Des scientifiques pensent que le temps pourrait s’écouler à la fois vite et lentement, et s’apprêtent à le prouver

Une perception terrestre remise en question par la relativité

Pour les êtres vivants qui peuplent la Terre, le temps apparaît comme une donnée relativement immuable. À l’exception de quelques interventions humaines ingénieuses, une seconde s’écoule inexorablement après l’autre dans une marche sans fin. Cette stabilité perçue structure le quotidien humain, offrant une illusion de régularité inébranlable.

Pourtant, dans les mondes extrêmes de la relativité générale et de la théorie quantique, le temps est tout sauf constant. Les règles physiques qui régissent le cosmos à grande et à très petite échelle révèlent des comportements temporels radicalement différents de ceux observés à l’œil nu. L’écoulement temporel y devient une variable malléable, soumise aux forces de la nature.

Au début du 20e siècle, Albert Einstein a démontré pour la première fois le concept de « dilatation du temps » avec sa théorie de la relativité restreinte, stipulant que le temps s’écoule différemment en fonction de la vitesse et de la position de l’observateur. L’exemple le plus courant de ce phénomène illustre que si une personne se propulsait à une vitesse proche de celle de la lumière, le temps s’arrêterait, du moins de son propre point de vue.

L’intrusion de la mécanique quantique et la superposition temporelle

Si cette dilatation temporelle est déjà suffisamment ahurissante en soi, la mécanique quantique vient contrer cette étrangeté avec son propre moment de défi, que l’on pourrait traduire par un véritable « tiens ma bière ». Les physiciens explorent des dimensions où les lois classiques cessent purement et simplement de fonctionner, repoussant les limites de la compréhension humaine.

Selon ces scientifiques, il est théoriquement possible que le temps lui-même se trouve en superposition quantique. Ce principe fondamental de la physique de l’infiniment petit suggère qu’un élément peut exister simultanément dans plusieurs états distincts, tant qu’aucune observation directe n’a été effectuée.

Dans les faits, cette superposition temporelle signifie que le temps peut à la fois s’écouler rapidement et lentement au même moment. Cette dualité d’écoulement ouvre la voie à des paradoxes fascinants, obligeant la communauté scientifique à repenser l’architecture même de l’univers tel qu’il est modélisé depuis plus d’un siècle.

Les horloges atomiques comme instruments de révélation

Tester concrètement cette théorie n’est pas une tâche aisée. Une nouvelle étude affirme toutefois que cela pourrait bien être possible. Ces recherches sont dirigées par des scientifiques du Stevens Institute of Technology, du National Institute of Standards and Technology (NIST) et de la Colorado State University. Leur approche repose sur des dispositifs d’une précision sans précédent.

La clé du processus réside dans l’utilisation d’horloges atomiques ultraprécises, couplées à une technologie d’information quantique développée pour l’informatique quantique à ions piégés. Ensemble, l’équipe soutient que ces technologies pourraient révéler de nouvelles caractéristiques du temps au niveau quantique. Les résultats de cette étude inédite ont été publiés dans la revue Physical Review Letters.

Igor Pikovski, l’auteur principal de l’étude affilié au Stevens Institute of Technology, l’a expliqué dans un communiqué de presse. « Le temps joue des rôles très différents dans la théorie quantique et dans la relativité », a-t-il déclaré. Il précise ensuite : « Ce que nous montrons, c’est que réunir ces deux concepts peut révéler des signatures quantiques cachées de l’écoulement du temps qui ne peuvent plus être décrites par la physique classique. »

Le paradoxe des jumeaux quantiques et le célèbre félin

Cette réflexion vertigineuse est connue sous le nom de « paradoxe des jumeaux quantiques ». Pour en saisir la portée, il faut se tourner vers l’illustration du chat quantique préféré de tous. Ce modèle conceptuel a permis de vulgariser l’un des aspects les plus complexes de la mécanique ondulatoire.

Le physicien théoricien Erwin Schrödinger a en effet démontré que quelque chose pouvait se trouver dans deux états complètement différents en même temps, avant qu’une mesure ne puisse être effectuée. Ce mécanisme est connu sous le nom de superposition, un état transitoire et fragile qui s’effondre dès lors qu’il interagit avec son environnement macroscopique.

Si l’on extrapole cette idée au domaine du temps, le résultat devient encore plus déroutant. Non seulement le chat de Schrödinger pourrait être à la fois vivant et mort, mais il pourrait également être à la fois vieux et jeune. C’est précisément cette bizarrerie quantique qu’Igor Pikovski cherche à prouver depuis plus de 15 ans.

Des expériences aux confins du zéro absolu

Le chercheur estime désormais que l’avènement des horloges atomiques ultraprécises pourrait bien constituer la réponse tant attendue. Pour y parvenir, l’équipe a utilisé des horloges à ions piégés développées par le NIST et la Colorado State University. Ces dispositifs complexes reposent sur le refroidissement d’aluminium ou d’ytterbium jusqu’à une température proche du zéro absolu.

Cette congélation extrême permet de manipuler l’état quantique des atomes à l’aide de lasers. En contrôlant le vide entourant les atomes qu’ils observaient, les membres de l’équipe ont créé ce qu’ils appellent un « état compressé ». Théoriquement, cela devrait permettre à l’horloge de révéler de nouveaux comportements du temps relativiste dans le monde quantique, ouvrant potentiellement la porte à une vérification expérimentale du « paradoxe des jumeaux quantiques ».

Les implications de ces découvertes dépassent le simple cadre du laboratoire. « Je pense que cela peut nous donner des indices, et des données expérimentales, sur la façon dont nos notions quotidiennes de la réalité sont trompeuses », a déclaré Igor Pikovski à Science Alert. Il conclut : « La théorie quantique n’est pas seulement bizarre, elle implique également une structure fondamentale très différente de l’univers qui est en désaccord avec l’expérience quotidienne. »

Selon la source : popularmechanics.com