Peu d'idées dans la science moderne ont remodelé notre compréhension de la réalité plus profondément que l'espace-temps – le tissu entrelacé de l'espace et du temps au cœur de la théorie de la relativité d'Albert Einstein.
L'espace-temps est fréquemment décrit comme le «tissu de la réalité». Dans certains comptes, ce tissu est appelé un « univers de bloc » fixe et quatre dimensions – une carte complète de tous les événements, passé, présent et futur.
Dans d'autres, c'est un champ dynamique qui se plie et se courbe en réponse à la gravité. Mais que signifie vraiment de dire que l'espace-temps existe? De quel genre de chose est-ce – est-ce une structure, une substance ou une métaphore de l'espace-temps?
Le cœur de la physique moderne
Ces questions ne sont pas seulement philosophiques. Ils s'assoient au cœur de la façon dont nous interprétons la physique moderne et façonnent tranquillement tout, de la façon dont nous comprenons la relativité générale à la façon dont nous imaginons les voyages dans le temps, les multivers et nos origines.
Ces questions éclairent l'émergence de l'espace-temps lui-même et de nouvelles propositions radicales qui la traitent comme la mémoire de l'univers. Et pourtant, la langue que nous utilisons pour décrire l'espace-temps est souvent vague, métaphorique et profondément incohérente.
Le philosophe autrichien-britannique Ludwig Wittgenstein a averti une fois que « la langue est en vacances ». Il s'avère que la physique peut être un excellent exemple.
Au cours du siècle dernier, des mots familiers tels que «temps», «existent» et «intemporels» ont été réutilisés dans des contextes techniques sans examiner les bagages qu'ils portent du discours quotidien.
Cela a conduit à une confusion généralisée sur ce que ces termes signifient réellement.
Le problème avec la langue
Dans la philosophie de la physique, en particulier dans une vision connue comme l'éternité, le mot « intemporel » est utilisé littéralement. L'éteralisme est l'idée que le temps ne coule pas ou ne passe pas – que tous les événements à tous les temps sont également réels dans une structure à quatre dimensions connue sous le nom de «l'univers de bloc».
Selon ce point de vue, toute l'histoire de l'univers est déjà présentée, intemporellement, dans la structure de l'espace-temps. Dans ce contexte, «intemporel» signifie que l'univers lui-même ne supporte ni ne se déroule dans aucun sens réel. Il n'y a pas de devenir. Il n'y a pas de changement. Il n'y a qu'un bloc, et toute l'éternité existe axieuse.
Mais cela conduit à un problème plus profond. Si tout ce qui se passe dans l'éternité est tout aussi réel, et que tous les événements sont déjà là, qu'est-ce que cela signifie réellement de dire que l'espace-temps existe?
Un éléphant dans la pièce
Il y a une différence structurelle entre l'existence et l'occurrence. L'un est un mode d'être, l'autre, de se produire.
Imaginez qu'il y a un éléphant à côté de vous. Vous diriez probablement: « Cet éléphant existe. » Vous pourriez le décrire comme un objet tridimensionnel, mais surtout, c'est un « objet tridimensionnel qui existe ».
En revanche, imaginez un éléphant purement tridimensionnel qui clignote dans la pièce pour un instant: un moment transversal dans la vie d'un éléphant existant, apparaissant et disparaissant comme un fantôme. Cet éléphant n'existe pas vraiment au sens ordinaire. Ça arrive. Cela se produit.
Un éléphant existant perdure au fil du temps, et les catalogues de l'espace-temps à chaque instant de son existence en tant que ligne mondiale en quatre dimensions – le chemin d'un objet à travers l'espace et le temps tout au long de son existence. L'imaginaire «éléphant qui se produit» n'est qu'une tranche d'espace de ce tube; Un moment tridimensionnel.
Appliquez maintenant cette distinction à l'espace-temps lui-même. Qu'est-ce que cela signifie pour que l'espace-temps quatre dimensions existe dans le sens où l'éléphant existe? L'espace-temps dure-t-il dans le même sens? L'espace-temps a-t-il son propre ensemble de moments « maintenant »? Ou est-ce que l'espace-temps – le collecteur de tous les événements qui se produisent tout au long de l'éternité – quelque chose qui se produit? L'espace-temps est-il simplement un cadre descriptif pour relier ces événements?
L'éteralisme brouillait cette distinction. Il traite toute l'éternité – c'est-à-dire tout l'espace-temps – comme une structure existante, et prend le temps pour être une illusion. Mais cette illusion est impossible si tout l'espace-temps se produit en un éclair.
Pour récupérer l'illusion que le temps passe dans ce cadre, l'espace-temps à quatre dimensions doit exister d'une manière plus comme l'éléphant existant tridimensionnel – dont l'existence est décrite par l'espace-temps quatre dimensions.
Chaque événement
Avançons cette pensée un peu plus loin.
Si nous imaginons que chaque événement de l'histoire de l'univers « existe » dans l'univers de bloc, alors nous pourrions demander: quand le bloc lui-même existe-t-il? S'il ne se déroule pas ou ne change pas, existe-t-il intemporel? Si c'est le cas, alors nous superposons une autre dimension du temps sur quelque chose qui était censé être intemporel au sens littéral.
Pour comprendre cela, nous pourrions construire un cadre à cinq dimensions, en utilisant trois dimensions spatiales et deux dimensions de temps. Le deuxième axe de temps nous permettrait de dire que l'espace-temps à quatre dimensions existe de la même manière que nous pensons couramment un éléphant dans la pièce que dans les trois dimensions de l'espace qui nous entoure, les événements dont nous cataloguons comme un espace-temps à quatre dimensions.
À ce stade, nous sortons en dehors de la physique établie qui décrit l'espace-temps à travers quatre dimensions uniquement. Mais cela révèle un problème profond: nous n'avons aucun moyen cohérent de parler de ce que cela signifie pour que l'espace-temps existe sans faire passer accidentellement du temps dans une dimension supplémentaire qui ne fait pas partie de la physique.
C'est comme essayer de décrire une chanson qui existe en même temps, sans être interprétée, entendue ou dépliée.
De la physique à la fiction
Cette confusion façonne la façon dont nous imaginons du temps dans la fiction et la science pop.
Dans le film de James Cameron de 1984, The Terminator, tous les événements sont traités comme fixes. Le voyage dans le temps est possible, mais le calendrier ne peut pas être modifié. Tout existe déjà dans un état fixe et intemporel.
Dans le quatrième film de la franchise Avengers, Avengers: Endgame (2019), le voyage dans le temps permet aux personnages de modifier les événements passés et de remodeler la chronologie, suggérant un univers de blocs qui existe à la fois et change.
Ce changement ne peut se produire que si le calendrier à quatre dimensions existe de la même manière que notre monde tridimensionnel existe.
Mais peu importe si un tel changement est possible, les deux scénarios supposent que le passé et l'avenir sont là et prêts à être voyagés. Cependant, ni les prises avec le type d'existence que cela implique, ni la façon dont l'espace-temps diffère d'une carte des événements.
Comprendre la réalité
Lorsque les physiciens disent que l'espace-temps «existe», ils travaillent souvent dans un cadre qui a discrètement brouillé la frontière entre l'existence et l'occurrence. Le résultat est un modèle métaphysique qui, au mieux, manque de clarté, et du pire obscurcisse la nature même de la réalité.
Rien de tout cela ne met en danger la théorie mathématique de la relativité ou la science empirique qui le confirme. Les équations d'Einstein fonctionnent toujours. Mais la façon dont nous interprétons ces équations est importante, surtout quand elle façonne la façon dont nous parlons de réalité et de la façon dont nous abordons les problèmes plus profonds de la physique.
Ces compréhensions comprennent des tentatives de réconciliation de la relativité générale avec la théorie quantique – un défi exploré à la fois en philosophie et en discussions scientifiques populaires.
Définir l'espace-temps est plus qu'un débat technique – il s'agit du type de monde dans lequel nous pensons.
