"Le temps s'écoule différemment selon les régions de l'univers", selon Guido Tonelli, célèbre physicien italien qui étudie l'écoulement du passé, du présent et du futur

Dans son livre "Time : the dream of killing Chronos" (Le temps : le rêve de tuer Chronos), le physicien italien Guido Tonelli part de l'observation de la réalité immédiate qui nous entoure, visible à nos yeux, de l'exploration d'objets astronomiques colossaux et du très, très petit, cherchant à comprendre comment fonctionne le flux du passé, du présent et de l'avenir.

Nous considérons le temps comme un concept abstrait parce que nous sommes des objets macroscopiques, vivant dans une sorte de "monde intermédiaire", dans lequel l'horloge semble s'écouler parfaitement et de la même manière pour tout le monde", explique M. Tonelli dans une interview accordée à BBC News Brazil.

"Des phénomènes très particuliers se produisent à proximité des grandes masses, comme les étoiles et les trous noirs, dans l'environnement desquels l'espace-temps est déformé et où l'on peut avoir l'impression que le temps s'écoule beaucoup plus lentement. De même, tout est différent dans le monde microscopique des photons, des électrons et des muons".

La lecture amène le lecteur à s'imaginer dans ces réalités où les mêmes lois naturelles auxquelles nous sommes habitués, celles de la physique classique fondée par Isaac Newton sur la base d'études pionnières de la force de gravité, ne semblent pas s'appliquer.

En observant à la fois les corps gigantesques qui peuplent l'univers et les phénomènes qui se produisent à des échelles subnucléaires, le passage harmonieux du passé au présent et au futur est déformé, brisé et liquéfié.

"L'espace et le temps nous sont présentés comme un couple inséparable ; il ne s'agit pas d'un concept abstrait, mais d'une substance matérielle", écrit l'auteur.

Le discours de Tonelli se situe du côté de la mécanique quantique et de la relativité, sciences fondées au début du siècle dernier par des noms désormais emblématiques comme l'Allemand Albert Einstein (1879-1955), le Danois Niels Bohr (1885-1962) et l'Autrichien Erwin Schrödinger (1887-1961), trois lauréats du prix Nobel pour leurs contributions dans le domaine qui ont conduit à des changements dans la manière dont nous percevons le temps.

Cela signifie que Tonelli défend, à travers l'exposition de découvertes et d'expériences scientifiques, la théorie selon laquelle le temps est, selon ses termes, un élément matériel qui "occupe tout l'univers, qui vibre, oscille et se déforme".

Autrement dit, il ne s'agit pas d'un concept créé par nous, les humains, lorsque nous créons des calendriers et autres. L'espace-temps, pour la physique moderne, correspond à une sorte de champ qui imprègne tout le cosmos.

Là où le temps passe plus lentement

Dans son livre, le physicien italien, professeur à l'université de Pise, ne présente pas de nouvelles théories.

Comme dans son ouvrage précédent, "Genesis: The Story of the Universe in Seven Days", publié en 2019, le talent de Tonelli consiste à guider le lecteur à travers l'évolution de la compréhension d'une question fondamentale de notre existence, et non à révolutionner les sciences avec des propositions théoriques.

Si dans "Genesis" il a présenté les concepts les plus modernes de la physique pour répondre à la question "comment tout a commencé ?", dans "Time" la réflexion tourne autour des questions fondamentales de "qu'est-ce que le temps ?" , "sera-t-on capable de le vaincre un jour ?", "existe-t-il vraiment ou n'est-ce qu'une illusion ?".

"Le temps est une substance, un élément matériel", explique le scientifique.

"Dans notre vie quotidienne, nous ne voyons pas l'espace-temps osciller. Mais la vérité est que le temps s'écoule différemment dans différentes régions de l'univers, car cela dépend de l'emplacement, en particulier de la quantité de masse autour...."

Tonelli aime les allégories. Dans le livre, il imagine des physiciens voyageant vers un trou noir supermassif.

L'un d'eux se rend dans un vaisseau à bonne distance du trou noir. L'autre vaisseau spatial, cependant, a l'audace de s'aventurer à travers le bord du trou noir, connu sous le terme "horizon des événements". Ce deuxième scientifique plonge donc dans ce phénomène cosmique.

En traversant l'horizon des événements, le temps semble continuer normalement pour ceux qui se trouvent à l'intérieur du vaisseau. Cependant, si ces scientifiques devaient transmettre un signal radio à leurs collègues sur l'autre vaisseau spatial, il faudrait une éternité pour que le message soit reçu.

En référence au monde extérieur, alors que quelques secondes s'écoulent à l'intérieur du trou noir, des siècles voire des millénaires pourraient s'écouler pour quelqu'un qui est, par exemple, sur Terre.

"À côté des corps supermassifs, le temps voyage proportionnellement beaucoup, beaucoup plus lentement", explique Tonelli à BBC Brazil.

"En théorie, seuls des détails techniques nous empêchent de doubler le temps en notre faveur. Je suis sûr que nous le ferons un jour."

Tonelli raconte comment le public percevait les physiciens pionniers dans les études de la mécanique quantique comme Einstein : "A cette époque de la première décennie du siècle dernier, ces scientifiques se posaient des questions qui, aux yeux du bon sens, semblaient inutiles, comme 'pourquoi le photon se déplace-t-il à la vitesse de la lumière, mais pas plus vite ?' Le monde, cependant, était préoccupé par d'autres problèmes, tels que la famine et l'imminence de la Première Guerre mondiale."

Tonelli défend comment ces bases scientifiques ont conduit au développement d'innovations telles que les téléphones portables, les satellites, les rayons X et l'énergie nucléaire.

En tant que chercheur, le physicien italien a l'expérience de la direction d'équipes du Large Hadron Collider, l'accélérateur de particules situé sous terre à la frontière franco-suisse.

Tonelli était l'un des principaux scientifiques là-bas lorsque la découverte du boson de Higgs, détecté en 2012, a été annoncée.

"Quand il y a une découverte scientifique convaincante, notre monde ne change pas immédiatement. Des décennies plus tard, cependant, cette même découverte conduit souvent à des révolutions technologiques", déclare Tornelli.

"Avec la confirmation du boson de Higgs, nous sommes désormais certains que la masse des objets, qu'il s'agisse d'étoiles ou de notre corps humain, n'est pas une certitude absolue. Cela dépend de l'existence d'un champ, formé par les bosons, et qui en théorie peut être manipulé", ajoute le physicien.

"J'imagine que cette découverte pourrait conduire à des progrès incroyables."

La NASA, l'agence spatiale américaine, possède un site Internet, Nasa Spinoff, qui compile les avancées technologiques présentes dans la vie de tous les jours et qui trouvent leur origine dans les sciences spatiales réalisées dans leurs laboratoires, conséquence directe de l'évolution de la physique quantique.

Plus de 2 000 produits sont répertoriés, développés depuis 1976, dans des domaines tels que l'agronomie, les transports, la production d'énergie, la médecine et les technologies de l'information, entre autres.

L'origine du temps

Les anciens Grecs considéraient Chronos (une divinité personnifiant le temps) comme un Titan.

Le géant dévora ses propres enfants de peur d'une prophétie selon laquelle l'un d'eux le détrônerait. Mais l'un des fils, Zeus, a trompé le père, qui a mangé une pierre empoisonnée. De cette façon, Zeus a tué Chronos, le temps, et est devenu immortel.

"Autrefois, l'être humain se voyait comme un être fragile au milieu d'un cosmos éternel, composé du Soleil, des étoiles, des planètes, des divinités immortelles", dit l'auteur de "Time".

"Nous savons aujourd'hui que tout a une fin. L'énergie du Soleil, par exemple, s'épuisera dans quelques milliards d'années et notre étoile mourra."

Il y a des siècles, nous n'avions pas les outils pour mesurer avec précision les distances et les pas de temps qui étaient soit trop petits, soit trop grands. La civilisation a donc eu recours à la mythologie et à la religion.

Selon le récit biblique, par exemple, la création du monde aurait eu lieu le 6 octobre 3761 av. c.

Aujourd'hui, la science a conclu que notre espèce, l'humain, est apparue en Afrique il y a environ 300 000 ans, en tant que descendants d'autres primates.

Nous vivons sur Terre, une planète apparue il y a 4,5 milliards d'années dans le système solaire.

Nous habitons tous le même univers, qui a commencé par une grande expansion, le Big Bang, il y a 13,8 milliards d'années.

"L'espace-temps, en tant que champ et substance, serait né avec l'émergence de la masse et de l'énergie dans le cosmos", ajoute Tonelli.

Quel est le temps?

Dans son nouveau livre, le physicien italien ne tente pas une définition précise de ce qu'est le temps, au-delà de le désigner comme une substance et comme faisant partie d'un champ omniprésent.

Il fait cependant référence à des scientifiques qui explorent les théories les plus modernes de la mécanique quantique sur le sujet, comme son compatriote et confrère physicien, Carlo Rovelli.

Auteur de best-sellers de vulgarisation scientifique tels que "Seven Brief Lessons in Physics" de 2015, Rovelli, aujourd'hui âgé de 66 ans, est vénéré dans le milieu universitaire pour ses recherches fondamentales sur l'existence de ce qu'il appelle la "boucle de gravité quantique".

"Les théories quantiques feront partie de notre compréhension de base du monde. Cependant, cela prendra du temps pour que cela se produise, car il a fallu plus d'un siècle pour que le modèle héliocentrique de Copernic soit accepté", a déclaré Rovelli dans une interview au magazine Crusoé. en décembre, à l'occasion du lancement au Brésil de son dernier livre, « El abismo vertiginoso ».

Rovelli est fréquemment comparé par la presse au physicien anglais Stephen Hawking (1942-2018), en raison du succès de ses travaux de vulgarisation scientifique ainsi que de ses propres études avec des collègues sur la mécanique quantique.

Ce physicien est également connu pour sa compréhension unique des propriétés du temps.

Rovelli est devenu célèbre en 2012 pour avoir lancé une conférence lors d'un événement TEDx avec la déclaration "le temps n'existe pas".

Mais il prétend croire à l'existence du temps. Mais pas l'heure à laquelle nous sommes habitués, avec des jours, des semaines et des mois calendaires.

"Ce que nous appelons le temps ne fonctionne pas comme une caractéristique réelle de l'univers", a-t-il déclaré.

Dans un autre de ses livres, "L'Ordre du temps", de 2017, Rovelli explore les conceptions que l'humanité avait déjà sur cet élément crucial de la réalité : de Newton, qui a théorisé deux formes de temps, et Einstein, pour qui l'espace-temps serait résultent des déformations du champ gravitationnel, jusqu'à l'état actuel des investigations.

Pour les scientifiques de la branche Rovelli - dont les théories sont reflétées dans les derniers chapitres de "Time", dans lesquels sont abordées des questions sur l'entropie de l'univers - le temps est un élément thermique.

Au lieu d'une mesure chronologique, comme on le calcule dans les calendriers, ce serait une variable résultant de l'entropie croissante du cosmos, tout au long de ses 13,8 milliards d'années d'existence.

La fin de tout

Le sous-titre du livre de Tonelli, "The Dream of Killing Chronos", fait référence au désir de vaincre la mortalité. C'est une analogie avec le mythe grec qui raconte comment Zeus a atteint la divinité en empoisonnant le Titan Chronos, son père.

Cependant, bien qu'il croit en la possibilité de plier et de manipuler le champ espace-temps, l'auteur ne voit aucune possibilité de vaincre la mortalité, comme Zeus l'a fait.

"Rien n'est éternel, toute structure de matière, qu'il s'agisse d'un être humain, d'une étoile ou d'une galaxie, est intrinsèquement fragile", affirme l'auteur. "Tôt ou tard, tout se termine."

Alors que les particules élémentaires, telles que le boson de Higgs, ont une durée très courte de minuscules fractions de microsecondes, les étoiles, les planètes et les galaxies restent dans le cosmos pendant des milliards d'années.

Mais à la fin, comme le théorise la physique moderne, même l'univers finira un jour.

Guido Tonelli défend une théorie de la physique moderne qui voit le cosmos s'enfermer dans l'obscurité totale et le froid.

Selon cette thèse, l'expansion cosmique, qui a commencé avec le Big Bang, ne s'arrêtera que lorsque le champ même de l'espace-temps se brisera.

"Si la structure de l'Univers ne supporte plus l'espace-temps, alors ce sera la vraie fin des temps, une apocalypse, mais comptée par la physique quantique", conclut-il.