Des physiciens ont réussi à créer un ensemble de conditions dans lesquelles le temps semble s’écouler à l’envers. Tandis qu’il est clair pour nous tous que la flèche du temps pointe uniquement vers l’avenir, les physiciens ont toujours eu du mal à démontrer pourquoi cela nécessairement le cas.
Penser à un mélange de chloroforme et d’acétone pour rechercher des indices concernant le temps et son écoulement, pourrait sembler bien étrange. Mais, des chercheurs ont utilisé une telle combinaison pour créer des conditions où, dans certains cas, le temps semble effectivement reculer…
Cette recherche ne nous permettra pas d’effectuer des voyages dans le temps, mais elle pourrait nous aider à comprendre pourquoi l’Univers est « coincé » dans cet écoulement du temps à sens unique. Cette expérience récente a été menée par une équipe internationale de physiciens qui s’est concentrée sur une caractéristique principale que nous utilisons souvent pour définir le temps : le mouvement de l’énergie.
Intuitivement, le temps est un concept relativement simple à saisir. Par exemple, nous pouvons nous souvenir du passé et non du futur. Mais en décomposant les éléments en règles simples, nous découvrons qu’il n’y a pas de raison claire pour laquelle une cause devrait forcément venir avant son effet. Aux niveaux les plus petits, nous pouvons inverser la formule décrivant les mouvements et les interactions des particules.
Alors pourquoi est-ce que le temps n’oscille-t-il pas ? Un élément de réponse réside dans ce que l’on appelle l’entropie. En effet, dans un système qui ne peut pas gagner de l’énergie de l’extérieur, comme l’Univers, les éléments tendent à passer d’un état ordonné à un état désordonné, donnant aux systèmes à grande échelle un biais quant à la manière dont l’énergie est distribuée.
En termes de lois de la thermodynamique, cela signifie que vous ne pouvez pas mettre un objet chaud dans une pièce froide et vous attendre à ce que la pièce refroidisse et/ou que l’objet devienne plus chaud. Les éléments chauds ont tendance à se refroidir. Même si cela ne nous explique pas exactement pourquoi et comment le temps existe, la thermodynamique nous propose au moins une direction à explorer.
Diverses expériences ont démontré que, même au niveau quantique, les particules se comportent généralement d’une manière qui dépend des conditions initiales de départ. En d’autres termes, elles « vont de l’avant ».
Mais y a-t-il des limites à cette généralisation ? Apparemment oui, du moins selon les résultats de cette expérience. L’équipe a examiné le chloroforme, une molécule composée d’un atome de carbone relié à un atome d’hydrogène ainsi qu’à trois atomes de chlore. Les chercheurs ont utilisé un champ magnétique puissant pour aligner les noyaux des atomes de carbone et d’hydrogène lorsque les molécules ont été suspendues dans l’acétone, et ont manipulé une propriété de leurs particules, appelé spin. Cela leur a permis « d’écouter » leur comportement alors qu’ils chauffaient lentement les noyaux en utilisant la résonance magnétique nucléaire.
Selon les règles concernant le temps, au fur et à mesure qu’un noyau se réchauffe, il devrait transférer ses mouvements aléatoires aux particules plus froides jusqu’à ce qu’elles soient toutes les deux à la même température, un changement qui serait caractéristique et reconnaissable dans leurs états énergétiques respectifs.
Dans des conditions normales, c’est exactement ce qui s’est passé. Mais les chercheurs ont découvert une exception pour le moins intrigante, lorsque les particules étaient corrélées. Cela signifie que certaines probabilités se sont verrouillées ensemble à distance, grâce à des interactions précédentes, un peu comme une version moins complexe de l’intrication quantique.
La corrélation des particules a souligné une différence significative quant à la façon dont l’énergie était partagée entre les corps : les particules d’hydrogène chauffées devenaient encore plus chaudes, tandis que leurs partenaires de carbone, plus froids et enchevêtrés, devenaient plus froids. En d’autres termes, l’étude a révélé l’équivalent thermodynamique de l’inversion du temps dans une toute petite fraction de l’Univers. « Nous observons un flux de chaleur spontané allant du système froid vers le système chaud », expliquent les chercheurs.
La recherche a été publiée sur le site arXiv.org. Nous devrons donc à présent attendre que l’étude soit évaluée par des pairs. Bien que ce travail ait été limité à une très petite échelle, cela a permis de démontrer que la flèche du temps n’est pas absolue. La démonstration fournit également des détails prometteurs sur les domaines où la mécanique quantique et la thermodynamique se rejoignent. Puis, sur le plan pratique, l’expérience a également montré comment la chaleur peut être canalisée de manière étrange en utilisant les règles de la physique quantique, ce qui pourrait avoir des applications techniques intéressantes par la suite.
Il faudra à présent des études supplémentaires pour comprendre dans les détails comment évoluent ces systèmes minuscules, par rapport à un système aussi vaste que l’Univers.
