Des physiciens ont créé un minuscule univers en expansion dans leur laboratoire

Avec sa théorie de la relativité, Einstein a montré que le temps et l’espace étaient intimement liés et que le premier ne s’écoulait pas toujours au même rythme. Pour explorer ce phénomène, des chercheurs de l’université de Birmingham ont recréé un mini-univers en laboratoire.

Condensat quantique

L’expérience a impliqué 24 000 atomes de rubidium, refroidis à une fraction de degré au-dessus du zéro absolu afin de former un condensat se comportant comme un seul et même objet quantique. Les chercheurs ont ensuite scindé cet ensemble en deux : une partie mesurable et l’autre volontairement masquée. En laissant l’ensemble évoluer dans un environnement contrôlé, ils ont observé un comportement similaire à celui d’un univers en expansion simplifié.

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Bien qu’il ne comporte ni étoiles ni trous noirs, un tel univers artificiel permet de tester des modèles théoriques qui cherchent à décrire à la fois les lois de l’infiniment grand (la relativité) et de l’infiniment petit (la physique quantique).

Selon ses auteurs, cette étude publiée dans la revue Physical Review Research fournit la première preuve expérimentale solide que le temps peut être défini par les changements à l’intérieur d’un ensemble plutôt que par une sorte « d’horloge externe ». En d’autres termes : les notions d’« avant » et d’« après » seraient liées au désordre (ou entropie) au sein de cet ensemble, qui augmente progressivement.

Concrètement, en mesurant leur nuage d’atomes de rubidium froids en expansion et en contraction, Giovanni Barontini et ses collègues ont montré qu’une mesure du temps fondée sur l’évolution de l’entropie permettait d’établir une chronologie cohérente des événements.

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De vastes implications

Les modèles actuels de l’Univers peinant à concilier gravité et physique quantique, ce type d’expérience pourrait aider à mieux comprendre les trous noirs ainsi que les premiers instants du Big Bang.

« Ces mini-univers sont à même de nous fournir des informations clés concernant les facteurs temporels de notre Univers en expansion, et d’expliquer pourquoi tout ne s’est pas déjà produit », conclut l’équipe.

Précédemment, des physiciens avaient théorisé une approche permettant d’obtenir des dynamiques équivalentes à une inversion du temps dans les systèmes quantiques, avec des implications pour les batteries basées sur ces principes.

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