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Carlo Rovelli : le mystère du temps

Nous faisons tous la distinction entre le passé et l’avenir. Or, pour le physicien Carlo Rovelli, ce n’est pas si clair. Le monde quantique ignore cette différence. Pourquoi n’apparaît-elle qu’au niveau macroscopique ?


©Geoffroy MATHIEU/Opale/Leemage

Carlo Rovelli : « Sur des sujets aussi complexes que le temps, il faut faire dialoguer les spécialistes des neurosciences, les philosophes, les physiciens et les écrivains. »

Pourquoi les physiciens s’intéressent-ils au temps, qui paraît si évident et universel ? Nul n’est tenu de bien s’informer de la réalité du monde, mais c’est un fait que le temps ne fonctionne pas de la manière dont nous le vivons. Je dirais que c’est précisément parce que le temps nous est si familier et semble si peu problématique qu’il est intéressant et surprenant de découvrir que plus on l’examine, plus on le trouve insolite.   Vous voulez dire que les idées que nous nous faisons intuitivement du temps sont fausses ? Ou seulement qu’elles ne sont pas universelles ? Ce qui ne va pas, c’est que nous extra­polons notre expérience humaine du temps à la réalité du temps tout entière. On peut faire l’analogie avec la Terre plate : il n’est pas faux de dire que la Terre est essentiellement plate à Paris. Si un architecte part du principe que le terrain est plat pour construire une maison, il n’a pas tort. Mais, évidemment, quand on observe la Terre de loin, elle n’est pas plate. On commence à comprendre que la réalité et l’expérience commune ne concordent pas. Nos perceptions ne sont pas fausses, elles sont juste imprécises. Si nous nous en servons pour comprendre l’Univers dans son ensemble, nous nous fourvoyons forcément.   Alors comment peut-on mieux appréhender ce qu’est le temps ? Dans quelle mesure l’analogie avec la Terre plate fonctionne-t-elle ? Si l’on veut voir la courbure de la Terre, on peut s’en éloigner. Que faire pour avoir une meilleure compréhension intuitive de ce qu’est réellement le temps ? Si nous ne nous sommes pas tous entre-tués d’ici là, j’espère qu’un jour il sera courant de voyager à grande vitesse dans l’espace et, au retour, de voir que nos enfants sont devenus vieux, plus vieux que nous ! Il sera alors évident que le temps avance à des vitesses différentes selon les personnes, que notre sentiment intuitif d’être des corps enfermés dans un temps rigide n’a pas de valeur universelle.   Que savons-nous du temps à ce stade ? Quel est l’état des connaissances ? Comme l’illustre l’exemple du voyageur à grande vitesse, il y a beaucoup de choses qui sont solidement établies, que nous savons très clairement – et qui ont été décrites en grande partie par la théorie de la relativité générale d’Einstein. Ce que nous savons aussi parfaitement, c’est que la mécanique quantique – la physique fondamentale de l’infiniment petit – ne distingue pas le passé de l’avenir. La différence entre le passé et l’avenir est donc un phénomène macroscopique.   Que nous reste-t-il à comprendre ? Le temps est un phénomène très complexe. Il n’est pas fait d’une seule pièce. C’est une réalité multidimensionnelle, qu’on ne peut appréhender qu’en l’observant sous différentes perspectives. Raison pour laquelle mon livre comporte beaucoup de littérature, de philosophie, de psychologie ainsi que des observations personnelles. Il nous faut intégrer toutes ces perspectives. Notre culture actuelle commet l’erreur de cloisonner excessivement les disciplines. Sur des sujets aussi complexes que le temps, il faut faire dialoguer les spécialistes des neurosciences, les philo­sophes, les physiciens et peut-être même les écrivains. Je parle beaucoup de Proust dans mon livre. Autre point : nous vivons le temps de façon profondément émotionnelle. Aussi est-il difficile de parler de ce sujet sans intégrer l’émotion du temps : le fait qu’à mesure que le temps passe nous passons nous aussi. Je pense que, même pour un physicien, si nous oublions cette dimension émotionnelle, nous nous fourvoyons, parce que nous nous attendons à trouver dans la physique un sens du passage du temps ; or ce sens ne relève pas de la physique. Il relève de notre structure neuronale, il appartient à notre vie émotionnelle. Ce sens du passage du temps est un effet de notre cerveau ; il n’appartient pas à la physique. C’est un sujet pour le neurologue, pas pour le physicien. Au niveau de la physiq
ue, la notion de temps est, dans une certaine mesure, plus faible. Ce sont là des questions conceptuelles sur lesquelles la philosophie pourra peut-être nous éclairer.   La composante émotionnelle du temps ­a-t-elle influé sur votre pensée ? Eh bien oui. L’un des meilleurs livres de philosophie de tous les temps est dû à Hans Reichenbach, un philosophe analytique mort voilà plus de soixante ans. Dans The Direction of Time (1956), il ­observe qu’une bonne partie de la philosophie a été conçue comme une réaction face à la peur du temps – une tentative de trouver quelque chose de stable et d’éternel qui transcende la ­nature éphémère des choses. Étudier le temps a été pour moi une façon d’accepter le changement perpétuel des choses, ce que les bouddhistes appellent l’impermanence. Je consacre ma vie à observer le temps, et, dans une certaine mesure, cela m’a conduit à accepter que rien n’est permanent. Est-ce que j’en suis arrivé là du fait de mon travail de scientifique ou simplement parce que j’ai pris de l’âge ? Je l’ignore.   Quelle est la chose la plus simple que nous ne comprenons pas encore à propos du temps ? Pourquoi avons-nous des images du passé et non de l’avenir ? La question peut paraître bête, mais elle ne l’est pas du tout. Il nous paraît évident que la réalité est orientée dans le temps, que le passé est fixe et l’avenir indéter­miné. Mais, en physique, quand on commence à se demander quelle est au juste la différence entre le passé et l’avenir, on s’aventure sur un terrain extrêmement glissant. Si cette différence tient simplement au fait que l’avenir est désordonné, la question ­devient : pourquoi les choses étaient-elles ordonnées dans le passé ? Qui les a ordonnées ? Cela reste un mystère.   Nos connaissances actuelles tiennent en deux théories : les règles qui gouvernent les petites particules – la mécanique quantique – et les lois qui régissent les objets de grande masse – la relativité générale. Or nous voyons des contradictions entre ces théories. Il y a eu plusieurs tentatives pour réconcilier les deux. L’une d’elles est la gravité quantique à boucles, l’autre la théorie des cordes. Pouvez-vous les décrire ? Autant que l’on sache, ces théories ­s’excluent mutuellement : soit l’une est exacte, soit l’autre. C’est la théorie des cordes qui est la plus ambitieuse : on tente de trouver une seule équation pour tout. L’idée de la théorie des cordes est que celles-ci sont à la base de tout ce que nous ressentons 1. À l’arrière-plan des électrons, des quarks, il n’y a que des cordes. C’est donc une tentative d’unification, une théorie du tout. La théorie de la gravité quantique à boucles est beaucoup moins ambitieuse. C’est une façon de rapprocher la relativité générale de ce que nous avons appris grâce à la théorie quantique. C’est une théorie quantique de l’espace-temps. On suppose que l’espace lui-même est « quantisé » : il est fait de petites boucles, de petits espaces quantiques, de grains d’espace qui ressemblent à des boucles. Ces grains d’espace quantique ne sont pas dans l’espace ; ils sont l’espace lui-même. Ils constituent l’espace comme les fils de coton constituent un tee-shirt. Bien que plus ambitieuse, la théorie des cordes est, en un sens, moins radicale, parce que les cordes se déplacent dans l’espace. Elle suppose qu’il existe un espace et un temps séparés. Tandis que, dans la gravité à boucles, il ne reste pas d’espace ni de temps, tout provient des quanta eux-mêmes. Pour l’heure, nous ignorons laquelle des deux théories est la bonne. Mais la science est faite de grands débats entre des idées différentes, et c’est une bonne chose évidemment. Tant qu’un problème n’est pas résolu, il ne faut pas de monopole, mais une libre économie d’idées scientifiques.   Qu’est-ce qui vous fait penser dès lors que la gravité quantique à boucles est juste et la théorie des cordes fausse ? Quelle est votre intuition à ce propos ? Je pense que l’immense succès empirique de la théorie de la relativité d’Einstein nous dit que l’espace et le temps ne sont qu’un aspect du champ gravitationnel. Cette découverte est là pour toujours, me semble-t-il. C’est comme la découverte que le Soleil, et non la Terre, est au centre de l’Univers connu : une fois que nous l’avons digérée, c’est comme ça et pas autrement. Vous me demandez quelle est mon ­intuition. Eh bien voilà : la lumière, ce sont des ondes électromagnétiques, mais elle est portée par les photons. L’espace est un champ gravitationnel et il est également granulaire, pour la même raison. Donc la quantisation de l’espace forme des grains d’espace. Telle mon intuition profonde.   On pourrait donc découvrir qu’il y a des grains d’espace. Comment pourrait-on le vérifier ? Quelles données expérimentales pourraient indiquer ne serait-ce qu’une direction pour orienter la recherche sur le temps et la gravité quantique ? Deux directions me paraissent particulièrement intéressantes. L’une est l’Univers, le big bang. La cosmologie est en plein essor. Il y a treize ou quatorze milliards d’années, il s’est produit cet étrange événement que nous appelons le big bang mais que nous ne comprenons toujours pas. Si nous pouvions trouver dans les données cosmologiques, dans les observations astronomiques, des traces du big bang qui pourraient être calculées en exploitant une théorie comme la gravité quantique à boucles, ce serait un bon moyen de confirmer les prédictions de cette théorie. La seconde piste de recherche en gra­vité quantique est dans mon domaine d’intérêt et c’est celle qui m’excite le plus : les trous noirs. L’Univers est plein de trous noirs. Nous savons désormais qu’il y en a des grands, des moyens et des petits. Il y a trente ans, nous n’avions pas conscience que l’Univers contenait tous ces objets. À présent, nous savons qu’il est rempli d’une énorme quan­tité de trous noirs qui peuvent connaître des phénomènes quantiques : ils peuvent explo­ser ou s’évaporer et laisser des traces à l’issue de leur évaporation. Je travaille avec des collègues sur la possibilité d’une transition quantique de trous noirs en trous blancs 2. Cette transition pourrait produire des signaux obser­vables. Certains émettent même l’idée que nous en avons déjà observé mais que nous n’étions pas en mesure de les reconnaître. Donc les choses avancent ! Nous n’y sommes pas encore, c’est sûr, mais nous ne faisons pas non plus du surplace. Nous progressons.   Peut-être manquons-nous d’intuition philosophique. Pensez-vous que le discours scientifique est artificiellement restrictif ? Sommes-nous sûrs de nous poser les bonnes questions ? Je suis entièrement de votre avis. Je pense que le progrès est souvent plus conceptuel que technique, surtout quand on regarde l’histoire des sciences, les grandes avancées. Quand on pense à Newton, Faraday, Einstein ou même à Maxwell, Schrödinger ou Heisenberg, leur grande avancée n’a pas consisté ­simplement à trouver la bonne équation. La plupart du temps, la grande idée leur est venue en regardant les choses de manière complètement différente et en changeant les termes du problème. Je le répète, le progrès en science vient d’une ouverture d’esprit, pas de l’hyper­spécialisation.   Quelles lectures conseilleriez-vous à un jeune sur le point de commencer ses études ? Je lui recommanderais de lire un peu de tout, de continuer à lire et d’être ­curieux. À cet âge, j’étais un lecteur ­vorace et je pense que la meilleure façon d’aller de l’avant pour un jeune est de lire tout ce qui lui semble même vaguement intéressant et d’emmagasiner tout ça dans son esprit. Bien sûr, plus tard on oublie tout, mais ce n’est pas grave parce que cela continue quand même à travailler dans la tête. Quelqu’un a dit [Simone de Beauvoir] que la culture est ce qui reste quand on a tout oublié.   — Cet article est paru dans The Spectator le 15 décembre 2018. Il a été traduit par Nicolas Saintonge.
LE LIVRE
LE LIVRE

L’Ordre du temps de Carlo Rovelli, Flammarion, 2018

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