Pourquoi le passé et le futur ne se ressemblent-ils pas ?
Suite de notre série sur l’espace-temps. La dernière fois, avec la gravité quantique à boucles, nous avons vu que le temps pourrait n’être qu’une propriété émergente, absente de la structure la plus fine de la réalité. Aujourd’hui, une question que ce vertige laisse ouverte : si le temps est si peu fondamental, pourquoi avons-nous, nous, l’impression si forte qu’il coule dans un seul sens ?
Une évidence qui n’en est pas une
Nous ne confondons jamais le passé et le futur. On se souvient d’hier, pas de demain. Une tasse tombe et se brise, mais on n’a jamais vu les morceaux se rassembler d’eux-mêmes pour remonter sur la table. Un œuf se casse, jamais ne se reforme. Le film de nos vies semble n’avoir qu’un seul sens de lecture.
Or, et c’est là que commence le mystère, presque toutes les lois fondamentales de la physique fonctionnent aussi bien dans un sens que dans l’autre. À l’échelle des particules, rien n’interdit au temps de reculer. Les équations ne font aucune différence entre passé et futur. Alors d’où vient cette flèche que nous vivons si intensément ?
L’entropie, ou le désordre qui grandit
La réponse tient dans une seule grande idée : l’entropie. C’est le deuxième principe de la thermodynamique, formulé au dix-neuvième siècle, notamment par Ludwig Boltzmann. Il dit qu’un système isolé évolue toujours vers plus de désordre, jamais l’inverse.
Une tasse intacte est un état très ordonné. Brisée, elle est dans l’un des innombrables états désordonnés possibles. Il existe une seule façon d’être une tasse entière, et des milliards de façons d’être une tasse cassée. Le hasard mène donc presque toujours de l’ordre vers le désordre, simplement parce que le désordre est infiniment plus probable. La flèche du temps ne serait rien d’autre que ce glissement vers le plus probable.
Le vrai casse-tête : pourquoi le passé était-il si ordonné ?
Mais cette explication déplace la question sans tout à fait la résoudre. Si le désordre augmente sans cesse, c’est que le passé était plus ordonné que le présent. Et en remontant ainsi, on arrive à une conclusion étrange : l’univers, à ses tout débuts, juste après le Big Bang, devait se trouver dans un état d’ordre extraordinairement improbable.
Les physiciens appellent cela l’hypothèse du passé. Notre flèche du temps, notre mémoire, notre vieillissement, la tasse qui ne se recolle pas, tout cela découlerait de cette condition initiale mystérieuse : un univers né incroyablement ordonné, qui n’a cessé, depuis, de se défaire. C’est l’astronome Arthur Eddington qui, en 1927, a donné à ce phénomène son nom devenu célèbre, la flèche du temps.
Ce que ça change, ce que ça ne change pas
Rien de tout cela n’enlève à ta journée son évidence : le café refroidit, les êtres vieillissent, les souvenirs s’accumulent. Mais la science suggère une chose troublante : ce sens unique que nous prêtons au temps ne serait pas inscrit dans les lois profondes de l’univers. Il émergerait d’un simple comptage de probabilités, et d’un commencement dont nous ne comprenons pas encore pourquoi il fut si ordonné.
La suite
Le mois prochain, nous nous pencherons sur le plus insaisissable des trois temps : le présent. Existe-t-il vraiment un « maintenant », ou n’est-ce qu’une illusion de notre conscience ? Passé, présent et futur coexistent-ils, figés, dans un univers-bloc ?
Sources :
Carlo Rovelli, L’Ordre du temps (2018)
Sean Carroll, From Eternity to Here (2010)
Arthur Eddington, The Nature of the Physical World (1928)
Futura-Sciences et CNRS Le Journal : « entropie », « flèche du temps »
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