The Ontology of Time. We Had It Backwards

Jim Al-Khalili, physicien théoricien et auteur du livre sur le temps, discute des idées fausses en physique quantique et des mystères du temps avec Kurt Jüngle. Al-Khalili commence par aborder le problème de la mesure en physique quantique, qu'il considère comme la notion la plus mal expliquée. Il décrit le problème comme l'interaction d'un système quantique avec son environnement, conduisant à la décohérence. Autrefois, on pensait que cette interaction nécessitait un système classique, voire un observateur conscient, mais nous savons maintenant que l'intrication du système quantique avec un environnement vaste et complexe provoque la décohérence. Cela tue la superposition, mais ne sélectionne pas un unique résultat. La question persiste : que deviennent les autres options ? L'interprétation des mondes multiples d'Everett propose qu'elles existent dans d'autres réalités, une idée qu'Al-Khalili trouve persuasive pour ce problème spécifique, bien qu'il ne soit pas un fervent partisan de cette interprétation. Il partage son parcours personnel, expliquant comment la lecture de biographies des pères fondateurs de la mécanique quantique l'a passionné pour le sujet après un cours initial peu inspirant. Il a ensuite poursuivi un doctorat et a commencé à remettre en question la vision standard de Copenhague. Il a co-fondé le "Carlsberg group" pour discuter des interprétations de la mécanique quantique. Au fil de sa carrière, il s'est rangé du côté des interprétations réalistes, qui postulent une réalité objective indépendante de la mesure. Il cite trois interprétations principales : les mondes multiples d'Everett, la théorie de l'onde pilote de De Broglie-Bohm (mécanique bohmienne) et l'effondrement spontané. Il exprime son désir que la mécanique bohmienne soit correcte, mais souligne qu'il ne s'agit pas d'une conviction, car toutes les interprétations ont leurs problèmes. Al-Khalili explique que l'interprétation réaliste implique l'existence de variables cachées, comme le fait qu'un électron a toujours une position définie, même si nous ne pouvons pas la connaître. La mécanique bohmienne est une telle interprétation. Cependant, pour qu'elle soit valide, il faut sacrifier la localité, une idée contredite par le théorème de Bell qui a montré que l'univers est non-local. Il est à noter qu'un défenseur de la théorie de l'onde pilote, Anthony Valentini, suggère que si cette théorie est correcte, Einstein aurait eu tort non seulement sur la mécanique quantique, mais aussi sur la relativité, car elle impliquerait des interactions plus rapides que la lumière. Al-Khalili admet que cela le rend nerveux, car renoncer à la relativité restreinte d'Einstein serait un prix élevé à payer. Il discute de la non-localité en mécanique quantique, affirmant que la fonction d'onde est non-locale et que les corrélations quantiques sont instantanées. Il croit que si la non-localité est réelle, le monde est non-local, même si nous ne pouvons pas l'utiliser pour envoyer des signaux plus vite que la lumière. Il ne considère pas le terme "corrélations quantiques" comme suffisant, préférant "connectivité quantique". Abordant le thème de l'explication scientifique, Al-Khalili souligne l'importance de l'empathie envers le public. Son expérience d'explication de la physique à des non-scientifiques l'a aidé à affiner ses compétences. Il tire une grande satisfaction de la compréhension des autres. Il note un changement dans la perception de la communication scientifique, qui est devenue plus respectable. Auparavant, les scientifiques qui s'engageaient dans la vulgarisation étaient souvent considérés comme ayant abandonné la "vraie science". Il cite des exemples comme Richard Feynman et Carl Sagan, qui sont devenus des communicateurs renommés. Sa génération, comme Brian Greene et Sean Carroll, a réussi à maintenir la crédibilité académique tout en étant d'excellents communicateurs. Il conseille aux jeunes scientifiques de d'abord établir leur crédibilité académique avant de se lancer dans la communication à plein temps. Jüngle pose la question de ce que fait un électron quand personne ne le regarde. Al-Khalili explique que, selon l'interprétation bohmienne, l'électron est une particule réelle avec une position et une énergie définies. Cependant, la vision standard de Copenhague dirait que cette question est mal posée, car la mécanique quantique ne décrit que la probabilité de trouver un électron dans un certain état lors de la mesure. Il se positionne comme un "ontologiste", croyant en une réalité objective que la physique doit découvrir, contrairement à la vision "épistémologique" de Bohr, qui se concentre sur ce que nous pouvons dire du monde. Il critique l'attitude positiviste ou instrumentaliste, qui considère comme dénué de sens tout ce qui ne peut être mesuré ou prouvé empiriquement. Il explique le concept de l'univers-bloc, issu de la relativité restreinte d'Einstein et des travaux de Hermann Minkowski. L'univers-bloc combine l'espace et le temps en un continuum quadridimensionnel, où tous les moments passés, présents et futurs coexistent et sont également réels. Notre perception du "maintenant" comme un moment privilégié et du "flux du temps" est une perception psychologique (temps manifeste), absente des équations fondamentales de la physique (temps physique). Il distingue le flux du temps de la flèche du temps, cette dernière étant une directionnalité tangible et irréversible présente dans l'univers. Al-Khalili identifie plusieurs flèches du temps : la flèche thermodynamique (l'entropie ne peut que croître), la flèche causale (les causes précèdent les effets), la flèche quantique (la décohérence est irréversible) et la flèche cosmologique (l'expansion de l'univers). Il soutient qu'il existe une "flèche maîtresse" du temps, fondamentale et non subjective, qui existait avant l'apparition de la vie. Il affirme que les équations dynamiques de la physique, qui sont symétriques dans le temps, ne racontent pas toute l'histoire. Elles sont des idéalisations qui s'appliquent uniquement aux systèmes isolés. Or, dans notre univers, rien n'est vraiment isolé, et cette interaction constante est ce qui crée une flèche du temps. Le seul système véritablement isolé est l'univers entier, ce qui rend la question de la symétrie temporelle à l'échelle cosmique plus complexe. Il aborde l'hypothèse du passé, qui postule que l'univers a commencé avec une très faible entropie au Big Bang, ce qui explique l'augmentation observée de l'entropie. Il considère cela comme une "tricherie" car cela brise l'invariance de la translation temporelle, mais reconnaît que les cosmologistes l'acceptent souvent. En désaccord avec Carlo Rovelli, Al-Khalili croit en la réalité et la fondamentalité du temps et de sa directionnalité. Pour lui, la flèche du temps est intrinsèque à l'univers, et pour qu'il y ait une flèche, le temps lui-même doit être réel. Il est ouvert à l'idée que le temps puisse être une propriété émergente d'une réalité plus fondamentale, tout comme la température émerge des vibrations des particules. Il espère qu'une théorie de la gravité quantique unifiée offrira une image cohérente du temps. Il exprime sa sympathie pour la théorie des ensembles causaux, qui traite le temps d'une manière qu'il trouve plus confortable, en affirmant que le temps est réel et a une direction. Il est plus sceptique vis-à-vis de la théorie des cordes, qui, malgré ses avancées mathématiques, n'a pas encore tenu ses promesses. Concernant la question de ce qu'est le temps, il estime que nous ne pourrons jamais y répondre objectivement car nous sommes intrinsèquement intégrés au temps et ne pouvons pas l'observer de l'extérieur. Il conclut en réaffirmant sa conviction que le temps existe et a une direction, indépendamment de notre observation.