Les bizarreries de la dimension temporelle (2)

Dans mon article précédent, j'ai présenté quelques exemples qui montrent que notre intuition peut être prise en défaut quant à notre conception habituelle du temps. La relativité et la mécanique quantique en sont les deux grandes responsables dans le domaine de la physique. Pour terminer cet article, je mentionnais l'intrication quantique, un phénomène auquel se rattache le fait qu'une cause et son effet peuvent survenir simultanément et indépendamment de la distance qui les sépare. Afin de préserver l'idée d'un enchaînement causal dans le temps, certains théoriciens ont imaginé une rétrocausalité avec des signaux se propageant à rebours dans le temps aussi bien que dans le sens habituel. Le plus délicat est de concevoir ce type de solution sans entraîner de paradoxe. Cette difficulté a dû être surmontée également dans d'autres contextes.

Le temps négatif

Il est de fait possible de concevoir un temps négatif en physique quantique. Dès les années 1940, Ernst Stueckelberg et, indépendamment, Richard Feynman ont proposé que le positron – l'antiparticule de l'électron – puisse être vu comme un électron se déplaçant à rebours dans le temps avec une énergie positive. Dans son article de 1949 intitulé « La théorie des positrons », Feynman démontra qu'un positron pouvait être considéré comme un électron se propageant dans le temps à rebours. Cette interprétation expliquait pourquoi les positrons ont la même masse et le même spin que les électrons, mais une charge opposée. Feynman a toutefois expliqué qu'on ne peut pas utiliser un positron pour communiquer avec le passé ni interagir d'aucune façon avec des événements révolus. En dépit, ou peut-être grâce, à cette restriction, la porte était dorénavant grande ouverte à l'exploration du temps négatif.

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Des écarts à la thermodynamique

La physique quantique ne nous contraint pas à ne considérer que des phénomènes qui n'impliquent que quelques particules. Parfois c'est un domaine macroscopique qui se révèle sous un aspect quantique. L'état superfluide d'un liquide ou d'un gaz en constitue des exemples. La flèche du temps de la thermodynamique s'exprime, entre autres, à travers l'équation de la chaleur de Fourier. La diffusion thermique empêchant la refocalisation spontanée d'un signal thermique à rebours. On découvrit toutefois que dans un milieu superfluide, le déplacement de la chaleur se manifeste par des effets ondulatoires. Ces ondes peuvent rétropropager cette chaleur en inversant son mouvement. La propagation de ces fluctuations de température suit une équation d'onde linéaire comparable à celle de l'acoustique, ce qui rend le système mathématiquement réversible. La physique des ondes est différente de celle des grands ensembles de particules et il est plus aisé de concevoir des phénomènes de retournement temporel. Dans une enceinte fermée contenant un superfluide, une onde peut rebrousser chemin un grand nombre de fois de façon alternative pour donner naissance à une onde stationnaire pour laquelle la direction temporelle alterne dans un mouvement de va-et-vient. Et cela pour une onde qui transporte de la chaleur.

Dans certains cas, la physique classique seule suffit à nous faire observer le phénomène de rétropropagation dans le temps. Mathias Fink, Emmanuel Fort et leurs collègues on crée une onde, dont la structure peut être plus ou moins complexe, dans une cuve d'eau. Durant la propagation de ce mouvement ondulatoire, les chercheurs ont créé une perturbation forte, mais très brève, dans ce cas précis, une accélération verticale de la cuve. L’onde s'est divisée alors en deux : la première continue de se propager normalement tandis que la seconde rebrousse chemin et se refocalise à la source de l’onde initiale. On parle dans l'article d'onde à inversion temporelle. Cette seconde onde équivaut à l’onde initiale qui remonterait le temps.

Que signifie pour ces phénomènes de type ondulatoire qu'une onde voyage à rebours dans le temps? Si une personne pouvait voyager dans le passé, on devrait la voir disparaître sans quoi elle se retrouverait à deux époques simultanément. Pour les phénomènes ondulatoires dont il est question ici, ce n'est pas le cas. Ces ondes qui rebroussent chemin pour revenir à leur source d'émission ne disparaissent pas de notre présent. Nous pouvons continuer de les modifier. Une interprétation pourrait être proposée : l'onde voyagerait à rebours dans le temps, mais uniquement dans son référentiel. Hors de son système de référence, la propagation de son énergie continue d'être orientée vers le futur. Est-ce concevable ou, au contraire, cette interprétation ne nous conduirait-elle pas à un paradoxe? La relativité restreinte nous a habitués à considérer la possibilité que le temps ne s'écoule pas de la même façon à l'intérieur d'un système de référence et à l'extérieur de celui-ci, mais peut-elle nous permettre de concevoir que le temps puisse s'écouler dans deux directions opposées? Dans le prochain article de cette série, je pointerai du doigt le fait que la possibilité soit offerte au temps de prendre des directions différentes.