L’énigme du temps qui avance, un concept qui a longtemps dérouté les scientifiques, pourrait être sur le point d’être réinterprétée grâce à une nouvelle étude. Le Professeur Mahendra Verma de l’Institut Indien de Technologie de Kanpur propose une approche inédite pour déterminer la progression du temps, en utilisant le concept de cascade d’énergie.
Le temps, une question de perspective
Le temps, dans sa progression apparente du passé vers le futur, est souvent décrit comme une flèche. Cette notion de temps linéaire est toutefois mise à mal par les lois de la physique. En effet, les équations mathématiques de ces lois restent parfaitement valides lorsque nous substituons t par -t, c’est-à-dire lorsque nous inversons le temps. Comment alors expliquer notre monde, si rempli de phénomènes irréversibles et si clairement asymétrique dans le temps ?
« La flèche du temps est une question importante du point de vue de la biologie, de la conscience et de la cosmologie », commente le Professeur Verma. Ce concept intéresse les biologistes dans leur étude de l’évolution et du vieillissement, les cosmologistes dans leur compréhension de la façon dont l’Univers a commencé et évolue, et les philosophes dans leur quête de réponse à la question « Le temps est-il réel ?« .
La thermodynamique et la flèche du temps
Les scientifiques pensent généralement que la deuxième loi de la thermodynamique définit la flèche du temps. Ils décrivent une entité appelée entropie, qui est une mesure du degré de désordre dans un système et peut être exprimée mathématiquement.
La deuxième loi de la thermodynamique stipule que l’entropie d’un système isolé ne peut jamais diminuer ; elle peut soit rester la même, soit augmenter. Ainsi, la direction de l’augmentation de l’entropie est la direction vers l’avant du temps, et la direction de la diminution de l’entropie est la direction inverse du temps.
Une nouvelle définition du temps
Dans son travail publié dans le journal European Physical Journal B, le Professeur Verma propose une définition alternative du temps qui avance. Il note que dans les systèmes dissipatifs, l’énergie circule toujours des grandes échelles ou des gros morceaux vers les petites échelles ou les petits morceaux, et cela définit la flèche du temps.
Quand nous versons du lait dans une tasse de café et le remuons, nous voyons un gros morceau de lait tourbillonner puis se transformer en vortex, de plus en plus petits. Les morceaux blancs deviennent progressivement bruns et finissent par se mélanger complètement avec le café. L’énergie que nous fournissons en remuant est transférée au gros morceau de lait, qui se divise en morceaux plus petits. L’énergie se transfère ensuite à ces plus petits morceaux, qui se divisent en morceaux encore plus petits, et la «cascade d’énergie» continue jusqu’à ce que le lait se mélange complètement avec le café.
La cascade d’énergie et la flèche du temps
Les systèmes dissipatifs sont ceux dans lesquels l’énergie est perdue sous forme de chaleur, par friction dans les systèmes mécaniques, par résistance dans les systèmes électriques, et par viscosité dans les fluides. De la même manière que le lait se mélange au café, dans un système dissipatif, l’énergie fournie à grande échelle est transférée successivement à des échelles plus petites (cascade d’énergie) et est finalement dissipée à la plus petite échelle.
« Quand nous cassons un œuf avec une cuillère, notez que le premier coup provoque la cassure de l’œuf et que l’injection initiale d’énergie par la cuillère descend l’échelle. Ce transfert d’énergie est asymétrique dans le temps ; l’énergie ne peut pas circuler des petits morceaux de l’œuf à la cuillère qui l’a cassé. Cette asymétrie explique pourquoi nous ne pouvons pas remettre un œuf cassé ensemble », argumente le Professeur Verma. La cascade d’énergie définit donc la flèche du temps.
Application à d’autres systèmes physiques
Le Professeur Verma suggère que nous pouvons appliquer ce même principe de transferts d’énergie à plusieurs autres systèmes physiques tels que les tremblements de terre, la convection thermique et la turbulence magnétohydrodynamique. Cependant, les chercheurs devront travailler sur les détails des transferts d’énergie pour ces systèmes.
« Nous espérons que ce cadre multi-échelle pourra être utile pour résoudre certaines des questions de longue date sur la flèche du temps dans les systèmes physiques et biologiques, ainsi qu’en cosmologie », conclut-il.
En synthèse
La notion de temps, et plus précisément sa progression unidirectionnelle, a longtemps été un mystère pour les scientifiques. L’étude du Professeur Verma offre une nouvelle perspective sur cette question, en proposant que la flèche du temps soit définie par la cascade d’énergie dans les systèmes dissipatifs. Cette approche pourrait avoir des implications significatives dans divers domaines, de la biologie à la cosmologie, et pourrait aider à résoudre certaines des questions les plus persistantes sur la nature du temps.
Pour une meilleure compréhension
1. Qu’est-ce que la flèche du temps ?
La flèche du temps est un concept qui décrit la progression apparente du temps du passé vers le futur. Elle est souvent associée à l’irréversibilité des phénomènes et à l’asymétrie temporelle observée dans notre monde.
2. Comment la thermodynamique est-elle liée à la flèche du temps ?
La deuxième loi de la thermodynamique, qui stipule que l’entropie d’un système isolé ne peut jamais diminuer, est souvent considérée comme définissant la flèche du temps. La direction de l’augmentation de l’entropie correspond à la direction vers l’avant du temps, tandis que la direction de la diminution de l’entropie correspond à la direction inverse du temps.
3. Quelle est la nouvelle approche proposée par le Professeur Verma ?
Le Professeur Verma propose une définition alternative du temps qui avance, basée sur le concept de cascade d’énergie dans les systèmes dissipatifs. Selon cette approche, la flèche du temps est définie par la circulation de l’énergie des grandes échelles vers les petites échelles.
4. Comment la cascade d’énergie explique-t-elle l’asymétrie temporelle ?
Dans les systèmes dissipatifs, l’énergie fournie à grande échelle est transférée successivement à des échelles plus petites et est finalement dissipée à la plus petite échelle. Ce transfert d’énergie est asymétrique dans le temps, ce qui explique l’irréversibilité des phénomènes et la flèche du temps.
5. Quelles sont les implications de cette nouvelle approche ?
Cette nouvelle perspective sur la flèche du temps pourrait avoir des implications significatives dans divers domaines, de la biologie à la cosmologie, et pourrait aider à résoudre certaines des questions les plus persistantes sur la nature du temps.
Principaux enseignements
| Enseignement | Description |
|---|---|
| Flèche du temps | Concept décrivant la progression apparente du temps du passé vers le futur. |
| Entropie | Mesure du degré de désordre dans un système, liée à la deuxième loi de la thermodynamique. |
| Cascade d’énergie | Concept proposé par le Professeur Verma pour définir la flèche du temps dans les systèmes dissipatifs. |
| Asymétrie temporelle | Phénomène d’irréversibilité des processus et d’asymétrie dans le temps, expliqué par la cascade d’énergie. |
| Systèmes dissipatifs | Systèmes dans lesquels l’énergie est perdue sous forme de chaleur, par friction, résistance ou viscosité. |
| Transfert d’énergie | Processus par lequel l’énergie circule des grandes échelles vers les petites échelles dans les systèmes dissipatifs. |
| Implications | La nouvelle approche de la flèche du temps pourrait avoir des implications dans divers domaines, de la biologie à la cosmologie. |
| Questions persistantes | Cette nouvelle perspective pourrait aider à résoudre certaines des questions les plus persistantes sur la nature du temps. |
| Application à d’autres systèmes | Le principe de transferts d’énergie pourrait être appliqué à d’autres systèmes physiques, tels que les tremblements de terre et la convection thermique. |
| Recherche future | Les chercheurs devront travailler sur les détails des transferts d’énergie pour ces systèmes et explorer les implications de cette nouvelle approche. |
Références
Verma, M. K. (2021). Energy cascade and the arrow of time. European Physical Journal B, 94(9), 1-7.
