Le temps n’existe pas !
C’est déjà une expérience historique : dans les sous-sols de l’université de Genève, des physiciens ont démontré que notre sens commun de la causalité ne s’appliquait pas à l’échelle atomique. Autrement dit, le temps n’a pas cours dans le monde quantique ! Comment peut-il alors émerger à notre niveau ? C’est toute la question…
I – L’expérience qui a tué le temps
Des physiciens de l’université de Genève viennent d’apporter la preuve que le temps n’existe pas dans le monde microscopique ! Dès à présent historique, leur expérience sur le comportement de particules de lumière mystérieusement corrélées fait voler en éclats la causé spatio-temporelle.
Quelque chose d’hors du commun s’est passé dans le sous-sol de l’université de Genève. Littéralement. Car pour la première fois, notre sens commun de la causalité spatio-temporelle a été pris en défaut, sans échappatoire possible ! Il a suffi pour cela d’une expérience, d’ores et déjà historique. En résumé, des couples de petites particules de lumière (photons) ont été envoyés, via des fibres optiques, contre deux miroirs éloignés de 55 m. Ces miroirs étant semi-transparents, chaque photon pouvait soit s’y réfléchir, soit passer à travers. Or le comportement de ces paires de photons face aux miroirs s’est révélé parfaitement semblable : soit ils s’y réfléchissaient tous les deux, soit ils les traversaient de concert. Le problème, c’est que rien ne peut expliquer comment les choses ont pu se passer dans le temps pour que les photons appariés aient un tel comportement…
Imaginons que l’on observe deux personnes se comportant exactement de la même façon. On se dit qu’il y a forcément un truc : ou bien elles se sont mises d’accord au préalable, ou bien l’une a informé l’autre de ses propres actions afin qu’elle l’imite. Il n’existe pas d’autre façon raisonnable d’expliquer l’observation de deux phénomènes identiques : soit il s’agit d’une corrélation « programmée », avec une cause commune dans le passé déterminant leurs comportements, soit on a affaire à une corrélation « téléphonée », le comportement de l’un influençant celui de l’autre via un signal. Eh bien, aucun de ces deux arguments ne peut expliquer les résultats observés et publiés par Nicolas Gisin, Hugo Zbinden, Valerio Scarani et André Stefano du groupe de physique appliquée de l’université de Genève et par Antoine Suarez, du Centre de philosophie quantique de Zurich.. Dans leur expérience, la corrélation des photons face aux miroirs ne peut être ni programmée, ni téléphonée. Alors quoi ? En fait, la seule explication est que la corrélation s’est produite… sans que le temps ne s’écoule !
Prévu par la théorie
N’espérez pas observer un tel prodige dans notre monde : il ne peut se dérouler que dans les échelles de l’infiniment petit. Il est d’ailleurs très précisément décrit par la mécanique quantique, la théorie la plus efficace pour dépeindre le comportement de la Nature microscopique en général, et des photons en particulier. En effet, la théorie quantique pronostique l’existence d’un phénomène « d’intrication » liant le destin de deux particules, sans en donner d’explication. C’est aux physiciens de se débrouiller pour l’interpréter. Et l’expérience qui vient d’être menée à Genève les met aujourd’hui au pied du mur.
Pour commencer, on sait que les corrélations ne peuvent être programmées. Dans un fameux articule publiée en 1935, Albert Einstein, qui pressentait tout le danger de cette intrication pour la causalité, pensait qu’il existait une cause commune, une « variable cachée », qui expliquerait pourquoi deux particules intriquées ont leurs comportements ainsi corrélés. Mais en 1964, John Bell, un physicien irlandais basé à Genève, élaborait une inégalité qui permet de distinguer l’existence ou non de cause commune dans ce phénomène : si, en répétant l’expérience un très grand nombre de fois, les statistiques respectent cette inégalité, alors l’intrication peut s’expliquer comme une corrélation programmée ; sinon, une telle explication n’est pas tenable. Historique, l’expérience a été réalisée en 1982 à l’Institut d’optique d’Orsay par le physicien français Alain Aspect : le viol des inégalités de Bell a été manifeste. Et toutes les autres expériences l’ont confirmé depuis : la corrélation des photons face au miroir ne peut être expliquée par une cause commune dans le passé. Rien ne les programme pour se réfléchir ou traverser les miroirs.
Mais l’expérience d’Alain Aspect laissait encore une chance à notre sens de la causalité spatio-temporelle de s’en sortir : sans être programmé, le comportement de particules intriquées pouvait en effet être téléphoné. Car il est impossible d’obtenir, en pratique, une parfaite simultanéité entre deux événements dans un laboratoire : du fait d’inévitables imprécisions expérimentales, il y en a obligatoirement un qui se produit une fraction de seconde avant l’autre. On peut donc toujours se dire que la première particule qui a atteint un miroir a informé sa collègue de son choix pour qu’elle s’y conforme. Autrement dit, si l’on représente l’espace par un plan horizontal et le temps par un axe vertical, les deux événements sont inévitablement décalés verticalement, ce qui autorise alors une communication « téléphonique » (pour ne pas dire « télépathique ») entre les deux. Oui, mais si tel est le cas, étant donné la distance qui sépare les deux événements dans l’expérience d’Aspect (14 m) et l’incertitude sur le moment précis où ils se produisent (20 milliardièmes de seconde), un rapide calcul montre que cette hypothétique communication entre les deux photons doit avoir une vitesse supérieure à deux fois celle de la lumière !
Une expérience réalisée en 1998 sur 10 km autour de Genève par l’équipe du Pr Gisin a même montré qu’elle doit lui être dix millions de fois supérieure… Ce qu’interdit formellement la théorie de la relativité d’Einstein, pour qui aucune information ne peut aller plus vite que la lumière ! Doit-on alors violer les principes d’Einstein pour sauvegarder la causalité temporelle ?
Alain Aspect a cependant lui-même démontré qu’on ne peut utiliser cet hypothétique signal entre particules intriquées pour transporter de l’énergie, de la matière ou de l’information. De quoi maintenir, donc, une coexistence pacifique entre la mécanique quantique et la théorie de la relativité. Et interpréter à peu près sereinement l’intrication comme une corrélation téléphonée. « Je n’arrive pas à me représenter ce lien autrement que par une espèce d’interaction instantanée, même si je sais que cette interaction est différente des interactions habituelles », nous expliquait il y a quatre ans le physicien.
L’expérience réalisée à Genève vient pourtant de ruiner cette façon de voir. Cela fait dix ans qu’Antoine Suarez souhaitait la réaliser. Spécialiste de physique et d’épistémologie, ce chercheur a rencontré à plusieurs reprises John Bell à Genève, quelques années avant sa mort. Il en a gardé une profonde affection pour l’homme, et un intérêt passionné pour l’intrication. Laquelle lui a inspiré une idée toute simple : reproduire l’expérience d’Aspect, mais avec des appareils en mouvement ! D’après la théorie d’Einstein, en effet, la structure d’espace-temps se déforme avec le mouvement dans le référentiel immobile du laboratoire, les axes de temps et d’espace d’un appareil en mouvement se penchent, ce qui décale sa propre horloge. Pour que l’intrication quantique perde la notion d’ordre temporel, il suffit donc que les miroirs et détecteurs de l’expérience s’éloignent suffisamment vite dans des directions opposées : au moment de faire le choix de traverser ou réfléchir le miroir, chaque photon, dans son propre référentiel, sera alors persuadé que l’autre ne l’a pas encore fait ! Aucun ne peut plus prétendre tenir compte du choix de son partenaire…
Nulle communication possible ici, à moins d’imaginer qu’une communication puisse remonter le temps, mais il n’y aurait alors plus grand chose à expliquer dans ce bas-monde…
Expérience… métaphysique
L’enjeu de cette expérience est donc de savoir si l’intrication continue à exister lorsque les particules n’ont plus le temps de communiquer. « Si la mécanique quantique le prédit, souligne Antoine Suarez, aucune expérience ne permettait de le savoir. Et le préjugé selon lequel la causalité adhère toujours au temps était tellement enraciné dans mon esprit que je pensais que l’on avait une vraie chance de prendre pour la première fois en faute la mécanique quantique ! » En prévision, le physicien développa une théorie alternative, dite de la « multisimultanéité », parfaitement conforme à la mécanique quantique, sauf qu’elle respecte la causalité temporelle dans l’intrication et prédit la disparition des corrélations quand la configuration des appareils n’autorise plus de communication dans le temps.
C’est tout le contraire qui va se produire ! En 1992, Antoine Suarez convainc Marcel Odier, banquier genevois intéressé par les implications métaphysiques de la théorie quantique, de financer son expérience à hauteur de 450 000 francs suisses (environ 300 000 euros). Il se met alors en quête d’un groupe de physique expérimentale et tombe tout naturellement sur l’équipe du Pr Gisin qui, déjà installée à Genève, détient le record mondial de distance pour l’envoi de photons intriqués contre des miroirs semi-transparents. « Nous étions tous très excités par le principe de l’expérience et nous avons immédiatement décidé de la mettre sur pied », se souvient Nicolas Gisin. Les problèmes techniques sont cependant énormes : avec une distance maximale de 10 km entre les événements corrélés, il faut que les appareils soient lancés à la vitesse de décollage d’un avion pour faire apparaître la bonne configuration… Comment rendre ces conditions compatibles avec la nécessité méticulosité d’une expérience quantique ?
A défaut de gros moyens, l’équipe suisse va faire preuve d’imagination… Car la mécanique quantique ne dit pas si le choix du photon s’effectue au moment de sa rencontre avec le miroir ou, plus tard, au moment de sa détection. Du coup, pour mettre le moins possible d’appareils en mouvement, les physiciens décident de faire deux expériences : l’une avec les détecteurs en mouvement, et l’autre avec les miroirs. Le premier cas est le plus simple : les physiciens utilisent comme détecteur un disque tournant sur lui-même, sur la tranche duquel les photons arrivent, via des fibres optiques. Avec une distance de 10 km entre les deux appareils et une vitesse de rotation du disque de 10.000 tours par minute, la configuration est bien « avant-avant » dans son propre référentiel, chaque appareil est persuadé d’être le premier à détecter sa particule. Lors de l’expérience, réalisée à l’été 1997 par Hugo Zbinden et Wolgang Tittel, le résultat est incontestable : le phénomène d’intrication n’a pas disparu.
Restait le plus dur : mettre les miroirs en mouvement. « Nous pensions d’abord utiliser des miroirs massifs, raconte Nicolas Gisin, mais Hugo Zbinden a eu l’idée des ondes acoustiques. » L’idée est excellente. Car une onde acoustique dans un verre agit sur la lumière comme un miroir semi-transparent : la moitié des photons est réfléchie, tandis que l’autre passe à travers. De plus, étant donné la vitesse de propagation de ces ondes (9000 km/h), l’expérience peut être réalisée à l’intérieur du bâtiment de l’université…
C’est André Stefanof, qui prépare sa thèse dans le groupe de Genève, qui va s’en charger. Pour corser le tout, les physiciens réalisent aussi l’expérience en faisant se rapprocher les miroirs et les détecteurs, au lieu de les éloigner. Ce n’est alors plus une configuration « avant-après » : lorsqu’il doit faire son choix, chaque photon est persuadé que son partenaire l’a déjà fait et est donc censé s’y conformer ! Chacun attend le choix de l’autre… et donc aucun ne choisit.
« Le matin du 22 juin 2001, se souvient Antoine Suarez, les premiers résultats sont tombés. J’ai eu le sentiment d’assister à mon enterrement : l’intrication quantique n’avait pas disparu, ce qui confirmait la théorie quantique et invalidait ma théorie de la multisimultanéité. Mais un peu plus tard, quand j’ai compris que cela invalidait la causalité temporelle, j’ai éprouvé une grande satisfaction. Finalement, la mécanique quantique nous avait parlé. » Car il faut s’y résoudre : la causalité spatio-temporelle, si efficace pour appréhender notre monde, ne peut plus expliquer pourquoi des photons se comportent de la même façon en face de miroirs, alors qu’ils ne se sont pas mis d’accord auparavant sur leur comportement ni échangé de signaux au moment de leur choix. « L’intrication ne respecte aucune horloge », conclut Valerio Scarani, théoricien du groupe de Genève.
« Ce résultat est d’une grande importance culturelle, reprend Antoine Suarez. L’expérience d’Aspect montrait la non-localité de l’intrication quantique, les particules se comportant comme s’il n’y avait pas de distance entre elles. Mais ce n’était que la moitié de la vérité : notre expérience montre, elle, la non-temporalité de ce phénomène. Il y a une dépendance entre événements, mais cette dépendance ne correspond à aucun ordre temporel. Le monde quantique ne peut plus être défini en termes « d’avant » et « d’après ». Des choses se passent, mais le temps, lui, ne passe pas. » Plus qu’une expérience de physique, c’est aussi une expérience métaphysique qui s’est déroulée à Genève : dans la ville de l’horlogerie, le temps, pendant un instant, s’est arrêté.
Le contexte
Les physiciens ont un problème avec le temps ; alors que la physique classique de Galilée, Newton ou Einstein se fonde sur cette notion pour expliquer la façon dont les choses se déroulent dans la nature, la physique quantique, élaborée au début du XXe siècle pour décrire le monde de l’infiniment petit, elle, ne la respecte pas a priori. Les physiciens ont longtemps eu l’espoir de pouvoir recoller les morceaux, mais l’expérience qui vient d’être réalisée à l’université de Genève met à bas cette ambition. On sait aujourd’hui que le temps ne peut plus être utilisé pour repérer la façon dont les choses se passent dans le monde microscopique.
Retour sur image
En 1982, le physicien français Alain Aspect mettait en évidence expérimentalement le phénomène d’intrication, démontrant que le monde quantique ne respecte pas la notion classique d’espace. Cette expérience historique faisait entrer l’intrication dans un laboratoire, et la physique abordait pour la première fois une question métaphysique…
L’expérience de Genève le prouve : le temps n’a plus court au niveau atomique. Or, notre expérience quotidienne nous dit le contraire ! Comment résoudre ce paradoxe ? Telle est bien désormais la question…
Galilée, Newton et Einstein cherchaient à comprendre la réalité de ce bas-monde en étudiant la façon dont les choses se déroulent dans l’espace et le temps. Mais l’expérience réalisée à Genève vient de ruiner cette ambition : dans le monde quantique de l’infiniment petit, certaines règles ne pourront jamais être expliquées en ces termes. Ce n’est pas tout à fait une surprise : depuis quatre-vingt ans, les physiciens savent que la théorie quantique, dont l’efficacité n’est plus à démontrer, ne respecte pas, a priori, ces structures si chères aux grands anciens. Mais les voilà désormais devant le fait accompli. Ou plutôt devant un paradoxe qu’ils vont bien devoir résoudre.
Jusqu’ici, les physiciens ont surtout été tentés de réinsérer dans le formalisme quantique les cadres d’espace et de temps. Pour rester dans la réalité, leur bouée favorite était « l’interprétation de l’onde-pilote », élaborée par Louis de Broglie et formalisée par David Bohm, selon laquelle la mécanique quantique décrirait bien le mouvement dans l’espace et dans le temps de particules réelles, celles-ci étant « guidées » par des ondes invisibles associées.
Un temps… sans horloge
Mais cette position n’est plus tenable. « Le but de l’interprétation de Bohm était de rétablir la causalité temporelle dans le monde quantique, explique Antoine Suarez, à l’origine de l’expérience. Mais, nous avons montré que cette causalité temporelle n’est justement pas respectée. Le temps introduit par Bohm ne correspond donc à aucune horloge. On l’appelle ‘temps’, mais c’est juste une façon de parler. » Pour Nicolas Gisin, qui a mis l’expérience sur pied, il faut s’y résoudre : « L’interprétation de Bohm est morte ».
Il existe donc bien deux mondes. D’un côté notre monde classique habituel, visible, macrocosmique et continu, et de l’autre un monde quantique bizarre, invisible, microscopique et quantifié. Si le premier peut s’expliquer en termes de trajectoires d’objets réels dans l’espace et dans le temps, le second échappe totalement à ces schémas classiques. Quel statut alors donner à ce temps si sensible dans notre monde classique mais si évanescent au niveau quantique ? Pour des chercheurs aussi éminents que Stephen Hawking, Lee Smolin ou Ian Barbour, la solution passerait purement et simplement par « l’élimination du temps dans la formulation de la théorie quantique ». Mais cela pose un vrai problème : comment le temps peut-il émerger à notre échelle s’il n’est pas l’œuvre dans les échelles inférieures ?
Pour l’heure, les physiciens ont déjà compris comment ces deux mondes a priori incompatibles pouvaient coexister. Pourquoi, par exemple, les portes de nos maisons sont-elles toujours ouvertes ou fermées, alors que les portes quantiques peuvent être dans les deux états à la fois ? Parce que, vu la taille de nos maisons, chacun des atomes d’une porte est entouré de nombreux autres qui interagissent avec lui, ce qui brouille et fait disparaître les phénomènes quantiques, répond la « théorie de la décohérence » élaborait au début des années 80 par Wojciech Zurek et Murray Gell-Mann. Mais si cela justifie l’existence de règles différentes dans les deux mondes, cela n’explique nullement d’où vient le temps de nos montres qui s’écoule irréversiblement.
Comment l’irréversible a-t-il émergé ?
La situation actuelle n’est en fait peut-être pas si éloignée de celle des physiciens du XIXe siècle : eux qui étaient habitués à utiliser des équations avec un temps réversible, parfaitement symétriques entre passé et futur, durent se confronter pour la première fois à des phénomènes assurément irréversibles avec la thermodynamique des transferts de chaleur. Pour comprendre, il suffit de regarder tomber une goutte colorée dans un verre d’eau. Le colorant, d’abord concentré au point de chute, se répartit peu à peu dans tout le verre de façon homogène. Alors que le mouvement individuel de chacune des molécules du verre peut s’inverser : jamais on ne verra le produit coloré se reconcentrer en un point. Comment cet irréversible a-t-il émergé ?
Pour trouver la réponse, le physicien autrichien Ludwig Boltzmanna comprit qu’il fallait abandonner la physique classique de Newton : étant donné qu’il y a dans le verre environ 1025 molécules, il n’est plus possible, en pratique, de résoudre mathématiquement le problème. Pour ne pas se noyer dans le verre d’eau, il faut faire des statistiques. Ne plus s’intéresser aux comportements individuels des particules, mais au destin collectif du verre. De ce point de vue, ce dernier peut être modélisé par 1025 boîtes empilées contenant soit une molécule d’eau « normale », soit une molécule « colorée », la diffusion consistant en une répartition aléatoire des molécules dans ces boîtes. Les lois de la statistique sont formelles : il y a très peu de chances que les molécules colorées soient concentrées dans une petite région du verre. Elles seront réparties un peu partout, donnant au verre une couleur à peu près unie. La flèche du temps va donc ici de l’improbable vers le probable. Mais il ne faut pas oublier que c’est en acceptant humblement notre incapacité à suivre les comportements individuels des molécules que ce temps est apparu…
Une absence de définition
Est-ce par un processus similaire que le temps de nos horloges émerge des profondeurs quantiques ? Le temps n’est-il qu’une conséquence de notre incapacité à traiter le très grand nombre d’informations élémentaires en jeu lors de phénomènes macroscopiques ? Antoine Suarez est tenté de le penser : « Pour décrire l’évolution d’un système quantique dans le temps, il faut passer par les probabilités, via l’équation de Schrödinger. Ce temps n’a un sens que dans le monde classique, au niveau statistique. C’est la marque de finitude de notre capacité. » Si tel est le cas, l’étude de la frontière entre les deux mondes, très active depuis quelques années, permettra peut-être de comprendre comment émerge le tic-tac de nos horloges.
Mais de nombreux physiciens ne sont pas d’accord pour ne faire du temps qu’une illusion. C’est notamment la position du physicien français Etienne Klein, pour qui « règne depuis toujours une grande confusion dans les discours de la physique sur le temps ». Il n’y a pas, en effet, de définition physique précise et consensuelle de cette notion. Et ses morceaux restent éparpillés dans tous les domaines.
Pour tirer le fin mot de l’histoire, il faudrait de toute façon savoir correctement interpréter la théorie quantique : si elle ne nous parle pas d’une réalité matérielle qui existe en soi, dans l’espace et dans le temps, alors de quoi nous parle-t-elle exactement ? La notion d’information est ici une piste prometteuse : la théorie ne nous parlerait pas directement de la réalité, mais des informations que l’on peut obtenir sur elle. Les propriétés de l’information étant radicalement différentes de la matière, ce point de vue a l’avantage de rendre intuitif les phénomènes quantiques les plus bizarres. L’intrication, par exemple, correspondrait au partage d’un seul bit d’information entre deux particules, et non pas deux dont il faudrait expliquer la corrélation. Les chercheurs qui travaillent dans cette voie ont ainsi l’espoir de pouvoir dériver les notions « secondaires » d’espace et de temps à partir de cette notion « primaire » d’information. Mais il n’y a pas de consensus : lancé dans les années 20, le débat n’est toujours pas clos.
Plus qu’avec des réponses, la science progresse avec des questions. L’expérience genevoise marque ainsi une étape en soulevant de nombreuses interrogations comme autant de défis. Ici, la seule position tenable est peut-être celle de John Bell, le physicien qui a permis à la physique expérimentale d’aborder ces questions métaphysiques. A la question de savoir si la mécanique quantique et la théorie d’Einstein pouvaient devenir compatibles, il répondait : « Je ne vois pas comment faire, mais je crois qu’un jour, quelqu’un trouvera un moyen, et on se dira juste que mon imagination était trop limitée. »
Chacun use pourtant du temps
Si le temps n’existe pas au niveau quantique, aucune discipline scientifique ne peut cependant s’en passer. Ainsi, les physiciens mécanistes, reprenant la leçon de Newton, l’intègrent dans leurs équations pour modéliser la chute des pommes. Tandis que les astronomes, depuis Einstein, le savent indissociablement lié à l’espace lorsqu’ils observent de lointaines étoiles. Pour leur part, les physiciens des particules font de la symétrie entre le passé et le futur une des pierres angulaires de leur modèle. De leur côté, les thermodynamiciens croient y déceler un sens, une flèche, lorsqu’ils observent une diffusion de goutte d’eau ou un transfert de chaleur. Quant aux cosmologistes, ils pensent plutôt que c’est l’expansion de l’Univers, depuis le big bang, qui lui donne cette direction privilégiée, du passé vers le futur. Et les astrophysiciens, eux, voient dans l’impossibilité de sortir d’un trou noir une fois entré un autre moyen de fonder cette irréversibilité, d’origine gravitationnelle cette fois. Et il n’y a pas que la physique, les naturalistes, par exemple, le considèrent comme le moteur essentiel de l’évolution des espèces depuis l’apparition de la vie sur Terre, en parallèle des historiens qui y voient le principe intangible figeant le passé. Côté biologistes, ils le décèlent dans l’usure des cellules et le vieillissement de nos corps. Enfin, tandis que les médecins l’écoutent s’écouler via le battement de nos cœurs, les psychologues le sentent s’accélérer et ralentir dans nos consciences subjectives. Bref, tout le monde fait avec, mais aucun ne s’interroge sur son essence. Comment ces temps s’articulent-ils ensemble ? Y en a-t-il un ou plusieurs ? Quel est le dénominateur commun à toutes ces flèches ? Quel est l’arc primordial qui les tire ? Le temps qui jalonne nos vies reste, pour l’instant, largement une énigme… Et nous, commun des mortels, avons beau pouvoir le mesurer, via la ronde des planètes, le tic-tac des ressorts de nos montres ou l’oscillation des radiations émises par les atomes, tous ces exorcismes ne peuvent dissimuler cette vérité.
Pour commenter les résultats de l’expérience menée à Genève et éclaircir cette notion de temps si paradoxale, nous avons rencontré Etienne Klein, spécialiste de la mécanique quantique et philosophe.
On ne peut le penser du dehors, mais on n’arrive pas à le comprendre du dedans. Qu’on en perde ou qu’on en gagne, il ne cesse de nous échapper. Il passe, avance, s’écoule… mais, tel un mirage, s’éloigne au fur et à mesure que l’on croit s’en rapprocher. Pour les physiciens comme pour tout un chacun, le temps reste une confuse énigme. Mais selon Etienne Klein, la principale source des confusions vient de nos discours qui ne font pas bien la part des choses : ils attribuent trop souvent au temps les propriétés des phénomènes qui s’y déroulent.
Adjoint au Directeur des sciences de la matière au Commissariat à l’énergie atomique de Saclay, ce physicien français s’est longtemps confronté à la pratique de la physique, en participant à la mise au point d’un procédé de séparation isotopique par laser, d’un accélérateur à cavités supraconductrices ou du futur grand collisionneur européen, le LHC. Etienne Klein enseigne la physique quantique à l’Ecole centrale de Paris, mais depuis plusieurs années, il consacre une partie de son temps à la philosophie des sciences, avec le temps pour sujet de prédilection. Il publie ainsi à la fin de ce mois de janvier Les Tactiques de Chronos, aux éditions Flammarion.
Ce physicien et philosophe, spécialiste du temps et de la mécanique quantique, a accepté de nous rencontrer pour commenter l’expérience de Genève. C’est une autre vision du temps qu’il propose.
Science & Vie : Etes-vous surpris les résultats de l’expérience menée par le professeur Nicolas Gisin, en collaboration avec Antoine Suarez ?
Etienne Klein : Non, je ne suis pas surpris par ces résultats qui sont parfaitement conformes aux prédictions de la physique quantique. Si l’on prend cette théorie au pied de la lettre, « l’intrication » entre deux particules ne peut pas être décrite comme un phénomène strictement causal : on ne peut pas dire qu’une particule est à un certain endroit, la seconde à une autre, et qu’un signal se propage entre les deux. Le système doit être pensé comme un tout, sans qu’on puisse parler séparément des particules qui le constituent. Mais cette expérience était nécessaire et importante. Les précédentes ne permettaient pas de trancher entre la physique quantique orthodoxe et certaines interprétations réalistes restituant la causalité de la physique classique, comme la « multisimultanéité » d’Antoine Suarez. Grâce aux physiciens de Genève, c’est maintenant chose faite.
S&V : Selon Suarez, cette expérience montre que le temps n’a de sens que dans le monde classique, pas dans le monde quantique. Qu’en pensez-vous ?
E.K. : Tout dépend justement du « sens » qu’on donne ici au mot temps. Il existe bien évidemment un temps en physique quantique. Dans l’équation de Schrödinger, par exemple, qui décrit l’évolution d’un système quantique, le temps a le même statut que celui de Newton. Mais j’imagine ce que veut dire Antoine Suarez, c’est que le phénomène dont nous venons de parler ne peut pas être représenté comme un processus qui se déroule dans le temps, par le biais de la transmission d’un signal. Il faut cependant bien faire la part des choses : il y a toujours un avant et un après l’expérience. La corrélation des particules se produit sans que le temps s’écoule, mais elle s’inscrit dans le temps, à un instant donné.
S&V : Quelles sont les origines de ces confusions sur le temps ?
E.K. : Il y a un gros travail à faire sur le sens des mots. Le mot temps permet de dire tout à la fois le changement, l’évolution, la répétition, le devenir, l’usure, le vieillissement, etc. Cette confusion vient de ce que nous attribuons au temps les propriétés de tous les processus dont il permet le déploiement. La question est finalement : quelles sont les propriétés essentielles du temps, celles qu’il a en propre, qu’on ne pourrait pas lui retirer sans jeter le bébé avec l’eau du bain ?
A la fin du XVIIIe siècle, un homme dont pratiquement personne ne se souvient avait compris que cette apparente collusion entre temps et phénomènes temporels tendait un piège à l’entendement. Cet homme sagace, Jean-Henri-Samuel Formey, membre de l’Académie royale de Prusse, est cité par Jean-Jacques Rousseau, auteur de l’article de l’Encyclopédie de Diderot et d’Alembert consacré au temps : « Le temps est un être abstrait, qui n’est point par conséquent susceptible des propriétés que l’imagination lui attribue. » Voilà qui était bien vu.
S&V : Où trouve-t-on la trace de telles confusions ?
E.K. : Quasiment partout ! Dans la mythologie grecque, le temps est associé au seul devenir : « Au début », nous raconte-t-on, il existait un monde originel qui perdurait sans être soumis au temps, celui-ci n’entrant en scène qu’au bout « d’un certain temps » pour amorcer une genèse, enclencher un processus, provoquer une évolution. Mais seule une confusion entre temps et devenir permet ainsi d’imaginer qu’un monde stagnant, pré-chronique, a pu précéder le temps.
Aujourd’hui encore, temps est souvent associé au mouvement, comme celui des aiguilles d’une montre. Mais un objet immobile est aussi temporel qu’un objet en mouvement ! Le temps fabrique de la durée mais pas nécessairement du changement. Quant à la fameuse métaphore du fleuve, elle aussi est problématique : si le temps s’écoule comme un fleuve, quelles sont ses berges ? Dans quoi s’écoule-t-il ? Parler en ces termes, c’est river le temps à une sorte de non-temps, qui serait ce dans quoi il s’écoule et qui, lui, ne s’écoule pas…
S&V : Que reste-t-il, selon vous, de ce temps, une fois débarrassé de tout ce qui ne lui appartient pas ?
E.K. : Le temps est avant tout ce qui produit de la succession et de la durée. Sa propriété fondamentale est d’avoir un cours, c’est-à-dire de renouveler constamment le présent : en passant, il ne crée pas nécessairement de la nouveauté, mais empêche qu’on demeure « scotché » à un instant donné. Mais attention à ne pas confondre cours du temps et flèche du temps : le cours du temps désigne le fait que le temps passe, qu’en passant il produit de la durée et seulement de la durée, bref, qu’il engendre la succession des événements ; la flèche du temps renvoie à la possibilité qu’ont les choses de connaître au cours du temps des transformations parfois irréversibles. Elle est une propriété, non du temps lui-même, mais des phénomènes temporels.
Je sais bien que le cours du temps et la flèche du temps pourraient procéder en définitive d’une seule et même racine, plus profonde qu’eux, qu’ils pourraient l’un et l’autre être des produits dérivés de phénomènes sous-jacents qu’une « nouvelle physique » mettra peut-être à jour. Mais pour le moment, j’insiste : il faut les distinguer. C’est parce que le temps a un cours bien défini qu’on ne peut modifier le passé. Les physiciens ont formalisé cela par le biais du « principe de causalité » qui, dans un énoncé classique, impose que la cause précède l’effet. Ce principe très puissant constitue à mes yeux l’ossature du temps !
S&V : Quelle serait alors l’origine du temps ? Quel moteur le fait avancer ?
E.K. : Ce sont deux vraies questions. Mais nous ne savons rien de l’origine du temps, que le terme origine soit pris au sens chronologique ou explicatif. Pour ce qui est du moteur du temps, c’est-à-dire ce qui fait que « ça avance », il y a quelques pistes lancées par la cosmologie quantique ou la théorie des supercordes, qui tentent de réconcilier la physique quantique et la théorie de la relativité d’Einstein. Mais on bute sur d’énormes problèmes d’ordre conceptuel, notamment parce qu’on doit en passer par des dimensions supplémentaires d’espace-temps. Certains physiciens parlent même d’un temps « discret », c’est-à-dire qui ne passerait que… de temps en temps !
Tout cela semble très bizarre, mais en la matière, il faut se garder de conclure trop rapidement. Après tout, il est possible que certaines équations soient plus intelligentes que nous, ou pas encore intelligibles, qu’elles formulent des situations que nous sommes encore incapables de penser. En attendant, ce qui reste fascinant, c’est que chaque jour, « quelque chose » agit dans l’Univers pour que demain finisse par être… aujourd’hui !
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