Qu’est-ce que le temps et d’où vient-il?
D’Aristote à Stephen Hawking, les êtres humains n’ont cessé de s’interroger sur la définition du temps. C’est ainsi que sont nées certaines des questions les plus fondamentales de la science. Et si le temps émergeait du changement plutôt que de constituer une loi fondamentale de la physique? Le temps pourrait-il être une illusion? Un physicien de l’université de Birmingham, au Royaume-Uni, a mis au point une nouvelle méthode surprenante pour explorer ces questions. Le professeur Giovanni Barontini a créé un «mini-univers» dans son laboratoire afin de démontrer comment le temps peut émerger sans horloge. Ce faisant, il soulève des questions profondes sur la nature même de la réalité. Les résultats ont été publiés dans la revue «Physical Review Research»(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). Giovanni Barontini a montré qu’il était possible de suivre l’écoulement du temps sans recourir à une horloge. En refroidissant un nuage de 24 000 atomes jusqu’à une température supérieure de quelques milliardièmes de degré seulement au zéro absolu (environ – 273 °C), il a créé un système quantique isolé qui se dilate et se contracte continuellement. À cette température extrême, les atomes perdent presque toute leur énergie thermique et leurs mouvements deviennent extrêmement lents, offrant ainsi un modèle de laboratoire d’un univers miniature, préservé de toute perturbation extérieure.
Et tout cela sans horloge!
Ces atomes ont été séparés en deux régions à l’aide d’un laser. Cette barrière a permis à Giovanni Barontini d’observer une partie du système tandis que l’autre restait hors de vue. Il a surveillé les changements affectant les atomes afin de déterminer si le système générait sa propre notion du temps, mettant ainsi à l’épreuve une théorie de longue date en gravité quantique. Le système étant entièrement isolé de l’extérieur, il a pu se passer d’une horloge externe et laisser l’activité des atomes elle-même mesurer le temps. Lorsque les atomes franchissaient rapidement la barrière laser, le temps semblait s’écouler plus vite à l’intérieur du modèle, tandis que leur ralentissement s’accompagnait d’un ralentissement du temps. Lorsque les atomes cessaient de se déplacer et se stabilisaient, l’horloge interne s’arrêtait, démontrant que le temps peut être mesuré uniquement à partir des changements survenant au sein du système. En d’autres termes, l’expérience a révélé que le temps n’a pas besoin d’une horloge externe pour exister, mais qu’il émerge naturellement des changements qui se produisent au sein du système lui-même.
Un outil pour comprendre le fonctionnement du temps dans le monde quantique
Cette étude ne permet pas d’expliquer le fonctionnement du temps à l’échelle de l’univers entier. Toutefois, grâce à ces atomes ultrafroids, la communauté scientifique dispose désormais d’un outil bien plus réaliste pour étudier en laboratoire les théories fondamentales du temps, l’univers primordial et la nature même du temps. «Dans certaines théories de l’univers, notamment en gravité quantique, le temps n’apparaît pas comme une caractéristique intrinsèque», a expliqué Giovanni Barontini dans un article(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). «Pourtant, dans la vie quotidienne, le temps s’écoule du passé vers le futur. Pourquoi en est-il ainsi, alors que la plupart des lois fondamentales de la physique fonctionnent de la même manière dans les deux sens du temps?» Giovanni Barontini a conclu: «Cette étude apporte des preuves expérimentales claires que le “temps” peut être défini par les changements qui se produisent au sein d’un système, plutôt que par le “tic-tac d’une horloge” externe auquel nous associons habituellement le temps. Elle apporte un nouvel éclairage sur la nature du temps en gravité quantique, qui pourrait permettre de décrire la dynamique des systèmes aussi efficacement qu’avec le temps conventionnel».
