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Carlo Rovelli est physicien, auteur avec Lee Smolin de la théorie de la gravité quantique à boucles. Il est directeur de recherche au CNRS à Marseille.

"L'ordre du temps", dernier ouvrage de Carlo Rovelli est paru dans sa traduction française en février dernier.

Succès d'édition

"Et si le Temps n'existait pas" (nouvelle édition mise à jour Dunod 2014), l'un de ses précédents ouvrages, portait déjà sur le sujet du temps et a été très remarqué. "Sept brèves leçons de physique quantique" (Ed. Odile Jacob) publié l'année suivante, livre que l'on pouvait penser être réservé à des spécialistes, a été traduit en une trentaine de langues et s'est vendu à plus d'un million d'exemplaires. "Par-delà le visible, La réalité du monde physique et la gravité quantique" (Ed. Odile Jacob), paru la même année a également été un succès d'édition.

Nous avions présenté et commenté précédemment le premier et le troisième de ces ouvrages. Le lecteur pourra se reporter à ces présentations car elles contiennent de nombreuses considérations qui intéressent aussi cet ouvrage.

Sur le livre lui-même, une interview de Carlo Rovelli publié par Science et Vie (et republié en fin d'article) éclaire la démarche de l'auteur.

Pour notre part, nous présentons ci-dessous un résumé du contenu du livre suivie d'une interprétation rapide et personnelle des hypothèses de Carlo Rovelli concernant le temps, celles-ci étant suscitées par la lecture de l'ouvrage.

Le « Mystère du temps » ou l'Ordre du temps ?

Répétons tout d'abord ce que nous avions précédemment indiqué dans les recensions précitées : Carlo Rovelli nous apparaît comme un savant exceptionnel. S'il est d'abord un physicien et un mathématicien de très haut niveau, il est aussi un sage, un philosophe et un poète dans la ligne des meilleures traditions de ce que l'on nomme depuis l'Antiquité la civilisation gréco-latine.

L'ordre du temps - Carlos RovelliEt c'est peut-être ce double contenu de science et de poésie qui rendra la lecture du livre difficile à ceux qui n'y sont pas habitués ? Comme dans ses précédents ouvrages, l'auteur passe à tout moment de considérations scientifiques ardues - même si présentées dans un langage simple - à des perspectives littéraires et poétiques visant à les attacher à une culture dont la science actuelle n'est que le prolongement.

C'est particulièrement le cas concernant le sujet du temps, qui a tourmenté les humains depuis le début de l'humanité.
Il est donc indispensable de rappeler cette histoire multiséculaire, même si le lecteur non scientifique qui peine déjà à entrer dans les considérations inspirées de cette science en devenir qu'est la Gravitation Quantique, dont Carlo Rovelli est l'un des piliers, se trouve régulièrement distrait de son effort de compréhension.

Précisons cependant que l'auteur consacre près du cinquième de l'ouvrage aux sources indispensables, assurant ainsi au lecteur curieux une bonne compréhension de l'ensemble : la lecture fluide du livre pourra s'en trouver ralentie, surtout quand celui-ci n'est pas présenté dans un format numérique, mais le sujet est suffisamment important pour ne pas se contenter d'un survol superficiel

"Effritement du temps", "Le monde sans temps", "Les sources du temps"

"Effritement du temps", "Le monde sans temps", "Les sources du temps" sont les trois parties qui composent l'ouvrage.
Dans un message qu'il nous a envoyé, dont nous le remercions, Carlos Rovelli nous signale que c'est la dernière, "Les sources du temps", qui est à son avis la plus importante. Il y examine comment le temps de notre expérience peut émerger du monde sans temps de la gravité quantique. 
C'est dans cette partie que le rôle du 2ème principe de la thermodynamique se joue.  Et c'est aussi dans cette partie qu'est discutée la relation avec le temps de Proust, l'auteur célèbre de "A la recherche du temps perdu", mais aussi avec le temps de la philosophie ou celui de nos émotions. 

Avec l"effritement du temps" évoqué dans la première partie du livre, Carlo Rovelli recense certains faits mis à jour aujourd'hui par la science. Beaucoup sont déjà soupçonnés par le public averti, mais l'essentiel en demeure ignoré, voire nié, par un pourcentage important, sinon écrasant de l'humanité, comme en témoignent les discours et les ouvrages disponibles.

Inutile dans le cadre de ce court article de commenter les atteintes contemporaines au concept traditionnel de temps. L'auteur signale la perte de l'unité du temps, c'est-à-dire la nécessité aujourd'hui reconnue de prendre en compte plusieurs définitions du temps, toutes vérifiables dans leur domaine, notamment le temps cosmologique, le temps terrestre, le temps vécu par les êtres vivants.

Dans le même esprit, il faut tenir compte de la perte de direction du temps : coule-t-il uniformément du passé vers le futur, ou de façon différente selon la façon de le mesurer ?
Mais c'est la perte du concept de présent qui doit le plus retenir l'attention. Il n'y a pas de présent en termes scientifiques, bien que l'intuition humaine en fasse un point essentiel de sa conception du monde. Chaque instant supposé appartenir au présent est soit un héritage du passé proche, soit l'anticipation d'un futur lui-même proche, mais globalement indiscernable.

Plus surprenant est la décomposition du temps en particules quantiques, ou quanta de temps, dans le cadre de nombreuses hypothèses contemporaines de physique. Un temps continu et non quantifié ne peut être utilisé dans les sciences contemporaines utilisant le concept de quanta, notamment la mécanique quantique. Inutile de préciser que ces quantas de temps, dits aussi temps de Planck, sont présentés comme si petits qu'ils sont indiscernables par l'observation courante. L' « honnête homme » devrait néanmoins se convaincre de la grande probabilité de leur réalité.

La deuxième partie du livre, "Le Monde sans temps", s'attache à étudier comment la science contemporaine – comme d'ailleurs progressivement la conscience du grand public, devrait se représenter un temps éclaté.
Il ne s'agit pas ici de nier, comme certains philosophes anciens, le concept de temps, présenté comme une illusion. Il s'agit seulement d'introduire, en priorité dans le cadre de la gravitation quantique, l'existence de ce qu'il nomme des événements, grands ou petits, chacun générant une durée ou un temps spécifique à l'événement (nous exposons plus loin, ce que nous avons personnellement – et peut-être à tort, retenu de cette approche).

La troisième partie enfin, la plus importante pour l'auteur, présente les considérations de Carlos Rovelli sur le temps, la vie, la mort  (qui est aussi pour nous la fin du temps). Il montre surtout comment, dans des oeuvres traditionnelles comme celle de philosophes anciens tel Saint Augustin ou celles de Marcel Proust avec "A la recherche du temps perdu" et plus particulièrement "Le temps retrouvé", la mémorisation par le cerveau extrêmement développé chez l'espèce humaine, d'un certain nombre d'événements ayant affecté les humains, et l'exploration par ceux-ci de leur mémoire, donne une vie – d'ailleurs différente selon chacun, à la croyance à la réalité du temps.

Quelques commentaires

Le livre, nous semble-t-il, constitue une première analyse du temps à la lumière de la Gravitation Quantique, hypothèse dont Carlo Rovelli est indiscutablement l'un des auteurs les plus distingués.

Rappelons que la Gravitation Quantique s'efforce de réaliser une synthèse entre les deux grandes théories actuelles concernant l'univers, toutes deux amplement prouvées par l'expérience. Il s'agit de la mécanique quantique, d'une part, et de la physique classique dite parfois macroscopique, d'autre part. Celle-ci analyse les entités et événements de la physique à partir des particules élémentaires et de leurs combinaisons.

Pour la mécanique quantique, le temps n'existe pas, non plus que l'espace. Si l'on veut tenir compte du temps, il faut considérer que celui-ci se concrétise par des particules quantiques spécifiques, rejoignant les autres bits quantiques. Ses équations sont parfaitement réversibles : autrement dit, elles ne tiennent pas compte du temps. On peut observer que pratiquement toutes les mythologies et les religions ont repris ce postulat. Selon elles, notre « âme » peut communiquer avec celle des défunts comme avec les divinités, sans référence au temps ou à l'espace. Est-ce une simple coïncidence ?

En physique classique, dont l'histoire remonte aux origines mêmes de la science, plusieurs hypothèses sur le temps se sont succédé. Certains philosophes antiques avaient affirmé qu'il s'agissait d'une illusion. Mais très vite c'est l'approche de Newton qui a ensuite prévalu: le temps constitue un cadre immuable dans lequel tout événement s'inscrit.

Ceci jusqu'à ce que la théorie de la Relativité générale d'Einstein bouleverse cette vision. Pour lui, le temps et l'espace se conjuguent pour former l'espace-temps, une sorte de toile déformée localement par la force de gravité qu'exerce tout objet d'un poids suffisant. Le temps est donc différent pour chaque observateur, en fonction de la place où il se situe dans la proximité d'une masse grave, comme l'est pour nous la Terre.

Carlo Rovelli signale un troisième cadre conceptuel utilisé depuis plus de deux siècle pour définir le temps. Il s'agit du 2ème principe de la thermodynamique pour lequel la chaleur ne s'échange d'un corps à l'autre que du corps le plus chaud vers le corps le plus froid ou, dit autrement, l'Entropie S ou ordre d'un système qui ne peut évoluer que de l'ordre vers le désordre. Ceci s'exprime par l'équation, la seule citée par le livre : E plus petit ou égal à zéro. Ceci définit une flèche du temps qui n'est pas réversible. Mais ce concept ne s'applique qu'à un temps particulier dit "temps thermique".
 

Conjuguer mécanique quantique et physique einsteinienne

Pour l'auteur, la nature peut être considérée comme un «fouillis» ou coexistent des particules quantiques (q.bits) et des particules ordinaires. En permanence y "émergent" au hasard des "événements" résultant de la combinaison de ces deux types de particules. Ces événements tous différents, grands ou petits, font apparaître des ensembles ordonnés, eux-mêmes tous différents, soumis aux lois tant de la mécanique quantique que de la physique macroscopique.

Chacun de ces événements se crée un espace et un temps spécifiques. Ceux-ci s'exercent aussi longtemps que subsiste l'événement, mais ils ne jouent aucun rôle en dehors ou au-delà de cet événement. Il n'y a donc pas de temps universel.

On peut considérer que notre Univers a été créé lors d'une rencontre entre particules quantiques et particules ordinaires au sein du « fouillis » prévalant. Cet Univers s'est donc doté d'un espace-temps tel que nous le connaissons. Mais d'innombrables autres univers, tous en principe différents, se sont créées et se créent de la même façon. L'hypothèse rejoint celle du Multivers.

De même on pourrait penser que des événements bien moins importants, se produisant éventuellement à l'intérieur de notre univers, génèrent des temps spécifiques. En tant qu'habitants de cet univers, nous devrions pouvoir les identifier.

La Gravitation Quantique reste hypothétique, y compris dans sa version dite « à boucles », comme le rappelle systématiquement Carlo Rovelli. Mais les chercheurs de cette discipline espèrent mettre prochainement en place des expériences validant ses hypothèses. On peut penser que la première de ces expérimentations consisterait à montrer en laboratoire comment des q.bits et des particules ordinaires pourraient se combiner pour donner naissance à des «événements» inattendus.

Jean-Paul Baquiast
 

 
  Interview de Carlo Rovelli
  (texte) repris de l'original publié par Science et Vie, que nous remercions.
  Voir aussi cet article paru dans Libération 


Tout, absolument tout, semble s'inscrire dans le temps. Depuis les phénomènes cosmiques jusqu'à la pensée humaine. Mais le temps lui-même, dans quoi s'inscrit-il ? Par quoi est-il engendré ? Pourquoi «avance-t-il» irréversiblement ? Autant de questions d'une difficulté inouïe qui n'effraient pas Carlo Rovelli, bien au contraire.

Physicien italien mondialement célèbre pour sa théorie de la gravitation quantique à boucles, il a passé plus de 35 ans à étudier la nature du temps. Un sujet qui « aujourd'hui est reconnu par tous comme étant LE grand problème qui fait obstacle à notre compréhension du monde physique. Il faut le résoudre », affirme l'auteur.

"L'Ordre du temps" nous projette ainsi au cœur des plus récentes hypothèses sur le temps. Au fil des pages, l'auteur nous livre le fruit de ses découvertes avec simplicité, dans une narration cristalline et qui se lit comme un roman... Un récit aussi fascinant et profond que le temps lui-même. Interview.


Quand le temps est-il devenu un sujet pour vous ?
Dans ma thèse à l'université de Bologne, dans les années 1970. Il y a déjà un chapitre qui aborde la question du temps. Et mon premier article scientifique publié sur le temps date des années 1980...

A l'époque, il y avait beaucoup de confusion dans la littérature scientifique autour de ce concept. Depuis, les idées se sont un peu clarifiées. J'ai beaucoup lu la littérature scientifique mais aussi les philosophes. Car science et philosophie se parlent continuellement : pour avancer dans la science, il faut souvent modifier les concepts fondamentaux que nous utilisions jusque-là, et alors une réflexion de nature philosophique est très utile. Mais, bien évidemment, il y a aussi l'aspect formel et technique propre à la science... Les deux domaines sont entrelacés.

Dans mon livre j'ai voulu présenter l'état actuel de cette réflexion sur le temps, pour que les lecteurs sachent où nous en sommes.

Pourquoi est-il si nécessaire de clarifier la nature physique du temps ?
Pour deux raisons. D'abord, nous avons appris que le temps se comporte différemment dans la nature que dans notre intuition et notre expérience. Par exemple, le temps s'écoule à des vitesses différentes selon les lieux, un phénomène difficile à percevoir ici sur Terre mais bien réel. Cela nous a appris que la notion de « présent » ne peut être définie de façon objective à l'échelle globale de l'Univers. Il n'y a que des présents locaux. Aussi, chaque événement s'inscrit dans un ordre chronologique purement local. Tout cela nous oblige à reconsidérer ce que signifie « temps ».

La deuxième raison concerne les progrès en cours : nous pensons aujourd'hui que pour comprendre les propriétés quantiques de la gravité, encore ignorées, il nous faut revoir nos idées sur le temps. Il y a une manifestation surprenante de cela : dans les équations fondamentales de la gravité quantique que nous sommes en train d'étudier, il n'y a pas du tout de variable « temps ». La théorie décrit des processus où les choses changent les unes en relation aux autres sans qu'il soit possible d'avoir une seule variable temporelle qui suive tout ce changement.

Mais les théories actuelles contiennent toutes une variable «t» qui symbolise le temps...
Oui, mais les théories actuelles ne suffisent pas à décrire la nature. Par exemple, nous ne savons pas ce qui arrive à la matière que nous voyons tomber dans un trou noir cosmique... Et à l'intérieur même des théories actuelles, la question du temps est loin d'être éclaircie. Par exemple, toutes les équations fondamentales décrivent des phénomènes physiques pouvant se produire dans les deux sens du temps. Pourtant nous voyons bien que le temps s'écoule irréversiblement du passé au futur : une maison abandonnée ne se reconstruit pas naturellement. Cette « flèche du temps » est absente des équations fondamentales. Aujourd'hui, nous l'attribuons à quelque chose qu'on appelle « la basse entropie passée », mais personne ne sait pourquoi l'entropie devait être basse dans le passé.

S'il n'y a pas de temps dans les équations de la gravité quantique, alors rien ne se passe ? Le changement est-il illusoire ?
Pas du tout. Le monde est changement. Mais ce changement n'est pas ordonné selon une seule variable temporelle. L'Univers n'est pas « gelé » : il est une collection de processus qui ne peuvent pas être ordonnés entre eux selon une chronologie simple. Le Cosmos dans son ensemble ne possède pas une structure temporelle.

Donc, nous devons d'abord comprendre comment la physique peut se faire sans notre temps usuel, puis comprendre comment celui-ci émerge. Nous devons lier la théorie fondamentale sans temps à notre perception que « le temps passe ». C'est le sujet principal de mon travail aujourd'hui, et c'est ce que j'explique dans le livre.

Alors, qu'est-ce que le temps ?
C'est une notion complexe enracinée à différents niveaux. La physique nous montre clairement qu'il a une structure différente de celle que perçoit notre intuition naïve. Mais d'autres aspects du temps restent mystérieux pour les physiciens, soit concernant sa nature fondamentale, soit concernant l'expérience que nous en avons. Cette dernière est liée aux conditions physiques particulières dans lesquelles nous nous trouvons, nous les humains. Et probablement elle dépend aussi de la structure particulière de notre cerveau. C'est une erreur à mon avis de chercher la manifestation du temps de notre expérience dans la physique fondamentale : elle n'y est pas.

Le temps tel que nous le connaissons est donc en nous plus que dans la nature ?
Nous sommes des parties de la nature, et je pense que le temps qu'on expérimente est non pas « en nous » mais entre nous et tout le reste. Revenons au passé pour illustrer mon propos : au XVIe siècle, Nicolas Copernic a compris la raison de la rotation apparente des astres dans le ciel : c'est nous qui sommes sur un « caillou » qui tourne. La rotation apparente des astres sur la voûte est un phénomène produit par la relation entre nous et le Cosmos. Je pense que quelque chose de similaire se passe avec notre sens du « passage » du temps.

Comprenez que la révolution de Copernic n'a été possible que par une remise en cause radicale de notre position d'observateurs. Il nous faut donc savoir où notre regard se positionne, d'où nous regardons, et comprendre quelles sont les particularités de notre position.

Remarquons que nous questionner sur notre position, c'est aussi nous interroger sur la manière dont nous nous représentons le monde, comment nous pensons... Ce qui est fascinant avec le problème du temps est qu'il concerne aussi bien les recherches actuelles sur le big bang et les trous noirs que sur le cerveau et la cognition. Et finalement, il nous concerne tous. Car le temps pour nous c'est l'impermanence et, comme a dit Bouddha, quand nous ne l'acceptons pas il est source de souffrance. C'est pourquoi dans le livre je parle aussi de l'émotion du temps. Car peut-être notre expérience du temps n'est finalement que cette émotion du temps.

Votre livre parle donc des questionnements de la science et non de ce qu'elle sait déjà...
Oui. Après le succès de mon livre précédent, Sept brèves leçons de physique (plus de 1 million de copies vendues, traduit en 40 langues...), j'ai décidé de partager avec les lecteurs mes réflexions en cours sur la nature de la physique, ma vision du monde, mes intuitions et doutes. Et j'ai cherché qu'il soit accessible au lectorat le plus large possible.

Dans quel contexte scientifique s'inscrivent ces réflexions?
Dans un contexte de crise. Les physiciens cherchent une nouvelle théorie qui dépasserait la mécanique quantique et la relativité. C'est essentiel dans la mesure où, avec ces deux théories, il nous est impossible de continuer à progresser dans nos connaissances fondamentales : nous sommes incapables de dire ce qu'il se passe quand la gravité et les phénomènes quantiques agissent ensemble (comme dans les trous noirs ou lors du big bang).

Mais dans les sciences, une « crise » est un moment extraordinaire, une phase de création. On désire tous cette nouvelle théorie fondamentale dont on commence peut-être à apercevoir la forme... La question du temps y est centrale.

Il y a deux directions principales de recherche, aujourd'hui : la théorie de la gravité quantique à boucles sur laquelle je travaille et la théorie des cordes. Les deux concordent sur l'idée qu'il y a encore beaucoup à comprendre sur l'espace et sur le temps quantiques. Nous ne pourrons pas construire la nouvelle théorie sans avoir clarifié ces questions fondamentales. La réflexion est autant philosophique que technique, et je suis convaincu qu'il n'est pas besoin d'être physicien pour comprendre notre problématique. Elle touche tout le monde et fait appel à la raison mais aussi aux émotions. D'où mon livre...
puce note Notes
Voir sur le même sujet que notre article, l'article récent "Quantum Correlations Reverse Thermodynamic Arrow of Time", publié par Quanta Magazine.
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