Bien que la nature et la dynamique du temps constituent l’une des plus grandes énigmes de la physique moderne, le consensus actuel s’accorde sur le fait que la direction de la flèche du temps (du passé vers le futur) est dictée par l’entropie ; c’est-à-dire l’augmentation progressive du désordre. Cependant, l’entropie pourrait en réalité être une conséquence de la dynamique du temps, plutôt que sa cause. C’est l’hypothèse avancée par la physicienne Joan Vaccaro, proposant que des dilatations temporelles à l’échelle quantique, dues à des violations de la symétrie temporelle T, seraient responsables de la dynamique temporelle que nous observons aujourd’hui. Des physiciens ont donc décidé de tester expérimentalement cette idée dans un réacteur nucléaire.
Il y a quelques années, la physicienne australienne Joan Vaccaro a proposé une nouvelle théorie quantique du temps, et maintenant, une équipe envisage de tester l’hypothèse en recherchant des signes de dilatation du temps dans un réacteur nucléaire. La « flèche du temps » pointe du passé vers le futur, mais la physique a du mal à expliquer pourquoi elle favorise une direction par rapport à l’autre. L’explication la plus largement acceptée de cette asymétrie est couverte par la deuxième loi de la thermodynamique, qui indique que le temps a tendance à s’écouler dans le sens de l’augmentation de l’entropie.
Mais selon la théorie quantique du temps de Vaccaro, l’entropie est davantage un symptôme de l’écoulement du temps que sa cause profonde. Elle utilise l’analogie d’un arbre dans le vent : alors que les feuilles (entropie) peuvent sembler secouer l’arbre, elles ne sont pas responsables du mouvement elles-mêmes, mais sont le résultat d’une autre force (vent). Dans cette nouvelle théorie, le « vent » est créé par des violations de symétrie d’inversion de temps (violations de la symétrie T).
Dynamique temporelle : elle serait issue de violations temporelles à l’échelle quantique
La physique considère l’espace et le temps comme interconnectés dans l’espace-temps. Mais la nature semble traiter les deux différemment. Par expérience, nous savons, par exemple, que les objets sont localisés dans l’espace — un livre, un arbre ou une personne en particulier ne peut être trouvé qu’à un endroit spécifique. Pourtant, ce n’est pas le cas pour le temps — ce même livre, arbre ou personne, peut être trouvé à plusieurs reprises. Parce que l’espace-temps est une seule entité, théoriquement les objets localisés dans l’espace devraient également être localisés dans le temps, entrant et sortant de l’existence.
De toute évidence, ce n’est pas notre expérience avec l’Univers et cela va à l’encontre des lois du mouvement et de la conservation de la masse. Mais, les violations de la symétrie T empêchent la matière de rester localisée dans le temps, propose Vaccaro. En raison de ces violations, les objets n’apparaissent et disparaissent pas au hasard, ils existent en permanence. Ce que nous appelons les lois du mouvement et de la conservation de la masse sont plutôt des symptômes de ces violations de la symétrie T.
Vaccaro avance que quelque chose à l’échelle quantique crée des violations locales de symétrie T, et si suffisamment d’entre elles se produisent, cela pourrait commencer à avoir un effet plus large à l’échelle macroscopique, produisant la dynamique temporelle que nous observons. La théorie quantique du temps de Vaccaro s’éloigne de manière importante de la physique actuellement acceptée, et elle admet librement qu’elle est controversée et peut très bien être fausse. Mais surtout, comme toute bonne hypothèse, il existe un moyen de la tester expérimentalement.
Tester l’hypothèse de dilatation quantique du temps dans un réacteur nucléaire
Ainsi, dans une nouvelle étude, des chercheurs de l’Université Griffith, du National Measurement Institute (NMI) et de l’Australian Nuclear Science and Technology Organization (ANSTO) ont prévu de mesurer ces violations T en provenance des neutrinos. Les neutrinos et leurs équivalents d’antimatière, les anti-neutrinos, sont produits dans des réacteurs nucléaires, c’est donc là que la nouvelle expérience sera menée.
L’équipe a installé deux horloges atomiques extrêmement précises dans le réacteur OPAL à Sydney, et l’idée est que si les horloges se désynchronisent, ce serait la preuve d’une dilatation quantique du temps, qui serait elle-même la preuve de violations locales de la symétrie T. La dilatation du temps est un phénomène bien étudié, prédit par la théorie de la relativité. Vaccaro indique qu’il n’y a actuellement aucune raison de croire que la dilatation du temps devrait également se produire dans un réacteur nucléaire, donc si un indice est observé, cela pourrait étayer son hypothèse.
Pour enquêter, l’équipe utilisera deux stations de chronométrage, l’une placée à 5 m du réacteur et l’autre à 10 m. Chaque station contient une horloge primaire au césium, trois horloges secondaires et une série de systèmes de mesure qui compareront les horloges jusqu’à moins d’un milliardième de seconde, à la recherche d’éventuels écarts. L’expérience recueillera des données en continu pendant six mois, y compris des périodes régulières où les réacteurs seront arrêtés pour maintenance. Celles-ci serviront de contrôles utiles, car à tout moment les effets de dilatation devraient cesser pendant le temps d’arrêt.