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Un nuage de 24 000 atomes ultrafroids a servi de « mini-univers » isolé. En suivant seulement une partie du système, Giovanni Barontini a construit un temps interne capable d’ordonner les événements. L’expérience éclaire une question ancienne, sans prouver que le temps ordinaire serait une illusion.
Pourquoi certaines théories décrivent-elles un univers entier dans lequel aucune horloge extérieure n’existe ?
Dans la vie courante, une horloge mesure les changements grâce à un temps supposé déjà présent. Or, l’équation de Wheeler-DeWitt pose un problème différent. Elle décrit l’univers entier sans faire intervenir de paramètre temporel extérieur comparable aux secondes d’un chronomètre.
Cette absence ne signifie pas que rien ne change. Elle suggère plutôt que le temps pourrait apparaître à partir des relations entre plusieurs composantes de l’univers. Une partie servirait alors de repère à une autre, sans dépendre d’une horloge cosmique indépendante.
Les physiciens explorent depuis longtemps cette conception relationnelle. Toutefois, elle reste difficile à tester directement. Giovanni Barontini, professeur à l’Université de Birmingham, a donc cherché à reproduire cette situation dans un système quantique assez simple pour être contrôlé en laboratoire.
Un nuage de 24 000 atomes ultrafroids devient un laboratoire miniature pour étudier le temps
Le chercheur a utilisé environ 24 000 atomes ultrafroids, maintenus à quelques milliardièmes de degré au-dessus du zéro absolu. À une température aussi basse, les particules forment un ensemble quantique cohérent dont les mouvements peuvent être suivis avec une grande précision.
Une fine barrière laser a ensuite séparé le piège en deux régions. Le secteur « lumineux » restait observable, tandis que le secteur « sombre » échappait volontairement à la mesure. Les atomes pouvaient circuler entre les deux, mais l’ensemble demeurait presque isolé de son environnement.
Les échanges d’entropie créent un temps interne qui accélère, ralentit et peut s’immobiliser
Dans la zone observée, le nuage se dilatait puis se contractait de façon répétée. Barontini a comparé ces cycles à une succession de Big Bang et de Big Crunch, sans prétendre reproduire toute la complexité de l’Univers réel.
Plutôt que d’utiliser l’horloge du laboratoire, le physicien a suivi la répartition des atomes et les variations d’entropie. Il a ainsi défini un temps entropique, calculé uniquement à partir des transformations internes du système et des échanges avec la région non observée.
Ce repère avançait plus vite lorsque l’entropie variait fortement. À l’inverse, son rythme diminuait lorsque les échanges faiblissaient. Quand la distribution des particules ne changeait plus, ce temps interne cessait lui aussi de progresser. Il conservait néanmoins une direction moyenne cohérente.
L’expérience relie ignorance et flèche du temps, mais ne démontre pas que le temps fondamental n’existe pas
Le secteur sombre joue ici un rôle central. Comme son état détaillé reste inconnu, le secteur lumineux doit être décrit avec une information incomplète. Cette perte d’accès produit l’entropie utilisée pour ordonner les événements. Le temps mesuré dépend donc de ce que l’observateur choisit de ne pas suivre.
Le modèle permet aussi de reformuler une version de l’équation de Schrödinger avec ce temps émergent. Elle décrit correctement la dynamique observée. Le résultat fournit ainsi une première démonstration expérimentale contrôlée d’un temps relationnel, mais pas une preuve définitive sur la nature profonde du temps dans l’Univers.
Par Eric Rafidiarimanana, le
Catégories: Sciences physiques