La renaissance du « Temps »

Article écrit par Claude Hespel, métaphysicien dans la revue Espace et Astrophysique de Juillet 2015 … à lire absolument y compris la revue qui fait état de la découverte d’amas galactiques très proche du Big-Bang … et même plus ancienne !!!! ce qui mettrait à mal le modèle standard  …

La renaissance du Temps

 « Il nous faut marquer une rupture nette, nous lancer dans une nouvelle sorte de théorie, applicable à la totalité de l’univers … débarrassée de tout confusion, de tout paradoxe et qui éclaire les questions sans réponse. »  Lee Smolin, l’un des grands physiciens d’aujourd’hui, dans son dernier ouvrage édité chez Dunod, expose sa conception de notre environnement. Il rappelle que les physiciens et les Philosophes nous disent depuis longtemps que le « temps » est l’illusion ultime. Platon, le plus grand des Philosophes du monde antique et Einstein, la plus grand des Physiciens du monde moderne, ont l’un et l’autre enseigné une vision de la nature dans laquelle le réel est intemporel. Tous les deux pensaient que l’illusion du temps doit être transcendée si l’on veut percevoir le réel … le vrai. Lee Smolin ne croit plus que le temps est irréel et, pour rendre intelligible la vision de l’Univers que les observations cosmologique nous donnent, nous devons appréhender la réalité du temps d’une nouvelle façon qu’il appelle « la Renaissance du Temps ». Une grande partie de l’ouvrage établit les arguments scientifiques pour croire dans la réalité du temps. Smolin affirme que tout ce qui est réel dans notre univers est réel à un instant, qui est pour nous une succession d’instants. Le passé était réel mais n’est plus réel (maintenant). Il est possible toute fois d’interpréter et d’analyser le passé parce que nous trouvons des traces de ces processus passés dans le présent. Le futur n’existent pas encore mais est ouvert et peut produire des phénomènes nouveaux. Si le temps est réel, le futur ne peut être déterminé à partir de la connaissance du présent. Nous pouvons créer avec notre imagination ce qu’aucun calcul basé sur la connaissance du présent ne saurait produire. C’est pourquoi il importe pour chacun d’entre nous que le temps soit réel ou non. La réponse peut changer la manière dont nous voyons notre situation en tant que chercheur de bonheur et de sens, dans un univers pour une grande partie inconnu.

Dans la première partie du livre, Lee Smolin présente les arguments de la science en faveur d’une croyance que le Temps est illusoire.    

Dans la seconde partie, l’auteur démolit ces arguments et montre que le temps doit être considéré comme réel si l’on veut sortir la Physique fondamentale et la Cosmologie de la Crise où elles se trouvent actuellement.

Pour lui, ses collègues qui considèrent que le temps est la propriété émergeante d’une description de la nature plus fondamentale se trompent. Le fait que le temps toujours sous la forme d’un instant dans notre perception, n’est pas une illusion, c’est le meilleur indice que nous avons de la réalité fondamentale …

Le Temps est illusoire

Chute libre

La première personne qui ait étudié les trajectoires des corps en chute libre fut l’italien Galiléo Galilée au début du 17^ième Siècle. C’est lui qui observa que tous les objets en chute libre suivent une parabole, l’une des courbes les plus simples à décrire … (Le tracé de l’objet en chute libre est bien visuellement une ligne droite sur terre mais l’équation du mouvement de chute est bien une équation du type parabolique … z = -1/2gt² + z0 … avec g = 9.81 m/s-² … ) La parabole est un concept issu des mathématiques et ce qui est étrange, c’est que Galilée se soit mis à penser que les mathématiques avaient un rôle dans la description de quelque chose d’aussi simple que la façon dont les objets chutent. Pourquoi les mathématiques interviendraient-elle dans la science ? En fait, les objets mathématiques sont constitués de pensée pure. Les paraboles ne sont pas découvertes mais nous les inventons !!!. Une parabole ou un Cercle ou une ligne droite est une idée. Les entités étudiées par les mathématiques sont irréelles et pourtant elles éclairent la réalité. Mais si les courbes et les nombres ressembles aux objets du monde naturel par la stabilité de leurs propriétés et leur résistance à notre volonté, ils différent (pourtant) des objets naturels. Il leur manque une propriété de base partagée par toutes les choses dans la nature. Ici, dans le monde réel, tout doit toujours correspondre à un instant. Tout ce que nous connaissons dans le monde participe aux flux du temps. Chacun de nous et tout ce que nous connaissons de la nature, n’existe que durant un intervalle de temps : avant comme après cet intervalle, nous et ces choses n’ont pas d’existence. Les objets mathématiques transcendent le temps … mais comment quelque chose peut-il exister sans exister dans le temps ?   Une proposition soutien que courbes, nombres et autres objets mathématiques ont une existence aussi solide que ce que nous voyons dans la nature sauf qu’ils ne se trouvent pas dans notre monde mais dans un autre espace, un espace sans temps. Cette idée est souvent attribues à Platon. Si Platon a raison, alors simplement par le raisonnement nous, êtres humains, nous pouvons transcender le temps et apprendre des vérités éternelles sur un domaine d’existence éternel.

Dans la découverte du phénomène de la gravitation, il a été constaté que tous les objets tombent le long d’une simple courbe que les Anciens ont inventée et qui s’appelle parabole. Ainsi ce phénomène universel qui affecte les choses limités par le temps a été relié avec un concept inventé qui suggère une existence hors du Temps. La découverte de Galilée prend alors une signification transcendantale ou religieuse : c’est la découverte d’un reflet d’une divinité intemporelle qui agit universellement sur notre monde. Mais, le rêve de transcendance contient en germe une erreur fatale liée à l’affirmation qu’elle peut expliquer ce qui est limité par le temps au moyen de l’intemporel. Si nous succombons à cette affirmation, nous rendons poreuse la frontière entre la Science et le mysticisme.

Le temps banni

Vers le milieu du XVII » siècle, scientifiques et philosophes firent face à un choix de taille. Soit  le monde est mathématique par essence, soit il vit dans le temps. Deux indices sur la nature de la réalité pendaient dans l’air, en attente et non résolus. L’astronome Kepler avait découvert que les planètes se déplacent le long d’ellipses. Galilée avait découvert que les objets qui tombent se déplacent le long de paraboles. Chacune était exprimée par une courbe mathématique simple et chacune était le décodage partiel d’un secret du mouvement. Séparément c’était là des découvertes profondes: ensemble elles étaient les graines de la Révolution scientifique qui était sur le point de fleurir. La vision qui poussa Isaac Newton à s’embarquer à bord de cette révolution concernait la nature, non les mathématiques. Une des premières questions auxquelles Newton dut répondre fut la suivante: Quel chemin une planète prendrait-elle sous l’influence d’une force produite par le Soleil qui décroît proportionnellement au carré de la distance? La réponse: cela peut être une ellipse, une parabole, ou une hyperbole, selon que les planètes circulent sur une orbite fermée ou font un unique passage au voisinage du Soleil. Newton fut aussi capable de faire des lois de Galilée sur la chute des corps, un sous-aspect de sa loi de la gravitation. L’œuvre de Newton rendit la conception de la nature beaucoup plus mathématique que du temps d’Aristote qui considérait les mathématiques intemporelles, divines et applicables seulement aux phénomènes divins cantonnés aux cieux. Newton démontra que la diversité stupéfiante des mouvements sur Terre et dans le ciel, qu’ils soient dictés par la gravitation ou d’autres forces, est la manifestation d’une unité cachée.

Les différents mouvements sont tous la conséquence d’une unique loi du mouvement. Le mouvement se définit par un changement de la position au cours du temps. Mais qu’est-ce que la position et qu’est-ce que le temps?

D’ordinaire, parler de mouvement revient à parler de mouvement relatif. La conséquence du mouvement relatif est qu’un objet ou une personne qui se déplace est toujours une question de point de vue de l’observateur. Newton proposa une signification absolue à la position. Il s’agissait de la position par rapport à ce qu’il appela « l’espace absolu». Mais personne n’a jamais vu ni détecté l’espace absolu.
Newton savait cela et il s’en accommodait. Pour lui, l’espace absolu avait une signification théologique. En affirmant que quelque chose se déplace, cela veut dire que sa position change au cours du temps. Les êtres humains perçoivent le temps comme un changement. Le temps que dure un événement se mesure par rapport à d’autres événements, par exemple, la lecture du cadran d’une horloge. Contrairement à la position absolue qui est invisible, les distances relatives et les durées relatives peuvent être mesurées en nombres et enregistrées sur le papier ou dans une mémoire numérique. De cette manière, des observations de mouvement sont converties en tableaux de nombres qui peuvent être étudiés au moyen de méthodes issues des mathématiques.

L’éradication de la surprise et de la nouveauté

Dans le paradigme newtonien, le temps disparaît. Tous les événements qui se sont produits, qui se produisent actuellement et qui se produiront, ne sont que des points sur une trajectoire dans l’espace des configurations de l’univers, une courbe qui est déjà déterminée. L’écoulement du temps n’apporte ni nouveauté ni surprise, puisque le changement n’est que réarrangement des mêmes faits. Une manière de se rendre compte que la surprise et la nouveauté ne jouent plus aucun rôle est de considérer qu’une loi physique peut souvent être jouée en sens inverse.

De nombreuses lois physiques sont réversibles dans le temps. L’une est la mécanique newtonienne, une autre est la relativité générale, une autre, encore, est la mécanique quantique. Le modèle standard de la physique des particules est presque réversible dans le temps mais pas tout à fait. Si vous prenez une histoire qui se déroule selon le modèle standard, inversez la direction du temps et simultanément opérez deux changements, alors vous obtiendrez une autre histoire que le modèle autorise. Ces deux changements sont: remplacer les particules par leurs antiparticules et échanger la gauche et la droite. Cette opération peut être comparée à la manière de projeter un film à l’envers. Toute théorie compatible avec la mécanique quantique et la relativité restreinte permet d’inverser le sens du temps de cette manière. Ces inversions sont un autre argument pour la non-réalité du temps. S’il est possible d’inverser la direction des lois de la nature, alors il ne peut pas y avoir, en principe, de différence entre le passé et le futur.

Les différences apparentes entre le futur et le passé doivent être des illusions ou les conséquences de conditions initiales particulières. La réversibilité temporelle des lois de la physique est souvent prise comme une étape de plus chez les physiciens pour éradiquer le temps de leur conception de la nature.

Relativité et intemporalité

Les théories de la Relativité d’Einstein sont les arguments les plus puissants en faveur d’un temps illusoire, camouflant un univers plus réel qui, lui serait intemporel. Quand on approche la Science opérationnellement, on ne s’interroge pas sur ce qui est réel mais sur ce qu’un observateur est capable d’observer. La situation de l’observateur dans l’univers doit être prise en compte, y compris où il se trouve et comment elle se déplace. La grande découverte concernant le temps dans la théorie de la relativité restreinte d’Einstein, s’appelle la relativité de la simultanéité. Il s’agit de savoir si deux éléments éloignés l’un de l’autre peuvent être considérés comme se produisant au même instant. Ce que trouva Einstein est qu’il y a une ambiguïté dans toute définition de la simultanéité pour deux événements distants. Des observateurs en mouvement l’un par rapport à l’autre parviendront à des conclusions différentes pour dire si deux événements sont simultanés lorsque ces deux événements sont éloignés. Il n’existe aucune réponse correcte aux questions sur lesquelles des observateurs sont en désaccord, comme savoir si deux événements distants l’un de l’autre se sont produits simultanément. Ainsi, il n’y a jamais rien d’objectif dans la simultanéité, rien de réel dans le maintenant. Pour autant que la relativité restreinte soit basée sur des principes justes, l’univers est intemporel de deux manières: il n’y a rien qui corresponde à l’expérience du moment présent, et la description la plus profonde est celle de l’histoire exhaustive des relations causales prises tout à la fois. L’image de l’histoire de l’univers, prise en une fois, comme un système d’événements reliés par des relations causales est appelée Univers bloc. La seule réalité est l’histoire entière de l’univers pris en un seul bloc.

L’univers bloc marie l’espace et le temps, on peut se le représenter comme une sorte d’espace-temps avec trois dimensions pour l’espace et une quatrième pour le temps. Einstein expliqua.la gravitation comme un aspect de la géométrie de l’espace-temps et proposa des équations qui dictent à l’espace-temps de se courber comme il convient pour mimer les effets de la gravitation. Ces équations aux nombreuses conséquences, ont été confirmées par l’observation avec une grande précision.

Elles font que l’espace-temps autour d’objets extrêmement compacts se courbe à un point tel qu’aucune lumière ne peut s’en échapper, ce sont les trous noirs et il en existe de terriblement massifs au cœur de la plupart des galaxies. La plus remarquable conséquence des équations de la Relativité générale est peut-être que la géométrie de l’espace est distordue quand certaines ondes le traversent. Ces ondes gravitationnelles sont causées par de rapides changements dans les mouvements de corps très massifs, par exemple, deux étoiles à neutrons tournant l’une autour de l’autre et elles propagent les images de ces événements violents dans tout l’univers. Au début, Einstein cherchait à modéliser un univers non seulement fini dans l’espace mais aussi éternel et immuable dans le temps. Mais il y avait un problème, la force gravitationnelle qui est partout attractive, agit toujours pour attirer les objets les uns vers les autres. Einstein aurait dû prédire que l’univers devait évoluer, soit en se dilatant, soit en se contractant au cours du temps. Au lieu de cela, il modifia sa théorie en tentant de maintenir statique l’univers. La modification de ses équations fit intervenir une nouvelle constante de la nature, représentant une densité d’énergie de l’espace vide qu’Einstein appela «constante cosmologique ». L’accélération de l’expansion de l’univers récemment observée, semblerait prouver son existence. Un terme plus général pour désigner la cause de l’accélération de l’expansion est l’Energie noire. Si la relativité générale est une description exacte de notre univers, il est difficile d’échapper à la conclusion que le temps ne peut pas être fondamental. Démarrer et arrêter le temps ne pose aucun problème dans la vision de l’univers bloc, dans laquelle ce qui est réel est l’histoire de l’univers pris comme un tout intemporel.

Cosmologie quantique et fin du temps

La mécanique quantique offre une description très efficace des systèmes microscopiques tels que les
atomes ou les molécules. Mais elle est hautement déroutante. L’objet mathématique central dans la
description quantique d’un système s’appelle un état quantique. Il contient toute l’information qu’un
observateur pourrait connaître au sujet d’un système quantique après l’avoir préparé et mesuré. L’information est limitée et dans la plupart des cas elle ne suffit pas à prédire exactement où se trouvent les particules qui composent le système. En fait, un état quantique donne les probabilités pour trouver en certains lieux les particules, si nous devions mesurer leurs positions. Mais l’application de la mécanique quantique apparaît limitée à des systèmes isolés. Comme pour la physique newtonienne, l’horloge doit être hors du système, de même que les observateurs et leurs instruments de mesure. Cette condition a des conséquences déprimantes quand on cherche à appliquer la théorie quantique à l’univers entier. Par définition, rien ne peut être hors de l’univers, pas même une
horloge. Donc, comment l’état quantique de l’univers changerait-il par rapport à une horloge externe
à l’univers? Puisqu’il n’existe pas de telle horloge, la seule réponse possible est qu’il ne change pas par rapport à une horloge externe. Résultat, l’état quantique de l’univers, quand on le voit d’un mythique point de vue hors de l’univers, apparaît figé dans le temps. L’univers quantique n’est ni en expansion ni en contraction. Il n’y a pas d’ondes gravitationnelles le traversant. Il n’y a ni formation de galaxies, ni planètes en orbite autour des étoiles. D’un point de vue opérationnel, appliquer la mécanique quantique à l’univers était aberrant dès le départ, car la méthode n’est bien adaptée qu’à l’étude de petites portions de l’univers. Certains physiciens suggèrent que le temps fait partie d’une description approximative de l’univers, une description utile pour les grandes échelles mais qui s’évanouit lorsque l’on regarde de trop près. L’approche la mieux pensée pour donner du sens à la cosmologie quantique a été proposée par le physicien Julian Barbour qui affirme que tout ce qui existe fondamentalement, est une vaste collection de moments figés. Chaque moment a la forme d’une configuration de l’univers. Chaque configuration existe et est perçue par tout être pris dans cette configuration sous la forme d’un instant. Barbour appelle cette collection de tous les instants « l’entassement des instants ». Les instants ainsi entassés ne se suivent pas, l’un après l’autre. Ils n’obéissent à aucun ordre. Ils sont, tout simplement. Dans l’ouvrage métaphysique de Barbour, rien n’existe à l’exception de ces purs moments de temps. Tout ce que nous percevons et tout ce qui est réel, selon Barbour, sont des instants individuels accumulés dans ce tas.

Dans la théorie de Barbour, la causalité est elle aussi une illusion. Rien ne peut être la cause de rien, puisqu’en réalité rien n’arrive dans l’univers. Il y a juste un vaste empilement d’instants, dont certains sont perceptibles par des êtres comme nous. En réalité, chaque expérience de chaque moment est seulement cela, non reliée au reste. Il y a des instants, mais aucun ordre à leur attribuer, aucun passage du temps.

La théorie de Barbour résout proprement le problème de ce à quoi se réfèrent les probabilités de la cosmologie quantique. Il n’y a qu’un seul univers, mais il contient une multitude d’instants. Cette version de la cosmologie quantique intemporelle offre une consolation palpable à notre mortalité. On fait l’expérience de nous-même par une collection d’instants. Ces moments sont toujours là, pour toujours. Le passé n’est pas perdu. Le passé, le présent et le futur sont avec nous, toujours. Rien ne s’achève lorsque vient notre dernier jour. C’est juste un maintenant où l’on fait l’expérience d’un instant qui va contenir tous les souvenirs que l’on aura. Rien ne cesse, parce que rien n’a jamais commencé. Il n’y a pas d’écoulement de temps qui se vide, parce qu’il n’y a pas d’écoulement du temps. Il y a seulement, il y a toujours et il y aura toujours, les instants de la vie. La première partie de l’ouvrage a retracé neuf étapes de l’éradication du temps hors de la conception par les physiciens de la nature. Ces neuf arguments conduisent à une vision de la nature qui nie la réalité du moment présent et à la place parle de la nature en termes de la vision de l’univers bloc où ce qui est réel est seulement l’histoire complète de l’univers considérée en un seul bloc. La seconde partie de l’ouvrage déconstruit ces arguments et explique pourquoi notre connaissance actuelle réclame que le temps soit réinséré comme un concept central de la physique.

Le défi cosmologique

Chacune des théories de la physique- divise le monde en deux parties, l’une qui st changeante, l’autre qu’on suppose immobile et immuable, qu’on appelle le fond. Ce partage du monde en une composante dynamique et un fond qui la cerne et définit les termes nous permettant de la décrire, contribue au génie du paradigme newtonien. Mais c’est par ailleurs ce qui rend ce paradigme inapplicable à l’univers dans sa globalité. Le défi que l’on rencontre si l’on veut étendre la science à une théorie
de l’univers entier est qu’il ne peut pas exister de composante statique, car tout dans l’univers change et il n’existe rien qui puisse être qualifié de fond par rapport auquel les mouvements du reste puissent être mesurés. Trouver un moyen de surmonter cet obstacle pourrait être appelé le défi cosmologique.
Celui-ci réclame que nous formulions une théorie applicable sans incohérence à tout l’univers et dans laquelle chaque acteur dynamique est défini exclusivement en termes d’autres acteurs dynamiques.
Une théorie indépendante du fond. Toutes les théories importantes de la physique sont des modèles de subdivisions de la nature produites par les expérimentateurs. Le succès de la physique à ce jour repose entièrement sur l’étude de subdivisions de la nature, modélisées par des théories effectives. Tout l’art est dans la conception d’expériences capables d’isoler et d’étudier seulement quelques degrés de liberté, en ignorant le reste de l’univers. Mais il ne faut jamais oublier que l’isolement du reste de l’univers n’est jamais complet, il y a toujours des interactions entre tout sous-système et les choses qui lui sont extérieures. Les expériences sont protégées de la contamination par des vibrations, des champs et du rayonnement venus de l’extérieur, mais il n’existe aucun moyen pratique d’isoler un laboratoire des neutrinos. En principe, rien ne peut nous protéger de la force de gravitation, ni stopper la propagation des ondes gravitationnelles, donc rien ne peut être parfaitement isolé. Il n’existe rien dans la nature ressemblant à un système isolé des influences du reste de l’univers. Cela s’appelle le principe de non isolation des systèmes. La modélisation de tout l’univers n’étant pas réalisable, il est impossible de faire de la physique sans exclure toutes ces possibilités de nos modèles et de nos calculs. Pourtant les exclure, c’est baser notre physique sur des approximations. Le modèle standard de la physique des particules doit être considéré comme une approximation. Il néglige des phénomènes actuellement inconnus qui pourraient apparaître si nous étions capables de sonder les distances plus courtes. Il s’agit d’une théorie effective, c’est-à-dire compatible avec l’expérience mais fiable uniquement dans les limites d’un certain domaine. Toutes les théories utilisées en physique jusqu’à ce jour sont des théories effectives mais des approximations.

Nouveaux principes de Cosmologie

Que faut-il attendre d’une théorie vraiment cosmologique ? Toute nouvelle théorie doit contenir ce que nous savons déjà sur la nature. Elle doit être scientifique et devrait répondre aux questions « Pourquoi ces lois? Pourquoi ces conditions initiales? Qu’aurait-elle à nous dire concernant la nature du temps? »

Elle ne contiendra ni symétries ni lois de conservation. Elle devrait être fermée causalement et au plan explicatif. Rien hors de l’univers ne devrait être requis pour expliquer quoi que ce soit à l’intérieur de l’univers. Elle devrait satisfaire le principe de raison suffisante, le principe d’absence d’actions sans réciproque et le principe d’identité des indiscernables.

Ses variables physiques devraient décrire des relations évolutives entre des entités dynamiques. On ne devrait y trouver aucune structure de fond fixe, incluant des lois figées de la nature. Ici, les lois de la nature évoluent, impliquant que le temps est réel.

Les lois évolutives

La théorie dans laquelle les lois évoluent s’appelle la sélection naturelle cosmologique développée à la fin des années 1980 et publiée en 1992. L’hypothèse de base de la sélection naturelle cosmologique est que les univers se reproduisent par la création de nouveaux univers au cœur des trous noirs. Notre univers est par conséquent un descendant d’un autre univers né dans l’un de ces trous noirs et chaque trou noir de notre univers est la graine d’un nouvel univers. Appliquer la sélection naturelle à un système pour expliquer sa complexité nécessite:

– Un espace pour les paramètres qui varient au sein d’une population.

– Un mécanisme de reproduction d’univers.

– Une variation des paramètres des lois à travers le multivers.

– Des différences en adaptativité de l’univers.

– Une typicalité de l’univers.

La Sélection naturelle cosmologique est inconcevable hors du contexte dans lequel le temps est réel.
Une raison est que la seule chose que nous avons besoin d’affirmer est que notre univers possède seulement un avantage relatif en termes d’adaptativité sur des univers différant par de petits changements de paramètres. Ainsi la population des univers pourrait être variée, comportant une diversité d’espèces. La vie n’atteint jamais d’équilibre, ni d’état idéal; elle évolue sans cesse. Le temps est toujours présent dans le scénario de la sélection naturelle cosmologique : universel aussi bien que réel.

La mécanique quantique et la libération de l’atome

La mécanique quantique est la théorie physique la plus performante qui ait jamais été inventée. Il n’y a guère de technologie numérique, chimique et médicale dont nous dépendons qui ne doive son existence à la physique quantique. Pourtant, il y a de fortes raisons de croire que la théorie est
incomplète. La mécanique quantique connaîtra le même sort que les grandes théories de Ptolémée et de Newton. Peut-être ne pouvons-nous pas la comprendre tout simplement parce qu’elle n’est pas vraie. Au lieu de cela, il est vraisemblable qu’elle soit une approximation d’une théorie plus profonde qui sera plus simple à comprendre. Cette théorie plus profonde est la théorie cosmologique inconnue que désignent tous les arguments de cet ouvrage.

La clef est, ici encore, la réalité du temps. Tandis que nous cherchons une théorie qui peut être étendue à tout l’univers, y compris nous-même comme observateurs et nos instruments de mesure et nos horloges, nous devons garder à l’esprit trois indices sur la nature que l’expérience a révélé être inséparables de la physique quantique: questions incompatibles, intrication et non-localité. La réalité du temps rend possible une nouvelle formulation de la mécanique quantique. Cette formulation n’a pas encore conduit à des prédictions expérimentales précises, encore moins à des tests expérimentaux, donc on ne peut pas affirmer qu’elle est correcte. Quand nous menons une expérience que nous avons répétée de nombreuses fois en ayant toujours obtenu le même résultat, nous pouvons nous attendre à ce résultat à l’avenir car le mouvement est déterminé par une loi de la nature intemporelle qui agit dans le futur exactement comme elle a agi dans le passé. Mais nous pourrions aussi adopter un principe affirmant que des mesures répétées produisent les mêmes résultats, non parce qu’elles suivent une loi, mais parce que la seule loi est un principe de précédence. Nous sommes habitués à l’idée de lois intemporelles de la nature agissant à l’intérieur du temps et nous ne trouvons plus cela étrange. Mais si l’on prend suffisamment de recul, on voit que cela repose sur de grandes suppositions métaphysiques qui sont loin d’être évidentes. Le principe de précédence repose lui aussi sur des suppositions métaphysiques mais elles nous sont beaucoup moins-familières que celles qui nous permettent de croire en des lois de la nature intemporelles. Il est à parier que le principe de précédence générera de nouvelles idées pour des expériences dont les résultats pourraient nous montrer le chemin vers une physique au-delà de la mécanique quantique. Cette nouvelle compréhension de la physique quantique réalise deux des critères pour une théorie cosmologique. Elle satisfait la demande pour une fermeture explicative. Elle satisfait aussi le critère que les lois évoluent en proposant que des mesures sans précédent ne sont gouvernées par aucune loi antérieure. Quel que soit le destin de cette nouvelle idée, nous devons nous attendre à ce qu’elle puisse échouer mais nous voyons combien l’hypothèse de la réalité du temps est fructueuse et n’est pas une simple spéculation métaphysique. C’est une hypothèse capable d’inspirer de nouvelles idées et de guider un programme de recherche solide

Le Combat de la relativité et du Quantum

Pourrait-il exister une théorie cosmologique déterministe qui donne naissance à la physique quantique dès que nous isolons un sous-système et ignorons le reste ?

La réponse est OUI. Selon une telle théorie, les probabilités de la théorie quantique sont seulement dues à notre ignorance de l’univers entier et les probabilités laissent place à des résultats définis au niveau de l’univers tout entier. Une telle théorie a été appelée « théorie des variables cachées » parce que les incertitudes quantiques sont résolues par de l’information sur un univers qui reste cachée à l’expérimentateur qui travaille sur un système quantique isolé.

Pourrait-il y avoir une théorie à variables cachées compatibles avec les principes de la théorie de la relativité ? Nous savons que la réponse est NON.

S’il existait une telle théorie, elle violerait le théorème du libre arbitre, théorème impliquant qu’il n’y a aucune façon de déterminer ce qu’un système quantique fera tant que les hypothèses du théorème sont satisfaites. Une des hypothèses est la relativité de la simultanéité. Mais une théorie à variables cachées est possible si elle viole la relativité. Tant que nous nous contentons de vérifier les prédictions de la mécanique quantique au niveau des statistiques, nous n’avons pas besoin de demander comment les corrélations se sont précisément établies. C’est seulement lorsque nous cherchons à décrire comment l’information est transmise au sein de chaque paire intriquée que nous avons besoin d’une notion de communication instantanée. Pour décrire la façon avec laquelle les corrélations s’établissent, une théorie à variables cachées doit adopter la définition de la simultanéité d’un observateur. Ceci veut dire, en retour, qu’il y a une notion privilégiée de l’immobilité. Et voilà qui, en retour, implique que le mouvement est absolu. Il n’y a pas de relativité du mouvement. Ceci est notre choix.

Soit la mécanique quantique est la théorie finale et il n’y a pas de moyen de sonder au-delà du voile statistique pour atteindre un niveau de description plus profond, soit il existe une version privilégiée du mouvement et du repos.

La renaissance du temps par la relativité

Il s’agit de résoudre le conflit en faveur du principe de raison suffisante. Cela signifie abandonner la relativité de la simultanéité et adopter son contraire : il existe une notion globale privilégiée du temps qui implique un observateur privilégié dont l’horloge mesure ce temps privilégié. Ceci contre dit la relativité des référentiels inertiels, d’après laquelle il n’y a pas de moyen, expérimental ou observationnel de distinguer un observateur supposé être au repos de ceux qui se déplacent à une vitesse constante mais arbitraire. La notion globale du temps implique qu’en chaque événement dans l’espace et dans le temps, il existe un observateur privilégié dont l’horloge mesure son passage. Mais il n’y a aucun moyen de choisir cet observateur privilégié par une mesure qui serait faite dans une petite région. Le choix du temps global particulier est déterminé par la façon dont la matière est distribuée à travers l’univers. Ceci coïncide avec le fait que les expériences s’accordent avec le principe de relativité à des échelles plus petites que celle de l’univers. Le volume total de l’univers est une grandeur qui n’a pas le droit de changer lorsque l’on agrandit ou rapetisse les échelles. Ceci donne un sens à la taille totale de l’univers et à son expansion, nous fournissant là une horloge physique universelle. Le temps vient d’être redécouvert.

L’émergence de l’espace

L’aspect le plus mystérieux du monde est juste sous nos yeux. Imaginons un monde contenant une énorme variété d’objets sans l’organisation de l’espace. Tout pourrait avoir un effet sur tout et à tout instant. Il n’y aurait aucune distance pour garder les choses séparées. Nous sommes intensément conscients, à travers nos sens, de ce qui est proche de nous. C’est une propriété de l’espace que peu de choses peuvent occuper les espaces les plus proches de nous, et c’est une conséquence de la faible dimensionnalité de l’espace. Mais à présent, nous vivons dans un monde où la technologie a trompé les limitations inhérentes au fait d’habiter un espace de faible dimensionnalité, le téléphone portable, l’internet ont dissous l’espace par un réseau de connexions qui nous rapprochent tous les uns des autres. Dans les faits, nous partageons tous un espace de plus grande dimensionnalité. La question qui se pose est pourquoi le monde réel ressemble à l’espace tridimensionnel, plutôt qu’à un réseau hautement interconnecté. Imaginons que nous vivons dans le réseau des utilisateurs de téléphone portable; l’espace est inexistant et la seule notion de distance ou de qui est un voisin et qui ne l’est pas, provient de qui appelle qui. Dans cet espace tout le monde a le même nombre de voisins les plus proches potentiels, tandis que dans l’espace à trois dimensions, personne ne peut en avoir plus de six (2 par dimension). Dans un univers d’interconnexion quantique, tout est essentiellement « au même endroit », le temps est universel. Ainsi l’espace pourrait bien n’être qu’une illusion, mais le temps doit être réel.

Vie et mort de l’Univers

Aussi bien à l’œil nu qu’à travers le télescope le plus puissant, nous voyons un univers qui est hautement structuré et complexe. La complexité est improbable et nécessite une explication. Rien ne peut sauter immédiatement d’une organisation simple à une organisation très complexe. Une grande complexité nécessite une série de petites étapes. Elles se produisent en séquence, ce qui implique un ordonnancement fort des événements dans le temps. Plus de 13 milliards d’années après le Big Bang, notre univers n’est pas en équilibre, car les processus aléatoires qui amènent à l’équilibre détruisent toute organisation et complexité. Le signe le plus évident que notre univers n’est pas en équilibre thermique est qu’il y a une flèche du temps. Nous nous sentons et nous observons comme voyageant du passé vers le futur. De nombreux phénomènes attestent de l’orientation du temps. A l’équilibre, il n’y a pas de telle flèche du temps. Il existe en fait plusieurs flèches du temps différentes dans notre univers:

– L’univers est en expansion et non en contraction, nous appelons cela la flèche du temps cosmologique.
– De petits morceaux de l’univers laissés à eux-mêmes tendent à devenir de plus ~n plus désordonnés avec le temps. Ceci s’appelle la flèche du temps thermodynamique.

– Les gens, les animaux et les plantes naissent, grandissent, vieillissent puis meurent. C’est la flèche
du temps biologique.

– Nous faisons l’expérience du temps qui s’écoule du passé vers le futur, ceci est la flèche du temps de l’expérience.                .

– La lumière voyage du passé vers le futur. Elle atteint nos yeux et nous donne à voir le monde dans
son passé, jamais dans son futur. Ceci s’appelle la flèche électromagnétique du temps.

Ces flèches distinctes sont des faits concernant notre univers qui nécessitent une explication. Chacune de ces flèches représente une asymétrie dans le temps, comment peuvent-elles naître de lois symétriques dans le temps? La réponse réside dans le fait que les lois agissent sur les conditions initiales. Les lois peuvent être symétriques lorsqu’on inverse la direction du temps, mais les conditions initiales n’ont pas besoin de l’être. Les conditions initiales de notre univers paraissent avoir été finement ajustées pour produire un univers qui est asymétrique dans le temps. Le fait que pour expliquer notre univers, nous ayons besoin de conditions initiales temporellement asymétriques, affaiblit l’argument que le temps est irréel, parce que les lois de la nature sont temporellement symétriques. Nous croyons que nos lois sont des approximations d’une loi plus profonde, alors si cette loi était asymétrique dans le temps? Le fait que l’univers est hautement asymétrique dans le temps serait directement expliqué par l’asymétrie temporelle de la loi fondamentale. Un univers temporellement asymétrique ne serait plus improbable, il deviendrait nécessaire.

Infinité de l’Espace ou infinité du Temps?

Bien que nous ne pouvons pas voir au-delà d’une certaine distance, il semble plausible et raisonnable
de faire l’hypothèse que l’univers est fini dans son extension spatiale. Ceci veut dire que l’univers a une topologie globale de surface fermée, comme une sphère ou un beignet en forme de tore. La proposition d’Einstein est une hypothèse qui pourrait être confirmée. Si l’univers est fermé et assez petit, alors la lumière devrait pouvoir en faire le tour complet et nous devrions voir certaines galaxies lointaines en plusieurs images. Ceci a. été recherché et pour l’instant, n’a pas été détecté. Il y a cependant une forte raison de préférer une théorie cosmologique modélisée par un espace-temps spatialement fermé.
Si l’univers n’est pas spatialement fermé, alors il doit être infini en extension spatiale. Ceci veut dire, contre intuitivement, que l’espace est délimité par une frontière. Cette frontière est infiniment loin de nous, néanmoins, c’est une frontière que de l’information pourrait traverser. Si la frontière était à une distance finie, on pourrait imaginer qu’il y ait encore plus d’espace à l’extérieur. Mais la frontière à l’infini ne nous permet pas d’imaginer un monde au-delà. Il ne peut pas y avoir d’explication plus poussée pour l’information entrant dans l’univers depuis la frontière infinie: un choix doit être fait et il est arbitraire. Rien ne peut être expliqué dans aucun modèle d’univers ayant une frontière infinie. Il ne paraît pas possible d’échapper à la conclusion que tout modèle d’univers doit être spatialement fermé, sans frontière. En conséquence, rien n’est infiniment éloigné et il n’y a pas d’espaces infinis à affronter.

A présent, portons notre attention non plus sur la distance infinie mais sur le futur infini. En faisant
l’hypothèse que les lois et les phénomènes bien établis sont tout ce qu’il y a, nous pouvons déduire en confiance que viendra un moment où les galaxies cesseront de fabriquer des étoiles et une fois que les dernières étoiles seront mortes, l’univers sera rempli de matière, de matière noire, de rayonnement et d’énergie noire. Ce qui arrivera à l’univers dans le long terme dépendra principalement de la composante sur laquelle nous en savons le moins: l’énergie noire. L’énergie noire est l’énergie associée à l’espace vide. On a observé qu’elle représente environ 73 % de la masse énergie de l’univers. Sa nature est encore inconnue, mais ses effets sur le mouvement des galaxies lointaines ont été observés. Il pourrait simplement s’agir d’une constante cosmologique ou il pourrait s’agir de quelque forme exotique d’énergie ayant une densité constante. La constante cosmologique pourrait devenir nulle. Si elle le fait, l’expansion se ralentira mais vraisemblablement ne s’inversera pas. L’univers pourrait être éternel mais statique. Au final, l’univers sans constante cosmologique se dilatera pour toujours ou s’effondrera selon les conditions initiales. Mais si l’énergie dans l’expansion est suffisante pour contrebalancer l’attraction mutuelle gravitationnelle de toutes choses dans l’univers, il ne s’effondrera jamais.

Le Futur du Temps

La logique et les mathématiques saisissent certains aspects de la nature, mais jamais la totalité de la nature. Il y a des aspects de l’univers réel qui ne seront jamais représentables en mathématiques. L’un d’eux est que dans le monde réel il y a toujours un instant particulier. Donc, une des leçons les plus importantes une fois qu’on a saisi la réalité du temps, est que la nature ne peut pas être capturée par un système logique ou mathématique unique quel qu’il soit. L’univers est, simplement ou mieux dit, il arrive. Il est unique. Les mathématiques sont un langage de la Science et c’est une méthode puissante et importante.

Mais son application à la science est basée sur une identification entre les résultats des calculs mathématiques et les résultats expérimentaux et puisque les expériences se déroulent hors des mathématiques, dans le monde réel, le lien entre les deux doit être exprimé en langage ordinaire. Rien en science n’est certain. Ce que nous pouvons faire cependant, face à l’incertitude, est d’essayer de construire des arguments raisonnés pour diverses hypothèses. C’est ce qui est fait ici. Et si le test ultime est l’expérience, nous pouvons tirer quelques conclusions d’un programme de recherche qui génère de nouvelles hypothèses et des prédictions par lesquelles elles peuvent être vérifiées. Le programme de recherche basé sur l’univers intemporel qui adopte la mécanique quantique et le multivers comme la théorie finale est là depuis plus de deux décennies. Il n’a pas encore produit une seule prédiction falsifiable pour une expérience actuellement faisable. Au mieux, il a produit des spéculations sur un nouveau phénomène, les collisions d’univers-bulles, dont les restes pourraient être observés si nous avons de la chance. Les difficultés fondamentales que ce programme rencontre n’ont pas non plus été résolues, malgré de nombreuses années de travail effectué par des scientifiques brillants et déterminés. Il est probable que les idées de ce programme seront décrites par l’histoire comme des échecs dus à une approche inadaptée d’un problème fondamental en science. L’échec vient d’avoir pris une méthode adaptée à l’étude de petites parties de l’univers pour l’appliquer à l’ensemble de l’existence. Le remède doit être radical impliquant non plus seulement l’invention d’une nouvelle théorie mais une nouvelle méthode et ainsi un nouveau type de théorie. Si nous admettons, dans notre conception de la nature, l’évolution et le temps aux niveaux les plus profonds, nous sommes plus aptes à comprendre cet univers mystérieux dans lequel nous nous trouvons. Ce nouveau chemin réussira-t-il ? Le temps nous le dira.

Penser dans le Temps

Nous vivons dans un monde où il est impossible d’anticiper la plupart des éventualités qui
surviennent. Il n’y a dans le monde réel aucune possibilité de travailler avec un espace abstrait de toutes les contingences qui peuvent évoluer. Ce n’est que dans un cadre théorique où le temps est réel que la pleine étendue de notre force à construire notre futur, pourra avoir du sens. Une des difficultés que l’on rencontre lorsque l’on tente d’avoir une conversation constructive au sujet du futur, est que notre culture actuelle est caractérisée par l’incohérence. Si notre civilisation veut survivre, il serait souhaitable de baser nos prises de décision sur une vision cohérente du monde, dans laquelle pour commencer, il y aurait rapprochement des sciences naturelles et des sciences sociales. La réalité du temps peut être le socle de ce nouveau rapprochement. Là où le futur est ouvert, la nouveauté est possible à chaque échelle depuis les lois fondamentales de la physique jusqu’à l’organisation des économies et des écologies. Dans le passé, les grandes étapes conceptuelles des sciences physiques se sont répercutées sur les sciences sociales. Le futur est ouvert parce qu’il n’y a pas de fin aux modes d’organisation inédits qui peuvent être inventés par une société qui continuellement se trouve confrontée à des problèmes et des opportunités sans précédents. Même en adhérant totalement aux principes de futur ouvert, il y a peu de chances que la science puisse jamais résoudre certaines des questions auxquelles nous voudrions le plus pouvoir apporter des réponses. J’ai argumenté que tout ce qui est réel et vrai est tel dans un moment qui est un parmi une succession d’instants.
Mais qu’est-ce qui est réel? De quelle substance sont faits ces instants et les processus qui les connectent ? Quelle est la substance du monde ? Nous pensons la matière comme étant simple et inerte, mais nous ne savons rien de ce qu’est réellement la matière. Nous savons seulement comment la matière interagit. La posture relationnaliste est que rien n’est réel en ce monde hormis les propriétés définies par des relations et des interactions. La poursuite de la science m’a amené à la conclusion que le futur est ouvert et que la nouveauté est réelle. Ceci nous amène au problème vraiment difficile de la Conscience.

Bien qu’il y ait de vrais mystères à propos de la conscience, ils sont au-delà de ce que la science peut affronter avec les connaissances actuelles. Ce qui est le plus mystérieux n’est pas le contenu de notre conscience mais le fait que nous soyons conscients. Le problème de la conscience est un aspect de la question de ce qu’est réellement le monde. Nous ne savons pas ce qu’est réellement un atome ou un électron. Nous pouvons seulement observer comment ils interagissent avec les autres choses et par là décrire leurs propriétés relationnelles. Peut-être que tout possède des aspects externes et internes. L’aspect interne est l’essence intrinsèque.

La conscience, quoi qu’elle soit, est un aspect de l’essence intrinsèque de nos cerveaux. Un des autres aspects de la conscience est le fait qu’elle prenne sa place dans le temps. En effet, lorsque j’affirme qu’il est toujours un instant précis dans le monde, j’extrapole le fait que mes expériences du monde se placent toujours dans le temps. Donc ma conviction que ce qui est réel est réel dans le moment présent, est liée à ma conviction que les expériences perceptives (qualia) sont réelles.
Enfin, la Science est l’une des grandes aventures humaines et son développement est l’épine dorsale de tout récit de l’histoire humaine. Bien que son futur soit imprédictible, la seule certitude, c’est que nous saurons encore plus de choses à l’avenir. Car à chaque échelle, la clef est le TEMPS, et le futur est ouvert.