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Le Physicien Brian GREENE nous emmène dans un voyage qui bouscule les lois de l’expérience humaine.

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Pourquoi ne voit-on jamais les évènements se dérouler à l’envers ? Selon les lois de la physique, c’est pourtant tout à fait possible.

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Cet autre monde transparaît quand on explore les phénomènes les plus extrêmes du cosmos ; des trous noirs aux big bangs ou au coeur même de la matière. Ici, le vide est le siège d’une activité intense. Notre univers n’est peut-être pas le seul ; et le monde en trois dimensions n’est peut-être qu’un mirage.

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Mais comment est-ce possible ? Comment pouvons-nous nous tromper à ce point sur quelque chose d’aussi familier ?

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C’est une perspective révolutionnaire qui ouvre les portes à une multitudes de possibles.

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« Vous n’avez qu’à aller dans n’importe quelle gare et vous verrez à quel point le temps gouverne notre vie. »

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Mais le temps n’est pas ce qu’il paraît. Il n’y a peut-être pas de distinction entre passé / présent / futur.

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Et si le temps n’est pas ce que nous croyons, alors : qu’est-ce que c’est ? A-t-il eu un début ? Aura-t-il une fin ? D’où vient-il ?

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« En ce temps-là .. » C’est la phrase magique par laquelle débutent toutes les bonnes histoires. Mais quelle est l’histoire du temps ?

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On dit souvent : « le temps file » ; « le temps, c’est de l’argent » ; « on perd son temps » ; « on tue le temps » ; « on essaie de gagner du temps »

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Mais que savons-nous vraiment au sujet du temps ?

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Tout comme les rivières, le temps semble perpétuellement s’écouler d’un moment à l’autre. Et le flux du temps semble toujours aller dans la même direction : vers le futur.

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Mais ce n’est peut-être pas vrai !

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Les découvertes du siècle dernier ont démontré que la plupart de nos idées sur le temps, ne sont sans doute rien de plus qu’une illusion.

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Contrairement à notre ressenti quotidien, le temps ne s’écoule peut-être pas du tout : notre passé n’a peut-être pas disparu ; et notre futur existe peut-être déjà.

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Il s’avère que le temps lui-même peut accélérer ou ralentir. Et que des évènements qui nous semblent voués à se produire toujours dans le même sens, peuvent aussi se dérouler à l’envers.

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Mais comment est-ce possible ? Comment pouvons-nous nous tromper autant sur quelque chose de si familier ?

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Et si le temps n’est pas ce que nous croyons, alors qu’est-ce que c’est ? A-t-il eu un début ? Aura-t-il une fin ? D’où vient-il ?

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« On aimerait cerner le temps comme un objet. Mais c’est absolument impossible parce qu’il est momentané et que toutes ses définitions nous ramènent à la notion de temps elle-même. »(Janna LEVIN – Barnard College – Columbia University)

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« Le temps, c’est cette chose qu’on connaît tous intimement, jusqu’à ce qu’on nous demande d’en parler. » (David ALBERT – Columbia University)

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« Qu’est-ce que le temps ? C’est vraiment la question banco de la physique. » (Alan GUTH – MIT)

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« Pour moi, il n’y a aucun aspect du temps que nous comprenions véritablement. » (Max TEGMARK – MIT)

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Alors comment fait-on pour s’attaquer à un mystère aussi profond et fuyant que le temps ?

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On peut déjà commencer à le mesurer.

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Et grâce à des horloges de forme, de taille et de nature variées, nous mesurons le temps avec une précision croissante depuis des milliers d’années.

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D’une certaine manière, la première horloge n’avançait qu’une fois par jour : il s’agit de la terre en rotation.

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De la rotation quotidienne de notre planète sur son axe, à son orbite annuelle autour du soleil, nous avons toujours utilisé le mouvement prévisible et constant de la terre pour mesurer le temps.

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« On cherche toujours des choses qui se répètent encore et encore. Et cette répétition – ce cycle – forme une horloge. Le temps, ce n’est qu’un processus répétitif. » (Peter GALISON – Harvard University)

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En mesurant le mouvement de la terre avec des cadrans solaires, nous avons divisé la journée en heures.

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« La terre effectue une rotation en une journée ; et nous cochons les jours en observant le lever et le coucher du soleil. » (William PHILLIPS – NIST)

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Avec le balancement d’un pendule, nous avons divisé les heures en minutes et en secondes.

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Et avec la vibration d’un cristal de quartz, nous avons amélioré la précision au millième de seconde près.

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Mais c’est à l’Institut national des Normes et de la Technologie, dans le Colorado (INNT – NIST), qu’il faut aller pour connaître l’heure exacte.

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Ici, on mesure le temps avec une précision stupéfiante grâce à l’un des plus petits objets de l’univers : un atome d’un métal rare appelé : le césium.

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« Les atomes ont une fréquence naturelle. Or, tout ce qui vibre et qui vous fournit un mouvement répétitif, peut servir d’horloge. » (William PHILLIPS – NIST)

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La fréquence d’oscillation de l’atome de césium est la garantie officielle du temps dans le monde.

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Lorsqu’il est bombardé d’énergie, l’atome de césium vibre et oscille en émettant plus de 9 milliards d’impulsions de lumière par seconde.

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« On compte les oscillations de l’atome de césium. L’atome de césium oscille 9 192 631 770 milliards de fois par seconde. Et donc, à chaque fois qu’on atteint ce chiffre, une seconde s’est écoulée. On compte une seconde après une seconde, après une seconde .. » (Steve JEFFERTS – NIST)

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« C’est stupéfiant ! Ma montre perd ou gagne une seconde environ tous les 2 mois. Ces horloges-là gagnent ou perdent une seconde toutes les 100 millions d’années. » (William PHILLIPS – NIST)

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« Ce genre d’histoire (le fait de prendre une mesure du temps et de la remplacer par quelque chose qu’on considère comme plus précis), ça illustre le processus de réformes constantes de la physique depuis des siècles. » (Peter GALISON – Harvard University)

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Mais malgré l’incroyable précision de nos horloges, le temps reste un mystère. Car si elles peuvent nous donner l’heure, les horloges sont incapables de nous dire ce qu’est le temps lui-même.

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Qu’est-ce que nous mesurons exactement ?

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Même si nous ne savons pas ce qu’est le temps, l’expérience de son flux fait partie des fondements de notre vie.

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On est toujours en train de penser au temps. On se souvient du passé ; on fait des projets pour l’avenir ; toute notre vie se déroule au rythme de ce tic-tac, tic-tac.

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Vous allez dans n’importe quelle gare et vous verrez à quel point le temps gouverne notre vie.

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Ce qu’on sait peut-être moins, c’est que le développement du chemin de fer a joué un rôle-clef dans une découverte particulièrement étonnante à propos du temps.

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Au début du transport ferrovière, le temps apparaît très vite comme un problème.

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A l’époque, chaque ville fixait l’heure à sa propre convenance. En gros, il était midi quand le soleil atteignait son zénith.

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Quant à l’heure qu’il était ailleurs, cela n’avait aucune espèce d’importance.

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Et pour compliquer encore davantage les choses, les trains adoptaient l’heure de la ville où ils avaient commencé leur trajet.

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Donc si j’étais allé de PARIS à GENèVE, je serais resté à l’heure de PARIS tout le long du voyage puisque c’était la ville de départ.

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Mais si j’étais allé dans l’autre direction – de GENèVE à PARIS -, je serais resté à l’heure de GENèVE.

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« Petit à petit, il y a eu de plus en plus de lignes de chemins de fer et de plus en plus d’heures différentes. Tout ça est devenu d’une complexité cauchemardesque. » (Peter GALISON – Harvard University)

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La nécessité de coordonner les horloges sur de longues distances s’est vite imposée. Surtout lorsque les villes étaient reliées par une voie unique.

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C’est alors que commence l’histoire moderne du temps.

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Alors que le besoin de synchroniser les horloges devient de plus en plus pressant, un jeune physicien du nom d’Albert EINSTEIN est engagé à l’office des brevets de BERNE, en SUISSE.

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« Il avait accès à toutes les grandes inventions de l’époque. Les brevets proposaient toutes sortes de nouvelles méthodes pour synchroniser les horloges, comme l’échange de signaux télégraphiques ; ou la synchronisation par ondes radio.

Et donc, la synchronisation du temps, ce qu’était le temps et comment on pouvait le mesurer, tout cela a tout de suite passionné EINSTEIN. » (Peter GALISON – Harvard University)

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EINSTEIN va bientôt ébranler le monde avec une théorie radicale sur la nature du temps. Et ces inventions pour mesurer le temps lui offraient une source d’inspiration inattendue.

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EINSTEIN découvre que ces propositions pour synchroniser les horloges, constituent bien plus que de simples inventions créatives. En fait, il s’aperçoit qu’elles révèlent une faille profonde dans notre compréhension du temps lui-même.

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La plupart des gens ont une conception assez simple du temps : il s’écoule à la même vitesse, pour tout le monde, partout. C’est une représentation de bon sens qui a été établie par le père de la science moderne : Isaac NEWTON.

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« Pour Isaac NEWTON, le temps est une propriété immuable de l’univers. Il change toujours au même rythme. » (S. JAMES GATES, Jr – University of Maryland)

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« Le temps suit son cours et on ne peut rien y changer. » (William PHILLIPS – NIST)

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La vision qu’avait NEWTON du temps, semble logique ; mais EINSTEIN s’est rendu compte qu’elle était fausse. Il a découvert que le temps s’écoulait à différents rythmes. Si bizarre que cela puisse paraître, cela signifie que le temps, pour moi, n’est peut-être pas le même que pour vous.

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La découverte d’EINSTEIN a pulvérisé la conception newtonienne de la réalité.

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« EINSTEIN dit que le temps n’est pas une simple donnée universelle. C’est une expérience individuelle. » (Sean CARROLL – California Institute of Technology)

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« Ce qu’EINSTEIN nous a donné, c’est une représentation beaucoup plus riche dans laquelle le temps de chacun s’écoule à son propre rythme. » (Max TEGMARK – MIT)

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« Il n’y a pas LE temps dans le sens d’un tic-tac universel ; il y a DES temps. » (Peter GALISON – Harvard University)

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EINSTEIN en est arrivé à cette conclusion stupéfiante en mettant en évidence une connexion cachée entre l’espace et le temps.

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Ce qu’EINSTEIN a compris, c’est qu’il existe un lien profond entre le mouvement dans l’espace et l’écoulement du temps.

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En gros, plus on a de l’un (d’espace), moins on a de l’autre. Pour voir comment ça marche, allons faire un petit tour.

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Pour l’instant, je roule vers le NORD, à 96 km/heure. C’est à dire que la totalité de mon mouvement est dirigé vers le NORD.

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Mais nous allons maintenant emprunter une route transversale et rouler vers le NORD-OUEST. Je vais toujours à 96 km/heure mais je ne progresse pas aussi rapidement vers le NORD qu’il y a une minute. C’est parce qu’une partie de mon mouvement vers le NORD a été déviée ou partagée avec mon mouvement vers l’OUEST.

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EINSTEIN s’aperçoit que le temps et l’espace sont reliés plus ou moins de la même façon que le NORD et l’OUEST.

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Avec cette découverte surprenante, il allait à l’encontre de l’idée générale qui veut que le temps s’écoule de la même manière pour tout le monde.

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PAR EXEMPLE : Cette personne, là-bas, vous dira que je ne bouge pas du tout ; et pourtant : je bouge. Je ne me déplace peut-être pas dans l’espace mais je me déplace dans le temps ; après tout, ma montre continue à avancer et avancer ..

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Tant que je reste immobile – c’est à dire que je ne me déplace pas dans l’espace – EINSTEIN dit que tout mon mouvement se produit dans le temps.

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Mais regardez ce qu’il se passe si je marche vers cette personne, là-bas .. Parce que je suis désormais en mouvement, il aura l’impression que le tic-tac de ma montre est plus lent ; c’est parce que – de son point de vue – une partie de mon précédent déplacement à travers le temps est dévié dans mon déplacement à travers l’espace.

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Et il ne s’agit pas seulement de ma montre. Si nous exagérons encore plus les faits, il percevra tous mes mouvements, ma voix et tout ce qui me concerne, au ralenti.

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Maintenant que j’ai cessé de bouger, le rythme de nos 2 montres est à nouveau synchronisé.

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C’était ça la découverte majeure d’EINSTEIN : le mouvement dans l’espace affecte l’écoulement du temps.

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« Il est difficile de concevoir que 2 personnes n’aient pas la même mesure du temps. Le temps n’est-il pas extérieur à nous ? Comment ma mesure du temps pourrait-elle dépendre de mes mouvements ou des vôtres ? » (David KAISER – MIT)

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« Le temps lui-même s’écoule plus lentement pour la personne qui est en mouvement. C’est stupéfiant. Avant EINSTEIN, personne n’avait imaginé qu’une telle chose puisse se produire. » (William PHILLIPS – NIST)

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« Seul EINSTEIN a conçu ça. » (Max TEGMARK)

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Alors pourquoi est-ce qu’on ne le constate pas dans la vie de tous les jours ?

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En fait, la vitesse réduite à laquelle on évolue ici sur la terre, l’impact du mouvement sur le temps est si faible, qu’on ne le perçoit pas.

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Mais l’effet est bien réel et peut être mesuré. Pour ce faire, vous n’avez besoin que de 2 horloges atomiques et d’un avion à réaction.

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Cette expérience a été faite en 1971.

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Des scientifiques se sont envolés à l’autre bout du monde, avec une horloge atomique qu’ils ont ensuite comparée à une horloge de référence restée au sol.

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Comme l’avait prédit EINSTEIN, les 2 horloges n’affichaient plus la même heure. Elles n’étaient désynchronisées que de quelques centaines de milliardièmes de seconde mais c’était bien la preuve que le mouvement affecte l’écoulement du temps.

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« La théorie d’EINSTEIN a été mise à l’épreuve, à maintes reprises ; et tout concorde. C’est vraiment la base de notre compréhension du fonctionnement de la nature. » (William PHILLIPS)

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« Ces effets, autrefois considérés comme minimes et obscures, sont très évidents avec la technologie actuelle. » (Max TEGMARK)

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Avec la découverte de ce lien inattendu, EINSTEIN a pris conscience que l’espace et le temps ne pouvaient plus être considérés comme 2 choses distinctes. En réalité, ils se fondent ensemble pour former ce qu’on appelle aujourd’hui : l’espace-temps.

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« EINSTEIN unifie la notion d’espace et la notion de temps dans une structure quadri-dimensionnelle qu’on appelle l’espace-temps. » (Max TEGMARK)

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Et cette fusion de l’espace et du temps va conduire EINSTEIN à une révélation encore plus hallucinante : la différence marquée que nous voyons entre le passé, le présent et le futur n’est peut-être qu’une illusion.

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Dans la vie de tous les jours, nous percevons le temps comme un flux continu. Mais on peut aussi se le représenter comme une succession d’instantanés ou de moments.

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Tout ce qui se produit doit alors être considéré comme le déploiement d’un moment puis d’un autre puis d’un autre .. (ex. un cheval qui trotte ; une fleur qui s’ouvre ..)

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Et si l’on représentait tous ces moments, ces instantanés les uns derrière les autres, tous les moments ici sur la terre, tous les moments de la terre en orbite autour du soleil, et tous les moments dans l’ensemble de l’univers, on verrait alors tous les événements qui se sont produits ou se produiront un jour.

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Tous les emplacements dans l’espace et tous les moments dans le temps.

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Depuis la naissance de notre univers, lors du big bang – il y a quelques 14 milliards d’années – jusqu’à la formation des étoiles et de la voie lactée ; à la création de la terre, il y a 4,5 milliards d’années, jusqu’à l’époque des dinosaures et aux événements qui se produisent aujourd’hui sur terre comme moi qui travaille dans mon bureau.

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Cette conception de l’espace-temps a conduit EINSTEIN à réfuter notre représentation habituelle du passé, du présent et du futur.

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Pour mieux comprendre cette idée, il faut penser au concept apparemment simple de : « MAINTENANT »

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Une liste de choses dont j’estime qu’elles sont en train de se produire MAINTENANT, pourrait comprendre :

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– l’horloge de mon bureau qui indique midi

– mon chat qui vient de sauter du rebord de la fenêtre

– des choses qui se produisent loin d’ici comme un pigeon en train de prendre son envol à VENISE

– une météorite heurtant à l’instant, la lune

– et l’explosion d’une étoile aux confins de l’univers

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Ces événements et tout ce qui – selon moi – est en train de se produire au même moment, dans le temps mais à différents emplacements de notre univers, forment ma perception intuitive de : MAINTENANT.

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On peut les représenter alignés sur une même tranche d’espace-temps ; appelons cela : « une tranche de MAINTENANT. »

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Le bon sens voudrait que vous, moi et tous les autres, nous tombions d’accord sur ce qui se passe ou sur ce qui existe MAINTENANT – moment après moment après moment après moment -..

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C’est à dire que nous serions tous d’accord sur ce que contient une tranche donnée de MAINTENANT.

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Mais EINSTEIN a montré qu’étrangement, quand on prend en compte le mouvement, cette représentation logique du temps vole en éclats.

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Pour mieux comprendre, imaginez l’espace-temps comme une miche de pain. EINSTEIN a réalisé que tout comme il y a différentes façons de découper une miche de pain en plusieurs tranches, il y a différentes façons de découper l’espace-temps en plusieurs tranches de MAINTENANT.

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C’est à dire que, comme le mouvement affecte l’écoulement du temps, quelqu’un qui bouge n’aura pas la même conception de ce qui est en train de se passer MAINTENANT ; et découpera donc la miche différemment.

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Ces tranches de MAINTENANT n’auront pas le même angle de coupe.

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« La personne qui bouge déviera le couteau. Elle l’orientera selon un angle différent. Ses tranches de temps ne seront pas parallèles aux miennes. » (David KAISER)

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Pour vous faire à l’idée des conséquences bizarres de ce phénomène, imaginez un extra-terrestre ici dans une galaxie, à 10 milliards d’années lumière de la terre ; et tout là-bas sur la terre, la personne de la station service dont on a parlé plus haut.

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S’ils sont tous les 2 stationnaires, qu’ils ne bougent pas l’un par rapport à l’autre, leurs horloges tournent au même rythme et ils partagent les mêmes tranches de MAINTENANT découpées perpendiculairement à la miche.

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Mais regardez ce qu’il se passe si l’extra-terrestre monte sur son vélo et s’éloigne de la terre. Puisque le mouvement ralentit l’écoulement du temps, leurs horloges ne tournent plus au même rythme. Et si leurs horloges ne sont plus en phase, leurs tranches de MAINTENANT ne le sont plus non plus.

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Les tranches de l’extra-terrestre ne sont plus découpées de la même manière ; elles sont désormais tournées vers le passé.

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Comme l’extra-terrestre pédale sans se presser, ses tranches ne dévient que de quelques degrés vers le passé. Mais, à une telle distance, cet angle minuscule produit une différence gigantesque dans le temps. Si bien que la tranche de MAINTENANT de l’extra-terrestre, ce qu’il pense être en train de se produire en cet instant, sur la terre, exclut désormais notre amie de la station service. Et même, 40 ans plus tôt, l’époque où elle était un bébé.

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Etonnament, la tranche de MAINTENANT de l’extra-terrestre s’est étalée sur 200 ans d’histoire terrestre et contient désormais des événements qui font, à nos yeux, partie d’un lointain passé comme, par exemple : BEETHOVEN terminant la 5ème symphonie.

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« Même à une vitesse relativement lente, on peut avoir des désaccords considérables sur la notion de MAINTENANT ; ce qu’il se passe en même temps, si l’on est assez distant dans l’espace. » (David KAISER)

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Et comme si cela ne suffisait pas, la direction vers laquelle vous vous déplacez a aussi son importance.

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Regardez ce qu’il se produit lorsque l’extra-terrestre fait demi-tour et pédale vers la terre.

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La nouvelle tranche de MAINTENANT de l’extra-terrestre dévie vers le futur.

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Elle englobe donc des événements qui ne se produiront sur la terre que d’ici 200 ans.

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Par exemple, la téléportation de l’arrière arrière petite fille de notre amie de la station service, de PARIS à NEW-YORK.

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Quand on sait que votre MAINTENANT peut être ce que je considère comme le passé, ou encore ce que je considère comme le futur, et que votre MAINTENANT est aussi valable que le mien, on comprend que le passé est forcément réel et le futur aussi.

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Ils pourraient être votre MAINTENANT. Ce qui implique que le présent, le passé et le futur sont tout aussi réels. Ils existent tous.

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« Si vous croyez les lois de la physique, le futur et le passé sont tout aussi réels que le moment présent. » (Sean CARROLL)

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« Le passé n’a pas disparu. Et le futur n’est pas non existant. Le passé, le présent et le futur existent tous, exactement de la même manière. » (Max TEGMARK)

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Tout comme on envisage l’ensemble de l’espace comme existant quelque part, on doit envisager que l’ensemble du temps existe quelque part aussi.

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Tout ce qui est déjà arrivé ou qui arrivera un jour : tout existe : depuis le moment où Léonard de VINCI a mis la touche finale à sa JOCONDE, jusqu’à la signature de la Déclaration d’Indépendance américaine ; votre premier jour d’école et des événements qui, de notre point de vue, n’ont pas encore eu lieu comme le 1ER homme sur la planète MARS.

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Avec ses propositions audacieuses, EINSTEIN fait voler en éclats l’un des fondements de notre conception du temps.

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Pour le citer : « La distinction entre le passé, le présent et le futur n’est qu’une illusion, quoique persistance. »

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Mais si tous les moments dans le temps existent déjà, pourquoi avons-nous la sensation très forte que le temps comme, par exemple, ce fleuve, semble toujours aller vers l’avant ?

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Et bien peut-être qu’on s’est trompé et que le temps ne s’écoule pas.

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Peut-être que le fleuve du temps est en fait un fleuve gelé dans lequel tous les moments sont figés à jamais.

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« L’exemple le plus frappant de la façon dont fonctionne le monde, est lié à cet écoulement du temps. La physique fait preuve d’une violence extrême à l’égard de l’expérience quotidienne du temps. » (David ALBERT – Columbia University)

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« Notre expérience du temps est toute entière dans le présent. Tout ce qu’on appréhende, c’est l’instant présent. » (Janna LEVIN)

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« Rien, dans les lois de la physique, ne privilégie un MAINTENANT sur un autre. Si on a l’impression que les choses changent, c’est uniquement d’un point de vue subjectif. » (Max TEGMARK)

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Il faut se dire que tous les moments du temps existent déjà à la manière d’un film contenu en entier sur la pellicule.

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La différence, c’est qu’au cinéma, un projecteur éclaire ou sélectionne une image après l’autre, à mesure qu’elles défilent. Mais dans les lois de la physique, il ne semble pas y avoir de projecteur pour sélectionner un moment parmi tous les autres.

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Notre cerveau crée peut-être cette impression. Mais, en réalité, ce que nous ressentons, tout comme l’écoulement du temps, n’est probablement rien de plus qu’une illusion.

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Si le temps ne s’écoule pas plus que ce fleuve gelé et qu’il est contenu tout entier quelque part, est-il possible de voyager dans le futur ou bien dans le passé ?

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Et si le voyage dans le temps existait, ressemblerait-il à ce qu’on imagine ?

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Personne – à part à HOLLYWOOD – n’a encore réussi à fabriquer une machine temporelle.

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Et pourtant, il est peut-être possible de voyager dans le temps.

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Une des solutions pour voyager dans le temps, serait d’avoir recours à une caractéristique étrange de la gravité ; la force familière qui maintient nos pieds au sol peut avoir un impact important sur le temps.

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Comment la gravité peut-elle intervenir dans la fabrication d’une machine à voyager dans le temps ?

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La théorie d’EINSTEIN montre que la gravité, comme le mouvement, modifie le temps.

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C’est comme si la gravité parvenait à retenir le temps et à ralentir son passage.

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Et plus l’attraction gravitationnelle est forte, plus le temps ralentit.

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Son effet ici, sur la terre, est trop faible pour être perçu. Mais il n’est est pas moins réel.

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Dans un gratte-ciel, comparés aux habitants du dernier étage, ceux du rez-de chaussée ont l’impression que le temps s’écoule un peu plus lentement. Parce que la gravité est légèrement plus forte au sol.

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Mais si on pouvait voyager jusqu’à un trou noir, l’effet de la gravité sur le temps serait énorme.

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Les trous noirs qui se forment lorsque des étoiles massives s’effondrent sur elles-mêmes, ont un champ gravitationnel intense des millions et même des milliards de fois plus fort que celui de la terre.

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Et si quelqu’un vous regardait voyager près d’un trou noir, il verrait le temps se ralentir pour vous de façon spectaculaire.

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« Si vous êtes à côté de ce trou noir et que vos amis vous observent de loin, vous aurez l’air de bouger et de parler lentement. Biologiquement, vous aurez l’air de vieillir plus lentement. Les années qui s’écouleront pour eux seront pour vous des minutes. » (Janna LEVIN)

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Si bien que, selon la taille du trou noir et la distance à laquelle je suis, si je passe une heure ou 2 en orbite, quelques 50 ans se seront écoulés entre temps, sur terre.

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J’aurais voyagé dans le futur de la terre.

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Donc, à mon retour, je me retrouverai dans le futur. Tout le monde aura vieilli de 50 ans mais moi je n’aurais que quelques heures de plus.

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Voyager vers le futur, c’est une chose. Mais que se passe-t-il si je veux aller dans le passé ?

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Et bien, c’est peut-être possible aussi grâce à un phénomène prédit par les équations d’EINSTEIN : les TROUS de VERRE.

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Si les TROUS de VERRE existent, ce sont en quelque sorte des passerelles dans l’espace-temps.

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Des tunnels qui relient non seulement un endroit à un autre mais aussi un moment à un autre.

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« Un TROU de VERRE raccorderait une partie de l’espace-temps à une autre partie plus ancienne de l’espace-temps. Comme une sorte de métro à travers le temps. » (Max TEGMARK)

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Disons que j’aimerais remonter le temps ou me rencontre moi-même au début de cette émission.

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S’il y avait un TROU de VERRE entre ICI et Là-BAS, tout ce que j’aurais à faire, c’est d’y entrer.

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Bon, ce serait un peu bizarre. Mais le vrai problème, si on voyageait dans le passé, c’est que les choses deviendraient rapidement très confuses.

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Imaginez que je modifie quelque chose dans mon passé. Par exemple, que j’empêche mes parents de se rencontrer. Est-ce que cela voudrait dire que je ne vais pas naître ?

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« Si vous remontez le temps, vous ne pouvez pas modifier ce qu’on sait être vrai dans le passé, parce que c’est déjà arrivé. » (Sean CARROLL)

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« Si vous allez dans le passé et que vous tuez celui que vous croyez être votre grand-père, il y a forcément erreur sur la personne. Parce que tout cela doit s’agencer parfaitement, même si c’est de manière détournée. » (Max TEGMARK)

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Et si on peut voyager dans le passé, pourquoi ne sommes-nous pas envahi de touristes venus du futur ?

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Je veux dire qu’on n’a encore jamais vu de voyageur temporel apparaître et disparaître hors de notre monde. En tout cas, c’est l’opinion la plus communément répandue.

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On peut donc se risquer à considérer que c’est tout bonnement impossible de remonter le temps. Du moins, pour l’instant.

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Mais tant qu’elle n’aura pas été exclue mathématiquement, l’hypothèse du voyageur dans le passé ne pourra pas être écartée.

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« Il est assez peu probable que ça devienne un jour une réalité pratique. Mais ça n’est pas interdit, au moins en principe. » (William PHILLIPS – NIST)

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« D’après moi, c’est impossible. Mais ce qui est frappant, c’est que nous n’avons pas encore réussi à prouver ça de façon rigoureuse. » (Max TEGMARK)

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Remonter le temps semble donc hors de portée.

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Mais que dire de l’idée si répandue dans notre vie de tous les jours que le temps lui-même ne se déplace que dans un seul sens : vers le futur ?

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C’est ce qu’on appelle : la FLèCHE du TEMPS

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« La flèche du temps est sans doute le fait le plus flagrant concernant notre univers, que nous ne comprenons pas véritablement. Pourquoi vit-on dans un univers où le temps a une direction ? C’est un mystère. » (Sean CARROLL)

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« Ce n’est pas vrai de l’espace. Dans l’espace, je peux aller de NEW-YORK à CHICAGO. Et puis changer d’avis et aller de CHICAGO à NEW-YORK. Le temps a donc une dimension unidirectionnelle qui nous échappe. » (Joseph LYKKEN – Fermilab)

« Pourquoi ne revient-il pas en arrière ? Et d’ailleurs, qu’est-ce que ça signifie quand on dit que le temps s’écoule en avant, du passé vers le futur ? » (William PHILLIPS – NIST)

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Alors, que pouvons-nous dire sur l’origine de la FLèCHE du TEMPS ?

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Pourquoi ne voit-on les évènements se produire que dans une seule direction ? Pourquoi ne les voit-on jamais se dérouler à l’envers ?

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Cela doit venir des lois de la physique. Elles n’autorisent sûrement pas ce genre de chose.

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EN FAIT : SI.

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Les lois de la physique sont les équations mathématiques que nous utilisons pour tout décrire. Depuis le comportement des atomes, jusqu’au tourbillon des galaxies.

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Elles ont été formulées et vérifiées à travers des siècles d’observation et d’expérimentations.

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Mais bizarrement, rien dans les lois de la physique ne stipule que les évènements doivent se produire selon cette séquence familière qu’on appelle : « EN AVANT DANS LE TEMPS ».

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A en croire ces équations, les évènements pourraient tout aussi bien se produire en sens inverse.

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« La plupart des équations que nous utilisons pour décrire ce qu’on voit dans l’univers, ne disent rien de la direction du temps. Ces équations fonctionnent, qu’on avance dans le temps ou qu’on recule. » (S. JAMES GATES, Jr)

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« On a donc cette contradiction entre la physique qui semble fondamentalement réversible, et une grande partie de notre vie qui semble irréversible. » (Peter GALISON)

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Même si ça va à l’encontre de l’expérience quotidienne, les lois de la physique affirment que les bizarreries de ce genre sont possibles.

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MAIS COMMENT ?

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La réponse est moins tirée par les cheveux qu’on pourrait le croire;

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Voilà pourquoi.

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Nous savons tous ce qui se passera si je laisse tomber ce verre de vin.

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L’idée que ce gâchis pourrait, d’une façon ou d’une autre, s’inverser et se reconstituer en un verre rempli de vin, semble absurde.

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Mais, selon les lois de la physique, c’est pourtant tout à fait possible.

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Tout ce que j’ai à faire, c’est d’inverser la vitesse de tous les constituants du moindre éclat de verre, de la moindre goutte de vin, des moindres molécules et atomes, de liquide, de verre, de table et d’air, juste inverser la vitesse de chacun d’entre eux.

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ET VOILà !

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Mais si les lois de la physique se fichent de savoir si le verre est intact ou en morceaux, pourquoi ne le voit-on jamais se reconstituer ?

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Comment peut-on appliquer les lois de la physique à notre expérience quotidienne ? Il nous manque forcément quelque chose pour comprendre, mais quoi ?

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Pourquoi y-a-t-il la FLèCHE du TEMPS ?

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Comme beaucoup de bonnes énigmes, celle-ci nous entraîne jusque dans un cimetière, en quête d’indices.

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C’est à VIENNE, près de la dernière demeure de BEETHOVEN, BRAHMS, SCHUBERT, STRAUSS, que se trouve la tombe du physicien autrichien de la fin du XIXème siècle : Ludwig BOLTZMANN.

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Gravée sur sa pierre tombale, on peut voir une équation élégante : S  =  K.LOG W

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C’est la formulation mathématique d’un concept fondamental appelé : entropie.

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L’entropie est la mesure d’une chose que nous connaissons tous très bien : le désordre ou le hasard.

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C’est une idée importante parce qu’il y a une tendance générale dans l’univers, à évoluer de l’ordre vers le désordre.

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Mais pour mieux comprendre cette idée, prenons mon livre « la MAGIE du COSMOS » avec ses 569 pages. Il est tout à fait organisé. La page 1 précède la page 2 qui précède la page 3 ainsi de suite.

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Mais nous voulons maintenant arracher les feuilles et laisser faire l’entropie (en les jetant en l’air).

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Comme vous pouvez le constatez, les pages (en tombant) deviennent très désorganisées.

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La raison est évidente. S’il n’y a pour elles qu’une seule façon d’atterrir pour être en ordre, il y a, en revanche, de multiples façons d’atterrir pour être en désordre.

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Il est donc beaucoup plus probable qu’elles atterrissent n’importe comment.

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Et c’est exactement ce qu’il se passe dans notre vie de tous les jours. Les choses évoluent de l’ordre vers le désordre.

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Ici, d’un livre bien agencé, à des pages dispersées au hasard.

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Partout, autour de nous, nous pouvons voir la preuve que l’entropie ou le désordre, augmente au fil du temps.

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Un oeuf se brise et se répand. Les glaçons perdent leur forme cubique en revenant à l’état liquide. Les volutes de fumée deviennent de plus en plus désordonnées.

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« Les états ordonnés évoluent vers le désordre. Et c’est peut-être ce qui apparaît comme la direction d’une FLèCHE DU TEMPS. » (S. JAMES GATES Jr)

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« Et ces degrés d’anarchie, cette mesure du désordre, tendent à s’accroître dans une direction du temps. » (David KAISER)

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« Et pour BOLTZMANN, c’est ça qui commence à créer un ARC DU TEMPS. » (Janna LEVIN)

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C’est peut-être ça la réponse. La FLèCHE DU TEMPS résulterait de la tendance qu’a la nature à évoluer vers un désordre toujours croissant.

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On pourrait croire qu’on progresse. Mais il y a juste un petit problème avec ce raisonnement.

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Puisque les lois de la physique ne font pas la différence entre le future et le passé, l’entropie devrait s’accroître non seulement vers le futur mais aussi vers le passé.

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ET CELA N’A AUCUN SENS.

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« Ce qui implique que l’entropie devrait augmenter où qu’on regarde. Qu’on regarde vers le passé ou vers l’avenir, elle devrait augmenter. » (David KAISER)

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Cela veut dire que les pages de mon livre, dans le passé, serait désorganisées et qu’elles se rassembleraient pour former un livre bien ordonné entre mes mains.

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A quand remonte la dernière fois que vous avez vu un truc comme ça se produire ?

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Comment notre expérience quotidienne peut-elle diverger autant des lois de la physique ? Il manque forcément un morceau du puzzle.

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Si nous sommes certains que le passé devait être plus ordonné et que l’univers tend au désordre, comme nous le dit l’équation de l’entropie, y-a-t-il quelque chose d’autre que les lois de la physique susceptibles d’expliquer ça ?

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Admettons que vous tapiez dans une balle de baseball. Les lois de la physique peuvent vous aider à prédire la trajectoire de la balle. Mais ces lois ne sont pas la seule chose dont vous avez besoin. Si vous passez le film à l’envers, vous verrez qu’il faut aussi prendre en compte les conditions de départ comme, par exemple, la force du coup.

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De la même façon, si les lois de la physique ne peuvent pas nous expliquer la FLèCHE DU TEMPS, il faut peut-être prendre en compte les conditions initiales de l’univers.

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Ce qui nous ramène au BIG BANG.

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Si l’histoire de l’univers était un film et qu’on le passait à l’envers, on verrait l’ordre augmenter à mesure qu’on remonterait dans le temps.

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Progressivement, l’univers actuel avec ses milliards d’amas galactiques dispersés çà et là, retournerait à l’état de nuage de poussière et de gaz sous l’effet d’une contraction.

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« Ces nuages de gaz et de poussière ne cessent de se resserrer. Et si on remonte assez loin, ils se réduisent en un volume de plus en plus petit. » (Sean CARROLL)

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Nous voici enfin arrivés à l’endroit où tout s’arrête.

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Si ce qu’on a là représente l’espace tout entier à chaque moment du temps, alors on peut voir qu’il n’y a tout simplement plus d’espace ni de temps avant cet unique moment.

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Si bien que l’ultime source d’ordre de faible entropie est forcément le tout début de l’univers : le big bang.

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« Le big bang est un état très ordonné. C’est sûrement l’évènement le plus ordonné de toute la physique. » (S. JAMES)

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« Tout ce qui s’est passé par la suite n’a fait qu’augmenter le désordre. » (S. JAMES)

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« Le big bang explique pourquoi l’univers peut sembler différent selon qu’on regarde vers le passé ou vers le futur. Et, par ailleurs, au tout début, l’univers devait être non seulement différent mais aussi très ordonné. » (David KAISER)

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« Pourquoi l’entropie est-elle basse ? On n’en sait rien. Mais on sait au moins que l’univers a commencé à un moment où l’entropie était basse. » (Sean CARROLL)

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On pourrait donc penser que le big bang a mis la FLèCHE DU TEMPS en mouvement.

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On pourrait comparer çà à un réveil mécanique. De la même manière qu’un ressort remonté à fond, libère l’énergie emmagasinée en se détendant, l’univers n’a pas cessé de se détendre depuis le big bang. Et il est devenu de plus en plus désordonné.

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« Notre univers a commencé dans un état d’ordre tout à fait inhabituel. Et c’est pour ça qu’au final, le temps semble avoir une direction. » (Max TEGMARK)

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Nous ne savons pas encore pourquoi notre univers a commencé dans un état très ordonné.

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Mais le fait qu’il en soit ainsi, signifie qu’à chaque fois qu’un verre casse, il prolonge quelque chose qui s’est mis en mouvement il y a plusieurs milliards d’années.

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Le verre se brise mais ne se reconstitue pas parce qu’il soit l’élan naturel de l’ordre vers le désordre qui est apparu après le big bang.

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« On évolue uniquement du passé vers le futur. Et tous les changements qu’on observe depuis la formation des étoiles jusqu’à notre vie, ne sont que des phénomènes, des surfeurs glissants sur la grande vague du désordre croissant de l’univers qui définit la différence entre passé et futur. » (Sean CARROLL)

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Le big bang a donc attaché la FLèCHE du TEMPS à notre univers. Et tout ce qui s’est produit depuis, n’est peut-être que l’élan vers un désordre toujours plus grand qui a commencé avec cet évènement il y a 13 milliards 700 millions d’années.

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Mais si le temps a un début et que le désordre s’accroît, faut-il en conclure que le temps aura une fin ?

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A quoi l’univers ressemblera-t-il dans un futur très lointain ?

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Des découvertes récentes apportent de nouveaux éléments de réponse à cette question.

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Avec la force explosive du big bang, l’espace est entré dans une violente expansion. Et, en conséquence, l’univers continue à s’étendre aujourd’hui.

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Pendant longtemps, la plupart des gens ont pensé que cette expansion devait forcément ralentir.

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C’est à dire qu’on considérait l’espace et sa multitude de galaxies comme une voiture roulant le long d’une autoroute. Si le conducteur lâche l’accélérateur, la voiture ralentit progressivement.

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De la même façon, on pensait que l’univers se dilatait mais à un rythme de plus en plus lent. Or des astronomes ont découvert que l’expansion de l’univers ne ralentit pas : elle accélère.

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Un peu comme si, au lieu de lever le pied, notre conducteur enfonçait l’accélérateur jusqu’à ce que le turbo se mette en marche.

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Et c’est ce qui fait que l’expansion de l’univers est de plus en plus rapide.

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« Notre expansion va s’accélérer. Elle ne va pas ralentir. Cela va à l’encontre de tout ce qu’on a l’habitude de penser. » (David KAISER)

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Tout ça aura des répercussions très étranges dans le futur. Etant donné que l’expansion de notre univers s’accélère, d’ici environ 100 milliards d’années, toutes les galaxies lointaines auront été projetées hors de notre vue. Ce sera comme si notre galaxie était au milieu du néant. Nos descendants n’auront plus aucun point de repère. La lumière des galaxies lointaines effectue un si long voyage pour nous parvenir que, lorsque nous les regardons, nous regardons, en fait, le passé. Si bien que, dans le futur lointain, lorsque ces galaxies ne seront plus visibles, les astronomes découvriront qu’en terme cosmique, le passé est hors de portée.

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Quant à la fin des temps, il y a une théorie qui dit que les trous noirs finiront par dominer le cosmos. Puis ils s’évaporeront à leur tour et ne laisseront rien d »autre que des particules isolées dérivant dans l’espace.

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« Dans un très lointain futur, lorsque tout aura décliné et plus ou moins disparu, il n’y aura plus de changement. Et, sans changement, on n’a pas réellement conscience du temps qui passe. » (Janna LEVIN)

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« S’il n’y a pas d’évènements qui se produisent, il paraît difficile, ne serait-ce que d’imaginer que le temps ait pu exister. » (William PHILLIPS)

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« On ne peut même pas différencier le passé de l’avenir. De façon très concrète, le temps lui-même perdra un jour sa signification. » (Max TEGMARK)

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Il y a envivon 350 ans, Isaac NEWTON qui fut l’un des premiers à envisager le temps d’un point de vue scientifique, a écrit qu’il n’avait pas besoin de définir le temps parce que c’était quelque chose que tout le monde connaissait.

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Mais pour parvenir à concilier notre expérience du temps avec la véritable nature du temps, nous avons été obligés de remettre en cause certaines de nos croyances les plus profondes.

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Nous savons désormais que, dans chaque évènement qui va de l’ordre au désordre, il y a un lien avec le big bang lui-même, qui nous donne la FLèCHE DU TEMPS.

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La notion rationnelle d’un temps unique gouvernant l’univers, a cédé la place à une représentation dans laquelle le temps est différent pour chacun d’entre nous.

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L’écoulement du temps qui nous semble tout aussi réel que celui d’un fleuve, n’est peut-être rien de plus qu’une illusion.

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Le passé, le présent et le futur existeraient tous sur un pied d’égalité.

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Notre expérience quotidienne du temps exercera toujours une forte influence. Nous continuerons à imaginer que le temps est universel, que le passé a disparu et que le futur doit encore se réaliser.

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Mais grâce aux découvertes scientifiques, nous pouvons aussi regarder au-delà de l’expérience et admettre que nous faisons partie d’une réalité beaucoup plus riche et beaucoup plus complexe. »