Pour comprendre cette question, je dois nous faire réfléchir sur chacun des concepts qui apparaissent. Le premier est le temps. Selon l’acception la plus pertinente pour ce contexte dans le dictionnaire RAE, le temps est la « grandeur physique qui permet d’ordonner la séquence des événements, d’établir un passé, un présent et un futur, et dont l’unité dans le système international est la seconde ». Si rien n’évoluait, nous ne pourrions pas concevoir le passage du temps. Le moins dont nous ayons besoin de parler du passage du temps est une horloge qui le mesure, et le tic-tac d’une horloge dans un univers autrement vide impliquerait déjà un certain changement : une aiguille qui bouge. Par conséquent, cela n’a pas de sens de parler de temps sans changement, nous avons un écoulement de temps.
De plus, non seulement le temps coule, mais il avance toujours. C’est ce qu’on appelle la flèche du temps. On sait reconnaître quand on joue les trames d’une série à l’envers ou à l’envers car un verre qui se brise en mille morceaux ne se recompose pas spontanément. C’est quelque chose que nous pensons être vrai. Nous nous souvenons du passé et rêvons de l’avenir. Cette flèche du temps est connue sous le nom de flèche psychologique du temps.
D’autre part, la théorie qui nous permet d’étudier l’évolution de l’univers est la relativité générale. Cette théorie est formulée en comprenant que le temps ne peut pas être compris comme totalement indépendant de l’espace, mais formant l’espace-temps dans lequel se trouvent tous les événements qui se sont produits et se produiront. Le temps serait presque comme une dimension de plus de ce bloc de quatre dimensions, quoique quelque chose de différent des dimensions spatiales. Mais comment savoir dans quel sens évolue le temps dans ce bloc d’espace-temps ?
Le temps ne peut pas être compris comme totalement indépendant de l’espace, mais comme formant l’espace-temps dans lequel se trouvent tous les événements qui se sont produits et se produiront.
L’univers s’agrandit. Les galaxies s’éloignent de nous et s’éloigneront de plus en plus. Cela se produit parce que l’espace que nous remplissons qui les sépare s’étire. L’univers est en expansion depuis sa plus tendre enfance, donc avant que les galaxies ne soient plus proches les unes des autres (ou la matière qui les a formées) et que la température de l’univers soit plus élevée. L’expansion cosmique est un changement constant qui peut être utilisé pour définir la direction du temps et, en fait, la flèche cosmologique du temps est celle qui considère que nous pouvons définir la direction du temps comme celle dans laquelle l’univers se dilate. Selon cette flèche du temps, en quelque sorte, la réponse à votre question est oui, le temps avance car l’univers est en expansion. Si nous pensions à un univers qui n’évolue pas, le temps n’avancerait pas. Mais si l’univers commençait à se contracter, ce que le nôtre ne semble pas être, la flèche cosmologique du temps s’inverserait. Par conséquent, en poussant cette ligne de pensée jusqu’à ses implications ultimes, l’univers s’étendrait toujours en choisissant cette flèche du temps.
Ce n’est pas la seule flèche du temps que nous pouvons considérer à partir de la physique. La flèche thermodynamique du temps est probablement la plus connue et celle qui correspond le plus directement à notre intuition. La plupart des lois de la physique sont symétriques par renversements temporels, c’est-à-dire qu’une fois formulées, elles semblent s’appliquer indifféremment en tenant compte du fait que le temps s’écoule dans le futur ou, au contraire, en supposant qu’il s’écoule dans le passé. Or, lorsqu’on parle de systèmes physiques macroscopiques, ce n’est plus le cas, notamment lorsqu’ils subissent des processus irréversibles.
La flèche thermodynamique du temps est basée sur l’observation que l’augmentation du caractère aléatoire d’un système isolé ne va pas se défaire spontanément, c’est-à-dire qu’elle est irréversible.
La flèche thermodynamique du temps est basée sur l’observation que l’augmentation du caractère aléatoire d’un système isolé ne va pas se défaire spontanément, c’est-à-dire qu’elle est irréversible. Cette augmentation du caractère aléatoire est liée à une augmentation de l’entropie d’un système et nous fournit un moyen de déterminer la direction dans laquelle le temps progresse. Ainsi, la seconde loi de la thermodynamique, selon laquelle l’entropie d’un système isolé ne décroît jamais, rompt l’invariance temporelle des lois de la physique pour les systèmes macroscopiques qui subissent des processus irréversibles.
Bien sûr, nous devrions nous attendre à ce que le temps ne s’écoule pas dans un sens ou dans l’autre selon la branche de la physique que nous considérons. Pour que la flèche thermodynamique du temps soit compatible avec la flèche cosmologique du temps, l’univers à ses débuts doit avoir été dans un état d’entropie très faible, à partir duquel il a évolué en s’étendant. Il n’y a pas de consensus sur la raison pour laquelle l’état initial de l’univers avait une si faible entropie, j’oserais dire qu’il n’y en a même pas un sur la question de savoir si nous devons chercher une raison.
En revanche, il pourrait sembler que ces deux flèches du temps seraient incompatibles dans des modèles d’univers qui commenceraient à se contracter à un instant donné. Cependant, il a été avancé que ce ne serait pas nécessairement le cas si l’état final de l’univers après la contraction était également une entropie très faible et la flèche thermodynamique également inversée au début de la contraction. Heureusement, le fait que notre univers se développe rapidement rend peu probable qu’il entame une phase de contraction à l’avenir. On éviterait ainsi un renversement des flèches du temps qui nous ferait perdre des souvenirs au lieu de les accumuler.
Prado Martin Moruno est docteur en physique, chercheur et professeur contractuel docteur du Département de Physique théorique de l’Université Complutense de Madrid.
Question envoyée par José Díaz.
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