemble des positions des particules éléementaires à un instant futur.

Dans cette vision de la nature, rien ne se produit hors du réarrangement des particules selon des lois éternelles. Donc, d’après ces lois, le futur est déjà complètement déterminé par le présent et le présent par le passé.

Cette vision minimise le rôle du temps de plusieurs façons. Il ne peut y avoir aucune surprise, aucun phénomène vraiment nouveau, parce que tout ce qui survient n’est que réarrangement d’atomes. Les propriétés des atomes eux-mêmes sont éternelles, tout comme les lois qui les gouvernent ; elles ne changent pas. Toute propriété du monde à venir est calculable à partir de la configuration du présent. Autrement dit, on peut substituer à l’écoulement du temps un simple calcul, ce qui signifie que le futur est logiquement enfanté par le présent. (…)

Il s’ensuit du grand principe de Leibniz qu’il ne peut pas exister de temps absolu qui fasse tic tac aveuglément quoiqu’il arrive dans le monde. Le temps doit être une conséquence du changement ; sans altération dans le monde, il ne peut y avoir de temps. Les philosophes disent que le temps est relationnel – il est un aspect des relations, par exemple la causalité, qui gouvernent le changement. Similairement, l’espace doit être relationnel ; en effet, chaque propriété d’un objet dans la nature doit être un reflet des relations dynamiques entre lui et d’autres objets dans le monde. (…)

Chercher à unifier la physique et, particulièrement, à rassembler la théorie quantique et la relativité au sein d’un unique cadre revient principalement à achever la révolution relationnelle en physique. Le principal message de ce livre est que cela passe par l’adoption des idées que le temps est réel et que les lois évoluent.

(…)

La réalité du temps permet une nouvelle formulation de la théorie quantique qui peut aussi nous éclairer sur la façon qu’ont les lois d’évoluer avec le temps….

Einstein mit en lumière il y a longtemps que la mécanique quantique est incomplète parce qu’elle échoue à donner une description de ce qui se passe dans une expérience individuelle. Que fait au juste l’électron lorsqu’il saute d’un état d’énergie à un autre ? Comment des particules trop éloignées l’une de l’autre parviennent-elles à communiquer instantanément ? Comment semblent-elles apparaître en deux endroits à la fois ? La mécanique quantique ne fournit pas de réponse…

La mécanique quantique est une théorie problématique pour trois raisons étroitement liées. La première est son échec à donner une image physique de ce qui se passe dans un processus ou une éxpérience individuels : contrairement aux théories physiques précédentes, le formalisme que nous utilisons en mécanique quantique ne peut pas être lu comme nous montrant ce qui se passe à chaque instant. Deuxièmement, dans la plupart des cas elle échoue à prédire le résultat précis d’une expérience ; plutôt que de nous dire ce qui va se passer, elle ne nouus donne que des probabilités pour les différentes choses susceptibles de se produire. La troisième et plus problématique caractéristique de la mécanique quantique est que les notions de mesure, d’observation ou d’information sont nécessaires pour exprimer la théorie. Elles peuvent être vues comme des notions primitives ; elles ne peuvent pas être expliquées en termes de processus quantiques fondamentaux…

Si vous voulez décrire complètement un système en physique classique, vous répondez à toutes les questions, et ceci vous donne toutes les propriétés. Mais en physique quantique, le dispositif dont vous avez besoin pour poser une question peut vous empêcher de répondre aux autres questions. Par exemple, vous pouvez demander ce qu’est la position d’une particule, ou vous pouvez demander ce qu’est le moment, mais vous ne pouvez pas poser ces deux questions à la fois. C’est ce que Niels Bohr a appelé la complémentarité, et c’est aussi ce que les physiciens signifient lorsqu’ils parlent de « variables non-commutatives »…

En embrassant la réalité du temps, nous ouvrons un chemin pour comprendre la théorie quantique qui éclaire ses mystères et pourrait bien les résoudre. Je crois que la réalité du temps rend possible une nouvelle formulation de la mécanique quantique…

Nous sommes habitués à l’idée de lois intemporelles de la nature agissant à l’intérieur du temps, et nous ne trouvons plus cela étrange. Mais prenez suffisamment de recul, et vous verrez que cela repose sur de grandes suppositions métaphysiques qui sont loin d’être évidentes…

Il est une tradition – commençant avec Niels Bohr – d’affirmer que l’échec de la théorie quantique à donner une image de ce qui se passe au cours d’une expérience individuelle est l’une de ses vertus et non pas un défaut. Bohr a argumenté avec talent que le but de la physique n’est pas de fournir une telle image mais plutôt de créer un langage grâce auquel nous pouvons parler entre nous de notre préparation des expériences sur des systèmes atomiques et de ce que les résultats nous ont donné. Je trouve les écrits de Bohr fascinants mais peu convaincants. Je ressens la même chose à propos de certains théoriciens contemporains, qui disent que la mécanique quantique ne porte pas « sur » le monde physique, mais sur l’ « information » que nous avons sur le monde physique. Ces théoriciens avancent que l’état quantique ne correspond à aucune réalité physique ; il ne fait que coder l’information que nous, observateurs, avons sur un système… Après tout, quelque chose se passe lors d’une expérience individuelle. Quelque chose, et seulement ce quelque chose, est la réalité que nous dénommons électron ou photon. Ne devrions-nous pas être capables de saisir l’essence de l’électron individuel dans un langage conceptuel et un cadre mathématique ? … Alors je me range aux côtés d’Einstein. Je crois qu’il existe une réalité physique objective et que quelque chose qu’on peut décrire se produit quand un électron saute d’un état d’énergie dans un autre. Et je cherche une théorie qui en donne cette description.

La Renaissance du temps de Lee Smolin

La dialectique de l’instant et de la durée

Le temps, le vide et la matière

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