On croyait le temps absolu et universel, il est relatif ; on le croyait uniforme, il est élastique. Le temps n'est pas ce qu'il paraît. Alors, qu'est-il ? Et pourquoi ne s'écoule-t-il que dans un sens ? Le mystère reste entier. Jacques Guarinos
Le temps est un étrange objet d'étude : nous en avons une conscience forte mais aucun de nos sens ne nous en donne une perception directe – on ne le voit pas, on ne l'entend pas, on ne le touche pas ; on peut mesurer le temps qui passe, mais on ne peut l'observer « de l'extérieur » comme on le fait pour un train qui passe. Le temps nous entraîne inexorablement avec lui et nous ne pouvons ni l'arrêter ni se soustraire à lui.
Dans la mécanique classique, le temps et l'espace sont des données indépendantes l'une de l'autre qui servent de cadre aux phénomènes physiques. Pour Newton, le temps s'écoule toujours et partout de manière uniforme. C'est avec cette conception du temps que la mécanique classique permet de calculer la position qu'occupera un corps à un instant futur ou de déduire la position qu'il a occupée à un instant passé.
Les choses se sont compliquées quand les physiciens ont découvert que certains phénomènes macroscopiques irréversibles reposent sur des phénomènes microscopiques réversibles. De l'eau bouillante laissée à l'air libre va inéluctablement se refroidir ; pourtant, la notion de transfert de chaleur s'explique par les vitesses d'agitation de particules et leurs collisions : des phénomènes parfaitement réversibles. D'où vient la « flèche » du temps, qui interdit à l'eau refroidie de se réchauffer spontanément ?
Poincaré et Einstein ont compris les premiers que, pour rendre compte correctement de la réalité des phénomènes physiques, il faut considérer qu'ils ont pour cadre un espace à 4 dimensions : 3 d'entre elles nous apparaissent sous la forme de l'espace, tandis que la quatrième nous affecte d'une manière que nous appelons le temps. Cet espace à 4 dimensions, c'est l'espace-temps, un concept mathématique grâce auquel les théories de la relativité restreinte (1905) et générale (1915) peuvent rendre compte de phénomènes étonnants que la mécanique classique était incapable d'expliquer. Les troublantes conséquences de la relativité ne concernent que des phénomènes extrêmes, mais elles ont été confirmées expérimentalement. Le temps n'est pas le même selon que nous le mesurons avec des instruments qui partagent notre mouvement ou non. Et il s'écoule plus ou moins vite selon la courbure de l'espace-temps, laquelle varie selon les masses qu'il contient. Non, le temps n'est pas un long fleuve tranquille. Pour certains physiciens, il ne serait qu'illusion.
Ces questions seront abordées mardi 23 juin à 19h au café Les Jardins, 9 place Jean Jaurès à Saint-Etienne, dans le cadre du prochain café Sciences & philo de l'association Astronef (en partenariat avec Le Petit Bulletin).