Physical Review Research

Une expérience en système fermé : le « mini-univers » de Birmingham

Pour tester l’idée que le temps n’est pas une propriété fondamentale de l’univers, mais une conséquence de relations internes, Giovanni Barontini a créé un environnement en laboratoire mimant un cosmos miniature. Le dispositif repose sur un condensat de Bose-Einstein, un état de la matière où des milliers d’atomes, refroidis à quelques milliardièmes de degré au-dessus du zéro absolu, se comportent comme un objet quantique unique, selon les détails rapportés par Live Science. L’équipe a utilisé deux faisceaux laser de fréquences différentes pour créer une barrière séparant ce nuage d’atomes en deux secteurs distincts : une zone « brillante » observée et une zone « sombre » non observée. Cette configuration permet d’isoler le système du monde extérieur, forçant le temps à naître uniquement des échanges de particules et d’énergie entre les deux régions. Comme l’explique ScienceDaily, cette structure permet de reconstruire le déroulement des événements sans aucun référentiel temporel extérieur, tel qu’une horloge de laboratoire.

L’émergence du temps entropique

Le cœur de la découverte réside dans la définition du « temps entropique ». Au lieu d’un tic-tac constant, le temps est ici dicté par les variations de l’entropie — la mesure du désordre — au sein du système. Lorsque les atomes traversent la barrière laser, leur distribution change, ce qui fait avancer le temps. Si la distribution se stabilise, le temps s’arrête effectivement. « Cette étude fournit la première preuve expérimentale contrôlée que le “temps” peut être défini par des changements au sein d’un système plutôt que comme l’horloge externe que nous considérons comme le temps. Elle offre une nouvelle perspective sur la nature du temps en gravité quantique qui pourrait être utilisée pour décrire la dynamique tout aussi efficacement que le temps conventionnel. » — Professeur Giovanni Barontini, via ScienceAlert Ce mécanisme permet de reproduire des cycles rappelant le Big Bang et le Big Crunch, où le secteur brillant s’étend et se contracte de manière répétée. Selon The Debrief, le système a non seulement permis de définir un « arrow of time » (flèche du temps) cohérent, mais les chercheurs ont également réussi à formuler une version de l’équation de Schrödinger en utilisant ce temps interne, prouvant que les lois de la mécanique quantique restent valides dans ce cadre.

Le problème du temps en gravité quantique

Cette expérience apporte une réponse pratique à une énigme théorique vieille de près de 60 ans : le « problème du temps ». Les équations de la gravité quantique, notamment l’équation de Wheeler-DeWitt, décrivent l’univers comme un état quantique fixe dépourvu d’horloge externe. Comme le souligne SpaceDaily, l’absence de paramètre temporel dans ces modèles rend difficile la compréhension de la succession des événements. L’approche relationnelle, testée ici par Barontini, propose que le temps émerge des corrélations entre les parties d’un système. Si cette théorie ne prouve pas que le temps est une illusion à l’échelle macroscopique de notre univers, elle démontre que les mathématiques du temps relationnel sont « expérimentalement lisibles ». Pour le chercheur, cette méthode de travail est comparable à une forme de jeu : « Je pensais que c’était quelque chose de très similaire à ce que nous faisons dans nos laboratoires. Nous jouons avec des jouets très coûteux. Nous créons nos propres petits échantillons de réalité. » — Giovanni Barontini, via Live Science

Perspectives : des trous noirs aux origines du cosmos

L’utilisation de ces « mini-univers » en laboratoire ouvre des voies inédites pour la physique. En modifiant la hauteur de la barrière laser ou la densité des atomes, les scientifiques peuvent désormais simuler des conditions extrêmes pour étudier si un effondrement se comporte comme une singularité ou rebondit, et potentiellement modéliser les frontières des trous noirs. Les travaux publiés dans La Brújula Verde confirment que cette plateforme expérimentale permet de transformer des débats purement théoriques en science testable. À l’avenir, cette méthode pourrait aider à mieux appréhender les moments les plus précoces de l’univers, là où la distinction entre temps et espace devient incertaine.

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