Qu’est-ce Que Le Temps Et avance-t-il Toujours ?

Imaginez le temps qui s'écoule à rebours. Les gens rajeuniraient au lieu de vieillir et, après une longue vie de rajeunissement progressif – désapprenant tout ce qu'ils savent – ​​ils disparaîtraient comme une étincelle dans les yeux de leurs parents. C'est le temps tel que le décrit un roman de l'écrivain de science-fiction Philip K. Dick, mais, étonnamment, la direction du temps est aussi une question à laquelle les cosmologistes se penchent.

Si nous tenons pour acquis que le temps a une direction donnée, les physiciens ne le pensent pas : la plupart des lois naturelles sont « réversibles », ce qui signifie qu'elles fonctionneraient tout aussi bien si le temps était défini comme un mouvement à rebours. Alors pourquoi le temps avance-t-il toujours ? Et le fera-t-il toujours ?

Le temps a-t-il un commencement ?

Toute conception universelle du temps doit en fin de compte se fonder sur l'évolution du cosmos lui-même. Regarder l'univers, c'est observer des événements du passé ; il faut un temps-lumière pour nous parvenir. En fait, même la plus simple observation peut nous aider à comprendre le temps cosmologique : par exemple, l'obscurité du ciel nocturne. Si l'univers avait un passé infini et une étendue infinie, le ciel nocturne serait d'une clarté absolue, baigné de la lumière d'un nombre infini d'étoiles dans un cosmos qui aurait toujours existé.

Pendant longtemps, les scientifiques, dont Albert Einstein, ont pensé que l'univers était statique et infini. Depuis, des observations ont montré qu'il est en réalité en expansion, et ce à un rythme accéléré. Cela signifie qu'il doit provenir d'un état plus compact que nous appelons le Big Bang, ce qui implique que le temps a bel et bien un commencement. En effet, si nous recherchons de la lumière suffisamment ancienne, nous pouvons même observer le rayonnement résiduel du Big Bang : le fond diffus cosmologique. Cette découverte a constitué une première étape dans la détermination de l'âge de l'univers (voir ci-dessous).

Mais il y a un hic : la théorie de la relativité restreinte d'Einstein montre que le temps est… relatif : plus vous vous déplacez vite par rapport à moi, plus le temps s'écoulera lentement pour vous par rapport à ma perception du temps. Ainsi, dans notre univers de galaxies en expansion, d'étoiles en rotation et de planètes tourbillonnantes, les perceptions du temps varient : tout le passé, le présent et l'avenir sont relatifs.

Alors, existe-t-il un temps universel sur lequel nous pourrions tous nous mettre d’accord ?

Chronologie de l'univers. Conception : Alex Mittelmann, Coldcreation/wikimedia, CC BY-SA

Il s'avère que, puisque l'univers est en moyenne le même partout et qu'il a en moyenne la même apparence dans toutes les directions, il existe bel et bien un « temps cosmique ». Pour le mesurer, il suffit de mesurer les propriétés du rayonnement de fond diffus cosmologique. Les cosmologistes ont utilisé ce phénomène pour déterminer l'âge de l'univers, son âge cosmique. Il s'avère que l'univers a 13,799 milliards d'années.

La flèche du temps

Nous savons donc que le temps a probablement commencé lors du Big Bang. Mais une question lancinante demeure : qu'est-ce que le temps exactement ?

Pour répondre à cette question, il faut examiner les propriétés fondamentales de l'espace et du temps. Dans l'espace, on peut avancer et reculer ; les voyageurs en font l'expérience quotidienne. Mais le temps est différent : il a une direction, on avance toujours, jamais en arrière. Alors pourquoi la dimension du temps est-elle irréversible ? C'est l'un des principaux problèmes non résolus de la physique.

Pour expliquer pourquoi le temps lui-même est irréversible, il faut identifier des processus naturels qui le sont également. L'un des rares concepts de ce type en physique (et dans la vie !) est que les choses ont tendance à devenir moins ordonnées avec le temps. Nous décrivons ce phénomène à l'aide d'une propriété physique appelée entropie, qui code le degré d'ordre d'un objet.

Imaginez une boîte de gaz dans laquelle toutes les particules seraient initialement placées dans un coin (état ordonné). Au fil du temps, elles chercheraient naturellement à remplir toute la boîte (état désordonné) – et ramener les particules à cet état ordonné nécessiterait de l'énergie. C'est irréversible. C'est comme casser un œuf pour faire une omelette : une fois qu'il s'est étalé et rempli la poêle, il ne reprendra jamais sa forme d'œuf. Il en va de même pour l'univers : à mesure qu'il évolue, son entropie globale augmente.

Malheureusement, cela ne va pas se régler tout seul. Alex Dinovitser/wikimedia , CC BY-SA

Il s'avère que l'entropie est une bonne explication de la flèche du temps. Et même si l'univers semble devenir plus ordonné plutôt que moins ordonné – passant d'une mer agitée de gaz chauds relativement uniformément répartis à ses débuts aux étoiles, aux planètes, aux humains et aux articles sur le temps – il est néanmoins possible que son désordre s'accroisse. En effet, la gravité associée aux grandes masses pourrait entraîner la matière vers des états apparemment ordonnés – l'augmentation du désordre que nous supposons être survenue étant en quelque sorte dissimulée dans les champs gravitationnels. Le désordre pourrait donc s'accroître même si nous ne le voyons pas.

Mais étant donné la tendance de la nature à privilégier le désordre, pourquoi l'univers a-t-il débuté dans un état aussi ordonné ? Cela reste un mystère. Certains chercheurs avancent que le Big Bang n'a peut-être même pas marqué le début ; il pourrait même exister des « univers parallèles » où le temps s'écoule dans des directions différentes.

Le temps va-t-il finir ?

Le temps a un commencement, mais sa fin dépend de la nature de l'énergie noire qui provoque son expansion accélérée. Le rythme de cette expansion pourrait finir par déchirer l'univers, le forçant à disparaître dans un Big Rip ; alternativement, l'énergie noire pourrait se désintégrer, inversant le Big Bang et mettant fin à l'Univers dans un Big Crunch ; ou encore, l'Univers pourrait tout simplement s'étendre à l'infini.

Mais l'un de ces scénarios futurs mettrait-il fin au temps ? Eh bien, selon les étranges lois de la mécanique quantique, de minuscules particules aléatoires peuvent surgir momentanément du vide – un phénomène observé constamment dans les expériences de physique des particules. Certains ont avancé que l'énergie noire pourrait provoquer de telles « fluctuations quantiques » donnant naissance à un nouveau Big Bang, mettant fin à notre chronologie et en commençant une nouvelle. Bien que cela soit extrêmement spéculatif et hautement improbable, ce que nous savons, c'est que ce n'est qu'en comprenant l'énergie noire que nous connaîtrons le destin de l'univers.

Alors, quel est le résultat le plus probable ? Seul l'avenir nous le dira.