Alors qu’aujourd’hui encore sa véritable nature échappe aux physiciens, un nouveau modèle théorique suggère que le temps est une illusion induite dans notre dimension par l’intrication quantique. Dans cette vision, un observateur extérieur à notre univers percevrait celui-ci comme étant statique et immuable, tandis que de notre côté il semblerait soumis à un effet temporel malléable. En d’autres termes, le temps ne serait ainsi pas une quantité fondamentale de notre réalité physique.
Du point de vue de la physique classique, le temps est considéré comme une variable essentielle qui ne peut être remise en question. Il est si profondément ancré dans notre perception de la réalité qu’on pensait auparavant qu’il n’était pas nécessaire d’en déterminer la véritable nature. La majorité de nos connaissances concernant le temps découle notamment de notre expérience interne. Notre cerveau interprète par exemple son écoulement comme une succession de souvenirs immédiats.
Cependant, cette vision relativement restreinte a été remise en question lorsque la relativité générale d’Einstein et la mécanique quantique ont donné des définitions différentes du temps. Du point de vue de la relativité, il est intégré dans la structure même de l’Univers. Notre réalité physique se déroule dans le tissu de l’espace-temps. Les trois dimensions de l’espace physique sont en quelque sorte combinées avec celle du temps, nous faisant ainsi évoluer dans un univers à quatre dimensions. Les événements qui se produisent sont ainsi des points dans cet espace-temps, qui peut être déformé par la gravité.
En revanche, en mécanique quantique, le temps est un paramètre externe et immuable, contrairement aux autres propriétés des objets quantiques. Le temps y est en quelque sorte considéré comme une conséquence de l’enchevêtrement (ou intrication) quantique. Enregistrer son écoulement nécessite ainsi une mesure par un observateur externe au système enchevêtré. L’enchevêtrement quantique est un phénomène au cours duquel deux objets sont si inextricablement liés qu’ils peuvent s’influencer l’un l’autre, quelle que soit la distance qui les sépare.
Or, étant donné que la relativité générale et la mécanique quantique décrivent des objets à des échelles différentes, mais existant dans le même univers, les physiciens estiment que la conception du temps devrait être cohérente entre eux. Dans leur nouvelle étude décrite dans Physical Review A., des chercheurs de l’Université de Florence et de La Sapienza (en Italie) proposent un nouveau concept expérimental explorant la nature quantique du temps. Plus précisément, leur objectif était d’établir un pont entre sa nature quantique et classique.
Un pont entre la nature classique et quantique du temps
L’hypothèse du temps découlant de l’enchevêtrement quantique a été proposée pour la première fois par les physiciens Don Page et William Wootters en 1983. L’idée est que lorsqu’un observateur utilise par exemple un photon comme horloge de référence afin d’observer sa paire intriquée, le système évoluerait avec le temps. En d’autres termes, l’observateur voit le second photon subir les effets du temps qui s’écoule en raison de son enchevêtrement avec le premier, servant d’horloge. En revanche, pour un observateur extérieur au système intriqué, celui-ci semblerait statique. Cela signifierait que le temps n’est pas une variable, mais un résultat de l’intrication.
Afin d’explorer cette hypothèse, les chercheurs italiens proposent de représenter l’horloge avec un système de minuscules aimants intriqués avec un oscillateur harmonique quantique (un système dont l’évolution dans le temps est périodique). « Nous étudions comment la dynamique quantique se transforme en un comportement de type classique lorsque les conditions liées à la macroscopique sont remplies par l’horloge seule, ou par l’horloge et le système en évolution », ont-ils écrit dans leur document.
D’après leurs calculs, plutôt que de tenir compte du temps en tant que variable, la nouvelle équation relève plutôt les états quantiques des aimants. En étendant le système aimants-oscillateur à une échelle plus grande, ils ont constaté que le temps reste tout de même une conséquence de l’intrication, même pour les objets qui semblent davantage classiques que quantiques.
En outre, bien que basée sur la nature quantique du temps, leur équation concorde avec celles utilisées depuis le 19e siècle pour décrire le comportement d’objets classiques, tels que de simples poids en fer. Cette cohérence suggère que la seule manière de définir le temps est de le considérer comme fondamentalement quantique.
Cela signifierait que si nous parvenons à percevoir l’écoulement du temps, notre réalité serait en quelque sorte enchevêtrée avec une autre dimension physique. Ainsi, du point de vue d’un observateur extérieur situé dans un univers dépourvu d’intrication, le nôtre semblerait entièrement statique. Certaines théories suggèrent d’ailleurs que notre univers était à ses débuts statique et ainsi dépourvu d’intrication.
Ces résultats concordent avec ceux d’une précédente expérience montrant l’émergence du temps dans un système à deux photons intriqués. Toutefois, la démonstration expérimentale du nouveau concept proposé est confrontée à des défis de taille. D’autre part, l’étude n’a pas exploré ce qui arriverait au système si l’horloge et l’oscillateur interagissaient entre eux. Certains experts estiment que cela permettrait probablement de découler sur de nouvelles théories expérimentables pour la gravité quantique.