Qu'est-ce que le temps? Cette question subit le même sort que tant de questions philosophiques :la science s'en est entre-temps saisie avec avidité. Les physiciens étudient sa structure, entre autres :le temps s'écoule-t-il en continu ou présente-t-il une structure granulaire ? Dans ce dernier cas, selon les physiciens théoriciens américains, un grain de temps est au maximum de 10 secondes.
Jusqu'au début du XXe siècle, personne ne doutait de l'existence d'une horloge absolue. C'est ce que vous attendez intuitivement. Vous devez (au moins en principe) pouvoir mettre un horodatage sans ambiguïté et objectivement sur chaque événement qui se produit dans l'univers.
Mais l'intuition peut être une mauvaise conseillère en physique moderne. Elle s'appuie sur le comportement de la réalité à notre échelle, mais la nature ose parfois s'attaquer à d'autres échelles.
Nous le savions quand Einstein est entré en scène. D'abord avec la spéciale, puis avec la théorie générale de la relativité. Le temps semble être relatif et malléable. La vitesse et la masse peuvent étirer ou comprimer le temps comme s'il s'agissait d'un morceau de pâte à modeler. Une paire de jumeaux, dont l'un revient d'un voyage spatial dans une fusée ultra-rapide, n'a plus le même âge que l'autre laissé pour compte.
Et la théorie de la relativité a déjà passé tellement de tests avec brio qu'elle ne peut être évitée.
Comment est-il alors étrange que cette autre success story des sciences naturelles, la physique quantique, voit le temps s'écouler partout et toujours au même rythme ? Le temps est-il relatif et malléable ou absolu et universel ?
La relativité et la physique quantique semblent s'accorder sur un aspect du temps :le temps s'écoule. C'est une quantité continue qui prend toutes les valeurs à son expiration.
Mais ce n'est plus aussi sûr.
La tension entre la relativité et la physique quantique va plus loin que la question de la nature du temps. Malgré des efforts effrénés, la théorie de la gravité d'Einstein ne rentre pas dans le modèle standard des particules élémentaires, qui s'appuie sur la physique quantique. Cependant, les prédictions de chacune des deux théories individuellement ont été corroborées avec une précision presque étonnante pendant cent cinquante ans, respectivement.
Les physiciens théoriciens cherchaient donc depuis longtemps une alternative pour concilier théorie quantique et gravitation. Une clé possible pour cela serait de supposer un espace-temps quantifié.
Le temps n'est alors plus continu. Il existerait une plus petite unité de temps, un grain de temps. Le temps se comporte comme la version physique d'une horloge mécanique. Comme une horloge mécanique qui s'écoule seconde par seconde, le temps sauterait également à la valeur suivante, au lieu de glisser continuellement.
Garrett Wendel, Luis Martínez et Martin Bojowald, physiciens théoriciens à l'Université d'État de Pennsylvanie, ont modélisé davantage ce concept de temps granulaire. Ils traitent le temps comme d'autres grandeurs en physique aujourd'hui :comme un champ omniprésent. Bojowald :"Tout comme le champ de Higgs, par exemple, l'horloge fondamentale peut interagir avec la matière dans l'univers et modifier ainsi les phénomènes physiques".
Avec ses collègues, il a modélisé l'horloge universelle comme un oscillateur, qu'il couple dans le modèle avec un deuxième oscillateur, que vous pouvez mesurer en laboratoire, comme une horloge atomique. Le couplage provoque la désynchronisation lente des deux oscillateurs, un effet qui découle de la théorie de la relativité. L'équipe de recherche a pu en déduire que la période de l'horloge universelle ne peut excéder 10 secondes.
Si les grains de temps sont effectivement si petits, et que le temps saute donc si vite, il est normal que nous ne remarquions aucune de ces granulations. Pas plus que nous ne réalisons dans un film que nous regardons une succession rapide d'images statiques.
Souvent, le problème avec ce type de recherche théorique fondamentale est qu'il est impossible de tester empiriquement si la théorie transcende le niveau de la fantaisie et décrit réellement la réalité.
Mais sur ce point, la démarche de notre trio de Pennsylvanie est prometteuse. En soi, vous ne pouvez pas étudier une horloge à tic-tac rapide avec une période de 10 secondes dans un laboratoire. Pas maintenant, pas demain et pas après-demain. Mais en examinant l'effet de la désynchronisation sur un système lié que vous pouvez rechercher en laboratoire, comme une horloge atomique, vous pourriez indirectement collecter des informations à son sujet par des moyens expérimentaux.
