Les physiciens utilisent des hypothèses mathématiques dans de nombreuses situations qui interdisent le temps de reculer – mais ce n'est pas nécessairement le reflet de la réalité quantique
Le temps revient-il dans certaines situations?
Certains systèmes quantiques peuvent avoir deux flèches de temps, l'une fonctionnant comme d'habitude et une autre se déplaçant en arrière. Cela signifie que, à certaines échelles extrêmement petites, le temps peut avoir la possibilité de se déplacer dans les deux sens – une fonction étonnante qui a peut-être été négligé sur une grande partie de la physique.
Si vous considérez les équations les plus élémentaires de la physique quantique – celles qui traitent des particules uniques – il n'y a aucune raison pour que le temps soit toujours en avant. Cela signifie que les lois quantiques fondamentales ont ce qui est connu sous le nom de symétrie d'inversion temporelle. Mais pour les plus grands systèmes, tels que les collections de particules, les lois sur lesquelles les physiciens comptent pour prédire et expliquer leur comportement distinguent entre le passé et le présent.
«Vous passez d'une situation où vous avez définitivement une symétrie d'inversion dans le temps à un résultat final où vous n'avez clairement pas la symétrie d'inversion du temps», explique Thomas Guff à l'Université de Surrey au Royaume-Uni. «J'étais juste très curieux, à quelle étape particulière (d'un calcul) est-ce que cela se produit? Où tuez-vous la symétrie?
Maintenant, lui et ses collègues ont montré que la symétrie peut être autorisée à vivre.
Ils ont analysé des systèmes quantiques libres d'interagir avec leur environnement. Les calculs passés suggèrent que finalement une chaleur «fuirait» de ces systèmes et entrerait dans l'environnement d'une manière qui ne pourrait pas être inversée. Cela pourrait être utilisé pour désigner un «avant» et «après» précis et une flèche de temps qui pointe de l'un à l'autre. Mais tous ces calculs ont été effectués en supposant qu'une seule flèche de temps était la seule option, explique Andrea Rocco, membre de l'équipe, également à l'Université de Surrey.
« Si vous commencez à partir de la question de » si je retourne le temps « , alors les équations qui décrivent le mouvement de votre système d'intérêt sont légèrement différentes de celles que vous trouvez dans un manuel (standard) », dit-il.
Plus précisément, les équations que son équipe a dérivées après avoir abandonné cette hypothèse permettent qu'il y ait une flèche de temps en arrière et une avance. Les chercheurs ont constaté que cela était vrai pour plusieurs types de systèmes. Il s'agit notamment de ceux qui sont soumis à des forces fluctuantes aléatoires et de celles qui changent souvent de manière aléatoire – comme vu, par exemple, lorsque les particules changent de direction au hasard, comme elles le font lorsqu'elles subissent un mouvement brownien. Bien qu'ils n'en aient pas encore développé une preuve mathématique rigoureuse, les chercheurs croient que l'émergence des flèches de temps opposées pourrait être un phénomène très général.
Gonzalo Ordonnez à l'Université Butler dans l'Indiana dit que le nouveau travail met en lumière la controverse sur le moment où la symétrie de renversement de temps s'applique. «Je pense que c'est l'un des plus grands problèmes de physique. Et ils suggèrent que les équations que les gens ont écrites pour (temps)-irrréversibles manquaient un facteur. Une fois qu'ils ont incorporé ce facteur, ces équations ne distinguent pas non plus l'avenir et le passé », dit-il.
Travailler avec ces nouvelles équations, qui sont réversibles dans le temps, peuvent également avoir des conséquences cosmiques, explique Ordonez. Par exemple, ils pourraient donner des crédits aux idées passées sur le fait qu'il y a deux univers après le Big Bang, chacun évoluant dans une direction opposée à travers le temps, dit-il.
Rocco s'intéresse également à ces idées, mais met en garde contre la sur-interprétation de la nouvelle œuvre. «Nous aurions peut-être trouvé quelque chose de si fondamental qu'il arrive encore et encore, mais nous sommes très loin de commencer à le comprendre rigoureusement», dit-il.
