Le temps est familier à tous, mais il est difficile à définir et à comprendre. La science, la philosophie, la religion et les arts ont des définitions différentes du temps, mais le système de mesure du temps est relativement cohérent.
Les horloges sont basées sur les secondes, les minutes et les heures. Bien que la base de ces unités ait changé au cours de l'histoire, leurs racines remontent à la Sumérie antique. L'unité internationale de temps moderne, la seconde, est définie par la transition électronique de l'atome de césium. Mais qu'est-ce que le temps, exactement ?
Définition scientifique du temps
Les physiciens définissent le temps comme la progression des événements du passé vers le présent et vers le futur. Fondamentalement, si un système est immuable, il est intemporel. Le temps peut être considéré comme la quatrième dimension de la réalité, utilisée pour décrire les événements dans un espace tridimensionnel. Ce n'est pas quelque chose que nous pouvons voir, toucher ou goûter, mais nous pouvons mesurer son passage.
La flèche du temps
Les équations de la physique fonctionnent aussi bien si le temps se déplace vers l'avant dans le futur (temps positif) que vers l'arrière dans le passé (temps négatif). La question de savoir pourquoi le temps est irréversible est l'une des plus grandes questions non résolues de la science.
L'une des explications est que le monde naturel suit les lois de la thermodynamique. La deuxième loi de la thermodynamique stipule que dans un système isolé, l'entropie du système reste constante ou augmente. Si l'on considère l'univers comme un système isolé, son entropie (degré de désordre) ne peut jamais diminuer. En d'autres termes, l'univers ne peut pas revenir exactement au même état dans lequel il se trouvait à un moment donné. Le temps ne peut pas reculer.
Dilatation du temps
En mécanique classique, le temps est le même partout. Les horloges synchronisées restent en accord. Pourtant, grâce à la relativité spéciale et générale d'Einstein, nous savons que le temps est relatif. Il dépend du cadre de référence d'un observateur. Il peut en résulter une dilatation du temps, c'est-à-dire que le temps entre deux événements s'allonge (se dilate) à mesure que l'on se rapproche de la vitesse de la lumière. Les horloges en mouvement fonctionnent plus lentement que les horloges fixes, l'effet devenant plus prononcé lorsque l'horloge en mouvement s'approche de la vitesse de la lumière. Les horloges dans les jets ou en orbite enregistrent le temps plus lentement que celles sur Terre, les particules de muons se désintègrent plus lentement en tombant, et l'expérience de Michelson-Morley a confirmé la contraction des longueurs et la dilatation du temps.
Voyage dans le temps
Le voyage dans le temps consiste à se déplacer vers l'avant ou vers l'arrière à différents moments du temps, de la même manière que l'on peut se déplacer entre différents points de l'espace. Les sauts dans le temps se produisent dans la nature. Les astronautes de la Station spatiale internationale font un saut dans le temps lorsqu'ils reviennent sur Terre, car celle-ci se déplace plus lentement par rapport à la station.
L'idée de voyager dans le temps pose toutefois des problèmes. L'un d'eux est la causalité ou la relation de cause à effet. Remonter le temps pourrait provoquer un paradoxe temporel. Le "paradoxe du grand-père" en est un exemple classique. Selon ce paradoxe, si vous voyagez dans le temps et tuez votre grand-père avant la naissance de votre mère ou de votre père, vous pourriez empêcher votre propre naissance. De nombreux physiciens pensent que le voyage dans le passé est impossible, mais il existe des solutions au paradoxe temporel, comme le voyage entre des univers parallèles ou des points de branchement.
Perception du temps
Le cerveau humain est équipé pour suivre le temps. Le noyau suprachiasmatique du cerveau est la région responsable des rythmes quotidiens ou circadiens. Mais les neurotransmetteurs et les drogues affectent la perception du temps. Les substances chimiques qui excitent les neurones pour qu'ils fonctionnent plus rapidement que la normale accélèrent le temps, tandis que la diminution du nombre de neurones ralentit la perception du temps. En fait, lorsque le temps semble s'accélérer, le cerveau distingue davantage d'événements dans un intervalle. À cet égard, le temps semble vraiment s'envoler lorsque l'on s'amuse.
Le temps semble ralentir en cas d'urgence ou de danger. Selon des scientifiques du Baylor College of Medicine de Houston, le cerveau n'accélère pas vraiment, mais l'amygdale devient plus active. L'amygdale est la région du cerveau qui fabrique les souvenirs. Plus les souvenirs se forment, plus le temps semble s'écouler.
Le même phénomène explique pourquoi les personnes âgées semblent percevoir le temps comme allant plus vite que lorsqu'elles étaient plus jeunes. Les psychologues pensent que le cerveau se souvient davantage des nouvelles expériences que des expériences familières. Puisque moins de nouveaux souvenirs sont construits plus tard dans la vie, le temps semble passer plus vite.
Le début et la fin du temps
En ce qui concerne l'univers, le temps a eu un début. Le point de départ se situe il y a 13,799 milliards d'années, lorsque le Big Bang s'est produit. Nous pouvons mesurer le rayonnement de fond cosmologique comme des micro-ondes provenant du Big Bang, mais il n'y a pas de rayonnement d'origine antérieure. Un argument en faveur de l'origine du temps est que s'il s'étendait à l'infini, le ciel nocturne serait rempli de la lumière d'étoiles plus anciennes.
Le temps prendra-t-il fin ? La réponse à cette question est inconnue. Si l'univers s'étend à l'infini, le temps se poursuivra. Si un nouveau Big Bang se produit, notre ligne temporelle prendrait fin et une nouvelle commencerait. Dans les expériences de physique des particules, des particules aléatoires surgissent du vide, il est donc peu probable que l'univers devienne statique ou intemporel. Seul le temps nous le dira.
Points clés
- Le temps est la progression des événements du passé vers le futur.
- Le temps ne se déplace que dans une seule direction. Il est possible d'avancer dans le temps, mais pas de reculer.
- Les scientifiques pensent que la formation de la mémoire est à la base de la perception humaine du temps.
Sources
- Carter, Rita. The Human Brain Book. Dorling Kindersley Publishing, 2009, Londres.
- Richards, E. G. Mapping Time : The Calendar and its History. Oxford University Press, 1998, Oxford.
- Schwartz, Herman M. Introduction to Special Relativity, McGraw-Hill Book Company, 1968, New York.
