Le temps : absolu ou relatif ?

 Samy Sisaid, étudiant à l'école Polytechnique, est en stage au lycée. Il participe à l'accompagnement éducatif de nos élèves.

Les mardis 9 et 16 décembre, il a organisé, dans ce cadre, une conférence scientifique sur le thème du temps.

Samy Sisaid a d'abord rappelé que l'on aborde la question du temps par des échelles fixes de durée : heures, jours, années, etc. qui ne dépendent pas de nos perceptions psychologiques. Pour un homme, le temps peut passer parfois beaucoup trop vite, alors qu’à d’autres moments une minute semble durer longtemps. Le rêve brouille d’ailleurs encore plus notre perception du temps, puisque nous pouvons rêver aussi bien du passé que du futur.  Les règles de temporalité semblent alors complètement disparaître. On ressent donc une distinction entre un temps psychologique, par nature relatif, et un temps physique qui nous semble universel et donc absolu.

Isaac Newton a défendu cette idée d’un temps physique absolu qui s’oppose au temps psychologique, mais cette théorie a été remise en cause par Albert Einstein en 1905. Newton a exposé ses principales théories dans les Principia :

• le principe d’inertie : un corps soumis à une force nulle ou à des forces qui se compensent conserve uniformément son mouvement (ou son absence de mouvement) ;
• la vitesse de la lumière ne possède pas de limite ;
• le principe de causalité : un effet ne précède jamais sa cause ;
• la loi de la composition de la vitesse : un homme qui marche dans un train cumule sa vitesse de marche avec celle du train dans un référentiel terrestre.

Paul Dirac a montré au contraire qu’il existait des particules pouvant disparaître avant d’apparaître. C’est pour conserver le principe de causalité, qu’a été développée la théorie de l’antimatière. Le principe de causalité revient à dire qu’il existe une direction au temps, une “flèche”. On peut au final considérer que c’est le principe d’entropie qui définit cette “flèche” en dehors des actions réversibles (= qui ne créent ni ne détruisent de l’ordre), autrement dit,  le temps s’écoule dans le sens d’une augmentation du degré de désordre dans l’univers.

La découverte de la théorie électromagnétique de la lumière a remis en question l’idée d’un temps absolu. En effet, dès lors que l’on admet qu’il existe une vitesse de la lumière valable quelle que soit le référentiel, on ne peut appliquer la loi de composition de la vitesse à la lumière, sauf à admettre que c’est le temps qui évolue. C’est donc parce que la vitesse de la lumière est constante que le temps ne peut être que relatif. Celui-ci s’écoule d’autant moins vite que la vitesse de l’espace concerné est grande. On en arrive alors à l’idée d’un univers non en trois mais en quatre dimensions (c’est ce que l’on appelle l’espace de Minkoski à 4 dimensions). Cette théorie de la relativité restreinte a été découverte par Albert Einstein à l’âge de 26 ans.

On s’est également aperçu que la notion de simultanéité est elle aussi relative. Lorsque l’on actionne deux interrupteurs en même temps sans se déplacer, on peut voir les deux lumières s’allumer au même moment. Mais si l’on se déplace, notre perception change : selon le sens du mouvement une des deux lumières s’allume en premier. De même, si l’on imagine un extraterrestre immobile à plusieurs millions d’années lumières, celui-ci sera synchronisé avec notre présent. En revanche, s’il s’éloigne de la Terre, il sera synchronisé avec notre passé ; s’il se rapproche, il sera synchronisé avec notre futur. On parle alors de la théorie de "l’univers bloc" pour décrire le fait que dans l’espace co-existent notre présent, notre passé et notre futur.

Albert Einstein a ajouté à la théorie de la relativité restreinte celle de la relativité générale : plus une masse importante est proche et plus le temps s’écoule lentement. C’est cette théorie qui est notamment utilisée par le film Interstellar lorsque la navette spatiale s’approche d’un trou noir.

La notion de temps est également un concept important en biologie : son étude est appelée chronobiologie. La vie des êtres vivants est fondée avant tout sur la lumière. Celle-ci engendre des phénomènes à la fois endogènes (dont la cause est interne, ce qui signifie ici qu’elles sont liées à la génétique) et exogènes (dont la cause est externe). Pour l’homme, le rythme de la vie dépend de la lumière : lorsque il fait nuit, l’hypothalamus (qui est une région du cerveau) active les phases de sommeil ; lorsque il fait jour, l’hypothalamus active les phases d’éveil. C’est la mélatonine qui est l’hormone de régulation des rythmes de sommeil.

La chronobiologie s’intéresse également au vieillissement des êtres vivants. Les recherches en génétique ont montré que les parties terminales des chromosomes, que l’on nomme télomères, ne sont pas codantes (autrement dit, elles ne permettent pas la production de protéines). Ces télomères ont en fait pour fonction de préserver du vieillissement, puisque sans eux les chromosomes s’usent. Avec le temps, la télomérase fonctionne de moins en moins bien ce qui explique le vieillissement des individus. Des expériences ont d’ailleurs été menées sur des souris pour montrer qu’en injectant des enzymes de télomérase on pouvait retarder considérablement le vieillissement de ces souris et donc allonger leur espérance de vie.