Le physicien Jim Al-Khalili propose une nouvelle explication fondamentale pour la direction unique du temps. Selon ses travaux, l’irréversibilité temporelle découle des phénomènes d’intrication et de décohérence quantiques. Cette approche revisite la prédominance de la seconde loi de la thermodynamique comme origine de la flèche du temps.
Depuis des millénaires, la nature du temps et son écoulement unidirectionnel interrogent scientifiques et philosophes. Si l’on considère généralement que la seconde loi de la thermodynamique, dictant l’augmentation de l’entropie (le désordre) dans un système isolé, est à l’origine de cette « flèche du temps », une nouvelle perspective émerge du domaine de la physique quantique.
Une Nouvelle Fondation Quantique pour la Flèche du Temps
Le physicien britannique Jim Al-Khalili, professeur émérite à l’Université de Surrey et spécialiste de la physique quantique, propose une explication alternative. Dans son récent ouvrage « On Time » et lors d’une intervention dans le podcast Fiction Science, il expose une théorie où l’irréversibilité temporelle ne serait pas primairement une conséquence de la thermodynamique, mais plutôt une caractéristique fondamentale ancrée dans le tissu de l’univers à l’échelle quantique.
« J’affirme que la flèche du temps est bien réelle, et qu’elle est intégrée à la structure de l’univers », déclare Al-Khalili. « Le temps est réel, et le temps a bien une direction. Mais ce n’est pas la Seconde Loi de la Thermodynamique qui est l’explication la plus fondamentale de la direction du temps, mais plutôt cette notion qui émerge du royaume quantique. »
L’Intrication : Le Concept Fondamental
Au cœur de l’argumentation d’Al-Khalili se trouve le concept d’intrication quantique. Selon lui, c’est la notion la plus fondamentale de la mécanique quantique. Une entité quantique, telle qu’un électron ou un photon, n’existe pas de manière isolée. Lorsque de telles entités interagissent, leurs propriétés peuvent devenir intrinsèquement liées, au point d’exhiber ce qu’Albert Einstein avait qualifié d’« action fantôme à distance ».
Cette interconnexion signifie que l’état d’une particule ne peut être décrit indépendamment de l’état de l’autre, même si elles sont séparées par de vastes distances. L’intrication crée une dépendance mutuelle qui dépasse les notions classiques de corrélation.
La Décohérence : Le Mécanisme d’Irreversibilité
Le second pilier de l’explication est la décohérence quantique. Ce phénomène se produit lorsque des entités quantiques interagissent avec leur environnement, ou sont observées. Leur nature « quantique » – c’est-à-dire leur superposition d’états ou leur intrication – se dissipe et elles adoptent un état classique défini. C’est l’équivalent de l’ouverture de la boîte du chat de Schrödinger, où l’état « mort et vivant » de l’animal se résout en un état unique et observable.
Al-Khalili souligne l’irréversibilité de ce processus. « On ne peut pas annuler la décohérence une fois qu’on a observé », explique-t-il. « Une fois que vous avez ouvert la boîte de Schrödinger pour voir si le chat est mort ou vivant, c’est tout. Vous avez fixé l’état. » Cette fixation de l’état quantique en un état classique, une fois observée, ne peut être défaite. C’est cette caractéristique intrinsèque de la décohérence qui, selon lui, confère sa direction au temps.
Redéfinir la Nature Fondamentale du Temps
La théorie de Jim Al-Khalili propose ainsi une vision où la flèche du temps n’est pas simplement une propriété émergente de grands ensembles de particules via l’entropie, mais une conséquence directe des mécanismes fondamentaux de la mécanique quantique. L’intrication et la décohérence, en créant des corrélations irréversibles et en résolvant les ambiguïtés quantiques, impriment une direction intrinsèque à l’univers à son niveau le plus fondamental.
Cette approche ouvre de nouvelles pistes de réflexion sur la nature de la réalité et la relation profonde entre l’observation, l’information et l’écoulement irréversible du temps. Elle suggère que la flèche du temps pourrait être une propriété fondamentale du cosmos, inhérente à la manière dont l’information quantique est traitée et perdue lors des interactions.