Qu’est ce que le temps ?

Le mieux est peut-être de vous asseoir pour lire ce qui suit. Lorsque l’on considère le temps, il est facile de se perdre dans la complexité du sujet. Le temps est tout autour de nous, toujours présent, et c’est avec lui que nous enregistrons la vie sur Terre. C’est la constante qui fait avancer le monde, le système solaire et même l’univers. Des civilisations ont fleuri et sont tombées, des étoiles sont nées et se sont éteintes, et notre seule méthode pour garder une trace de chaque événement dans l’univers et sur Terre a été de les comparer à nos jours avec le passage régulier du temps. Pourtant, est-ce réellement une constante ? Le temps se résume-t-il simplement au mouvement de l’aiguille d’une seconde à la suivante ?

Il y a 13,7 milliards d’années, l’univers est né, et depuis le temps a filé jusqu’à aujourd’hui, supervisant la création de galaxies et l’expansion de l’espace. Pourtant, quand il s’agit de comparer le temps, il est intimidant de réaliser à quel point nous avons peu vécu. La Terre a peut-être 4,7 milliards d’années, mais nous les humains modernes n’y habitons que depuis 400.000 ans, soit 0,003% l’âge de l’univers.

Au 17ème siècle Newton voyait le temps comme une flèche tirée par un arc, se déplaçant en ligne droite et directe sans jamais dévier de sa trajectoire. Pour Newton, une seconde sur la Terre avait le même laps de temps que sur Mars ou Jupiter, ou dans l’espace. Il estimait que le mouvement absolu ne pouvait pas être détecté, ce qui signifie que rien dans l’univers n’avait une vitesse constante, même la lumière. En appliquant cette théorie, il a pu supposer que, si la vitesse de la lumière pouvait varier, alors le temps devait être constant. Le temps doit tictaquer d’une seconde à la suivante, sans aucune différence de longueur entre chaque deux secondes. Vous pensez sans doute que c’est la vérité : chaque jour a environ 24 heures, il n’existe pas de journée à 26 heures ni d’autre à 23…

Cependant, en 1905, Einstein affirma que la vitesse de la lumière ne variait pas, qu’elle était une constante (environ 299.792.458 mètres/s). Il postula que le temps était davantage un fleuve, un flux et reflux dépendant des effets de la pesanteur et de l’espace-temps. Le temps accélérerait et ralentirait autour de corps cosmologiques ayant des masses et des vitesses différentes, et par conséquent une seconde sur la Terre n’aurait pas le même laps de temps partout dans l’univers.

Si la vitesse de la lumière était vraiment une constante, alors il devait exister une variable qui altérait. Compte tenu de l’expansion de l’univers et des planètes et galaxies se déplaçant sur une échelle galactique gigantesque, quelque chose avait dû céder pour permettre de petites fluctuations. Et cette variable devait être le temps.

Ce fut finalement la théorie d’Einstein qui l’emporta, et qui s’avéra exacte.

En octobre 1971 les physiciens Hafele et Keating cherchèrent à prouver sa validité. Ils envoyèrent des avions munis de quatre horloges atomiques au césium vers l’Est puis vers l’Ouest. D’après la théorie d’Einstein et en comparant avec les horloges atomiques au sol (dans ce cas à l’US Naval Observatory, Washington DC), les horloges aéroportées devaient avoir environ 40 nanosecondes de retard après leur voyage vers l’Est et environ 275 nanosecondes d’avance après leur voyage vers l’Ouest, en raison des effets gravitationnels de la Terre sur la vitesse des avions. Incroyablement, les horloges inscrivirent effectivement une différence, d’environ 59 nanosecondes de retard et 273 nanosecondes d’avance respectivement par rapport à l’US Naval Observatory. Ceci prouva qu’Einstein avait vu juste avec sa théorie de la dilatation du temps et le fait que le temps fluctuait à travers l’univers.

Newton et Einstein s’entendaient néanmoins sur une chose : que le temps progresse. Jusqu’ici aucune preuve n’est venue étayer que quelque chose dans l’univers était capable d’éviter le temps et de le faire avancer ou reculer à volonté. Tout bouge en avant dans le temps, que ce soit à un rythme régulier ou légèrement déformé s’il s’approche de la vitesse de la lumière. Plusieurs théories se côtoient pour expliquer pourquoi le temps avance. L’une d’elle nous entraîne dans la deuxième loi de la thermodynamique. Elle affirme que tout dans l’univers cherche à aller d’une faible à une grande entropie – ou de l’uniformité au désordre, à commencer par la simplicité au moment du Big Bang jusqu’à l’arrangement presque aléatoire des galaxies et de leurs habitants à l’époque actuelle. Cette théorie est celle de la ‘flèche du temps’, inventée par l’astronome Arthur Eddington en 1927 : « Si lorsque nous suivons la flèche, nous trouvons de plus en plus d’éléments aléatoires dans l’état du monde, alors la flèche pointe vers l’avenir. Si l’élément aléatoire diminue, la flèche pointe vers le passé ». Si l’on tient à cette théorie, si vous observiez une étoile dans une quasi-uniformité, mais que plus tard vous la voyiez exploser en supernova et devenir une nébuleuse dispersée, vous sauriez que le temps s’est déplacé vers l’avant, d’un point lisse au chaos.

Une autre théorie suggère que le passage du temps est du à l’expansion de l’univers. Comme l’univers se dilate, il tire le temps avec lui puisque l’espace et le temps sont liés l’un à l’autre (voir ci-dessous) ; mais cela voudrait dire que si l’univers atteignait une limite théorique d’expansion et commençait à se contracter, le temps serait inversé, un léger paradoxe pour les scientifiques et les astronomes… Le temps reculerait-il vraiment, tout revenant à une ère de simplicité et se terminant par un ‘Big Crunch’ (par opposition au Big Bang) ? Il est peu probable que nous serons là pour le vérifier, mais nous pouvons néanmoins imaginer ce qui pourrait arriver.

Nous avons fait des progrès remarquables dans notre compréhension du temps au cours du siècle passé. Nous pouvons suivre le passage d’une seconde plus étroitement que jamais auparavant. Le temps reste un sujet complexe, mais grâce à des scientifiques visionnaires, nous perçons toujours plus loin les secrets de cette constante universelle pas si constante que cela.

 

Extrait du magazine Comment ça marche – n°16

 

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