Suivez-nous sur Twitter Suivez-nous sur Facebook VQ  velo.qc.ca 
Science

Etienne Klein: Qu'est-ce que le temps?

Propos recueillis par Marine Corniou - 23/10/2014

Directeur du Laboratoire des Recherches sur les Sciences de la Matière (LARSIM) du Commissariat à l’énergie atomique (CEA), à Saclay, en France, Étienne Klein est aussi l’auteur de nombreux ouvrages de
vulgarisation, dont Les tactiques de
Chronos
, paru en 2003, et Le facteur temps ne sonne jamais deux fois (Flammarion, 2007).



Dans la vie quotidienne, le temps qui passe évoque le vieillissement, la mort. Comment la physique, elle, aborde-t-elle la question du temps?

Nous avons l’impression que c’est le temps qui est responsable du vieillissement. C’est peut-être aller un peu vite en besogne. Si l’on en croit la physique, le temps et le changement ou, si vous préférez, le temps et le devenir, sont deux choses différentes. Le temps est représenté dans les équations comme une entité dont la nature ne change pas au cours du temps…

Ainsi, ce n’est pas le temps lui-même qui nous fait vieillir, mais ce qu’il advient en nous à mesure qu’il passe: les phénomènes biologiques, l’usure cellulaire, etc.
Roman Opalka, un peintre franco-polonais mort en 2011, a justement produit une œuvre qui sépare le temps du vieillissement, exactement comme le fait la physique. Pendant plus de 45 ans, il a peint la suite des nombres entiers, 1, 2, 3, etc., jusqu’à plusieurs millions, pour représenter le cours du temps, la suite des instants, qui sont tous différents mais tous construits de la même façon. Parallèle­ment, il s’est pris en photo à intervalles réguliers, pour montrer son visage qui vieillissait.

On distingue donc deux notions, D’abord, ce que les physiciens appellent le «cours du temps», qui est le fait que le temps passe. Il est tel qu’on ne peut pas retrouver dans le futur un instant qu’on a déjà traversé dans le passé. La seconde est la «flèche du temps» qui est le fait que les choses changent de façon irréversible. Elle empêche qu’un système retrouve dans le futur un état qu’il a déjà connu dans le passé. La flèche du temps ne doit pas être confondue avec le cours du temps.

Pourquoi est-ce si difficile de définir le temps?

La principale difficulté est liée au langage qui a tendance à confondre le temps et les phénomènes temporels. Le mot «temps» est utilisé pour dire autre chose que lui-même. On l’emploie pour désigner le vieillissement, la succession, la simultanéité, la durée, etc.

Par exemple, si on observe des phénomènes cycliques, on a tendance à dire que le temps est lui-même cyclique. Ou bien on évoque un « temps biologique » sous prétexte qu’il existe des temporalités propres aux phénomènes biologiques. Ainsi, on invente autant de sortes de temps qu’il y a de phénomènes temporels.

Le temps devient victime d’une polysémie fulgurante qui empêche de le penser pour ce qu’il est. Pour y voir plus clair, il faudrait procéder, comme le suggérait Paul Valéry, à un « nettoyage de la situation verbale ».

Et comment devrait-on en parler ?

Toutes les définitions du temps dans le langage commun (le temps est quelque chose qui « passe », par exemple), présupposent ou contiennent déjà l’idée du temps. Ce sont donc des métaphores du temps, pas des définitions de ce concept fondamental.

En physique, on n’a pas besoin de définir le temps. Il est posé a priori, il existe de lui-même.

Mais on pourrait dire que le temps, c’est ce qui fait que tout instant présent, dès qu’il apparaît, est remplacé par un autre instant présent. Le temps est ce qui garantit la présence du présent en permanence. Un présent renouvelé, mais toujours présent.

Depuis quand la notion de temps intéresse-t-elle les physiciens ?

Le paramètre temps est apparu avec Galilée, et Newton l’a formalisé : ce sont eux qui ont eu l’idée de l’insérer dans la description des lois physiques, en commençant par la chute des corps. C’est donc une notion moderne, qui n’a que quatre siècles.
Newton a postulé que le temps est indépendant de ce qui se passe en son sein, et qu’il n’a aucune des propriétés que le langage commun lui attribue. C’est un temps linéaire, continu, au sein duquel la simultanéité de deux évènements est absolue. En d’autres termes, le temps est universel ; il est le même pour tous.

Mais, au début du XXème siècle, Einstein réfute cette notion de temps universel, et lie l’espace et le temps dans sa théorie de la relativité, n’est-ce pas?

Il a en effet montré que la séparation que l’on fait entre l’espace et le temps n’est pas absolue : elle dépend du référentiel.

La théorie de la relativité, qui est une révolution, est trop souvent présentée comme une simple modification de l’espace et du temps de Newton. Pour simplifier, on dit que le temps a une vitesse qui dépend de l’observateur. C’est un raccourci trompeur car, mathématiquement, le temps ne peut pas avoir de vitesse. De plus, cela laisse entendre à tort qu’il n’existe qu’un seul temps, « élastique », qui s’écoulerait différemment d’un observateur à l’autre.

En fait, ce que dit la relativité, c’est qu’il existe autant de temps propres qu’il existe d’observateurs différents. Quand vous êtes en mouvement, tout se passe pour vous comme si vous n’étiez pas en mouvement. Votre montre marque les secondes au même rythme que lorsque vous êtes immobile. En revanche, si vous vous déplacez par rapport à quelqu’un, quand vous retrouverez cet observateur après votre voyage, vos montres qui étaient synchronisées au départ ne le seront plus (voir encadré).

Les temps propres se désynchronisent quand les observateurs qui portent les montres se déplacent les uns par rapport aux autres. Quand on change de référentiel, il y a toujours du temps et de l’espace, mais la séparation entre les deux s’est déplacée. Cela se traduit par le fait que, dès lors que deux événements ayant lieu en deux endroits différents sont simultanés pour vous, ils ne le sont pas pour les observateurs en déplacement par rapport à vous. C’est contre-intuitif.

Effectivement ! D’ailleurs, dans le langage courant, on entend souvent que le temps « accélère » à mesure que l’on vieillit. 

D’un point de vue physique, dire que le temps accélère est absurde. Qu’on ait une perception des durées qui évolue avec l’âge, soit. Mais le temps lui-même est complètement indépendant de notre âge, de ce qu’on fait, de notre état…Le temps n’est pas affecté par notre état physique.

D’où vient cette certitude que le temps ne varie pas ?

Dans une équation physique, le paramètre t, qui représente le temps, ne dépend pas de t. Cela signifie que tous les instants qui se présentent, bien qu’ils soient inédits, ont le même statut que tous ceux qui ont précédé et que tous ceux qui vont suivre.

Autrement dit, les lois physiques sont les mêmes aujourd’hui que dans le passé, elles ne dépendent pas du temps. Un four à microondes fonctionne aujourd’hui et fonctionnera demain parce qu’il a été construit à partir des lois de Maxwell, et ces lois n’évoluent pas. Le temps ne fait que transporter avec lui l’invariance des lois physiques.

Pourtant, les physiciens ne sont pas tous d’accord sur le temps. Certains, comme Carlo Rovelli (Centre de physique théorique, à Marseille), vont jusqu’à dire que le temps n’existe pas, que c’est une illusion. Qu’en pensez-vous ?

Pour dire que le temps n’existe pas, il faut savoir exactement ce qu’il est. Or, Carlo Rovelli, que je connais bien, utilise dans tous ses livres un langage temporel (« évolution », « changements dynamiques »…). Il n’arrive pas à énoncer sa théorie sur l’absence du temps sans faire référence au temps.

Cela dit, de nombreux physiciens travaillent comme lui sur des théories physiques plus abstraites, dans lesquelles le temps et l’espace n’existent pas a priori. Dans certains modèles, le temps apparaît alors comme une propriété qui émerge au-dessus d’un substrat qui ne le contient pas. Il devient une entité, un peu comme l’écume d’une vague, qui apparait au-dessus sans être présente dans la vague elle-même.

Mais pour moi, penser l’absence de temps, c’est envisager la disparition de tout ce qui a été ou est présent, c’est-à-dire envisager le néant.

Les physiciens cherchent depuis un siècle à réunir la relativité générale et la physique quantique en une théorie unique. Le temps a-t-il un rôle à jouer dans cette quête ?

C’est même le cœur du problème : l’espace-temps de la physique quantique n’est pas le même que l’espace-temps de la relativité générale, qui décrit la gravitation.
L’espace-temps de la mécanique quantique est statique, alors que celui de la relativité générale est souple et dynamique, il dépend du contenu. Quand on veut unifier les deux théories, on a donc un problème de cohérence. Certains chercheurs, par exemple avec la théorie des cordes, ajoutent des dimensions supplémentaires à l’espace-temps pour essayer de trouver une concordance. Il y a de nombreuses théories, mais la difficulté est maintenant de trouver un moyen de les tester expérimentalement.

Quelles sont les autres énigmes que pose le temps ?

Celle du moteur du temps. Qu’est-ce qui fait que le temps avance ? Qu’est-ce qui nous empêche de rester présent au même moment présent ? Qu’est-ce qui nous oblige à suivre le cours du temps ? Le moteur du temps est-il le temps lui-même ? Est-il physique ? Est-il lié à notre conscience, à notre situation d’observateur ? On ne le sait pas.

 
En octobre 1971, deux physiciens américains, Joseph Hafele et Richard Keating, ont mesuré de façon directe l’effet de la relativité d’Einstein, en embarquant quatre horloges atomiques sur des vols commerciaux. Après deux tours du monde (l’un vers l’ouest, l’autre vers l’est), ils ont comparé ces horloges à une horloge de référence située à Washington. Bilan ? La désynchronisation prédite par la théorie était bien réelle. Les horloges ayant voyagé vers l’est avaient un « retard » de 59 nanosecondes, et celles ayant fait le tour vers l’ouest, à l’encontre du sens de rotation de la Terre, affichaient une « avance » de 273 nanosecondes.


Afficher tous les textes de cette section