2. Représentations du temps

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Il est particulièrement difficile de définir le temps étant donné que ce n’est pas quelque chose de « concret », on ne peut pas l’étudier comme on étudierait un objet. Le mot temps n’est pas le seul à être sujet à une multitude de réflexions, l’espace, le réel mais aussi le vide n’ont pas de « réelles » significations. Le fleuve est souvent utilisé pour désigner le temps, il est alors intéressant de savoir si cette image peut réellement définir le temps. Les propriétés et les caractéristiques qui sont attribuées au temps avec cette image correspondent-elles réellement au temps ?

Tout d’abord, cette métaphore attribue au temps une caractéristique d’écoulement. Dans le cas du fleuve on peut clairement déterminer sa vitesse d’écoulement étant donné que l’on peu mesurer le temps que met une molécule d’eau ou une particule qui compose ce fleuve pour se déplacer d’un point A à un point B (on peut ici calculer sa vitesse moyenne ou bien sa vitesse instantanée par certains calculs mathématiques : dérivée …) or calculer la vitesse d’écoulement du temps reviendrait alors à calculer sa dérivée par rapport à lui même ce qui semble totalement inconcevable (en effet une vitesse est une dérivée par rapport au temps). La vitesse du temps est une expression qui n’a pas de réelle signification. De  plus il faudrait expliquer ici le « phénomène » qui permet l’écoulement du temps, « l’élément » qui lui donne sa vitesse. Ensuite, si l’on considère que le temps, en effet s’écoule, il serait alors intéressant de connaitre le référentiel* qui permet justement d’étudier cet écoulement (comme pour l’étude physique de bons nombres de systèmes, le référentiel choisit à une grande importance dans les caractéristiques de déplacement (vitesse, trajectoire, …)), or si l’on tente d’imaginer ce référentiel, nous sommes contraints de penser un « monde sans temps » permettant au temps de « couler » tel un fleuve ... Un milieu qui permettrait au temps de se déployer... Il semblerait alors que l’analogie du fleuve ne permette pas de décrire le temps et lui attribue des caractéristiques floues ou qu’il ne possède pas.

 

Toute durée est faite d’instants sans durée tout comme une droite qui est faite de points sans dimensions.

La construction physique et la mathématisation du temps est difficile à percevoir et à comprendre. Pourtant de nombreux philosophes contemporains s’accordent sur le fait que le temps dit « physique » existe : à chaque instant correspond une valeur particulière de la variable du temps notée t. De plus, la physique, différentie clairement le cours du temps et la flèche du temps. Voici quelques caractéristiques de ces deux expressions :

  • Le cours du temps signifie que le « temps passe » et qu’en passant il produit de la durée (voir L’Horloge, le temps et la durée). Le cours du temps produit la succession des évènements. Il relève de la causalité : le temps de revient jamais en arrière. Le cours du temps est une caractéristique indéniable du temps.
  • La flèche du temps elle indique que les choses peuvent devenir, c'est-à-dire qu’elles peuvent connaître au cours du temps des changements ou des transformations parfois irréversibles (certains événements sont orientés temporellement quand d’autres ne le sont pas). La flèche du temps produit des nouveautés ineffaçables. Les phénomènes sont alors temporellement orientés. La flèche du temps est une caractéristique des phénomènes physiques mais elle n’est pas une caractéristique du temps !

A l’heure actuelle de la connaissance, il est indispensable de bien distinguer ces deux aspects du temps.

 

Pourquoi existe-il la flèche du temps ? Les physiciens ont depuis longtemps essayé de tester si les lois physiques, qui décrivent les phénomènes, peuvent décrire l’état d’un système actuel dans le passé. Certains phénomènes ne sont pas orientés (c'est-à-dire que nous n’apercevons pas la flèche du temps dans leurs évolutions respectives), et d’après la physique, tous les phénomènes à l’échelle microscopique seraient non-orientés[1]. D’autres phénomènes
Succession d’instantanés et la flèche du tempspar contre le sont, prenons pour exemple l’image[2] ci-contre : la moitié gauche de l’image correspond à la succession d’états du verre de vin suivant la flèche du temps tel qu’on la conçoit (le verre chute puis se brise), la moitié droite (le film à l’envers) quant à elle, montre la succession des états du verre de manière à ce qu’il se « reconstitue » puis subisse une sorte de « gravité » opposée (répulsive, bien que la gravité soit toujours attractive).  Le phénomène de « changement », où les systèmes (les corps, les objets) évoluent de manière irréversible vers de désordre est appelé flèche thermodynamique du temps ou flèche du temps. La flèche du temps est le résultat du deuxième principe de la thermodynamique (également connu sous le nom de principe de Carnot) qui établit l'irréversibilité des phénomènes physiques, en particulier lors des échanges thermiques. Ce principe dit « d'évolution », fut énoncé en 1824 par Carnot (physicien et ingénieur français) (de nombreuses généralisations et formulations successives sont apparues ultérieurement). Le principe s’énonce comme suit : toute transformation d'un système thermodynamique s'effectue avec une augmentation de l'entropie* globale[3]. Le Big-bang est sûrement l’événement le plus ordonné de la physique. Puis l’entropie a augmenté entraînant l’augmentation du désordre. Le physicien autrichien Boltzmann formule mathématiquement cette entropie par la relation statistique suivante :

S = k. log W (où k est la constante de Boltzmann et S l’entropie).

Cela ne veut pas dire qu’il est impossible que le verre se reconstitue mais qu’il est beaucoup moins probable qu’il évolue ainsi. Différentes sources, domaines de la physique, ont amené à imposer la flèche du temps. La physique quantique permet de montrer qu’il est possible d’infliger à une particule une « perturbation » irréversible[4] sur un système lors d’une mesure physique. L’astrophysique a donné une autre explication à la flèche du temps : aux premiers instants de l’Univers l’entropie était extrêmement faible puis l’entropie a augmenté et continue à augmenter (l’ordre diminue) à cause de l’expansion de l’univers. Mais un problème s’impose tout de même. Le fait qu’il n’y ait pas d’irréversibilité à l’échelle microscopique pourrait nous laisser penser que l’irréversibilité n’est en réalité qu’une illusion due à notre échelle d’observation... De plus, les caractéristiques de la flèche du temps nécessite le concept de changement or nous avons déjà dit que le changement est une marque du passage du temps… La flèche du temps pourrait ne pas exister, et n’être due qu’à notre infime expérience humaine…

 

Représentation linéaire du tempsNewton est celui qui fut le premier (il est considéré comme étant le premier) à mathématiser le temps. Il prétend qu’il a une seule dimension. En effet un seul nombre permet de situer un événement dans le temps (appelé en physique et dans la vie quotidienne « date »). Etant donné que l’on considère que le temps ne s’arrête pas de passer, la représentation du temps intuitive correspond à une ligne (comme sur l’image ci-contre) sur laquelle on peut « visualiser » la succession des « maintenants » ou d’instants infiniment proches. Mais cette représentation du temps par une ligne (linéaire) constitue-t-elle vraiment une représentation correcte ou plausible du temps ? Tout d’abord pour percevoir cette ligne il nous faudrait « sortir » du temps pour pouvoir la contempler… ce qui est à première vu impossible. De plus, Bergson, philosophe occidental de l’époque moderne, fut le premier à soulever le fait que cette représentation du temps n’est en réalité qu’une « spatialisation du temps » : les évènements sont représentés dans l’espace (cette dernière notion est également sujet à de nombreuses réflexions) et non dans le temps (pour être plus rigoureux : dans la durée). Ainsi pour représenter le temps sans  avoir à utiliser l’espace il faudrait représenter le temps dans le temps... et là, on tourne en rond ! On peut aussi se demander où se situe cette flèche représentative et on retrouve ici le questionnement entrepris lors de la comparaison du temps à un fleuve : nous sommes contraints de penser un « monde sans temps » permettant au temps de « couler » tel un fleuve ou ici à la flèche d’être représentée. Ensuite, il faut envisager une sorte de « force » qui permettrait de « bâtir » cette ligne (si l’on considère que c’est la succession des instants qui forme la ligne, l’instant présent, perpétuellement renouvelé, se situant « en tête » (à noter que l’on peut ici soulever un autre problème : la flèche est elle une droite, une demi-droite, un segment ?)). Une « force » qui ferait changer le présent continuellement. Or cette représentation ne nous indique absolument pas l’origine de cette mystérieuse « force ». Cette « énergie » permettrait la durée étant donné que cette force, en « créant » de nouveaux instants autorise l’opération Δt = t2 - t1 (où t2 et t1 sont deux instants distincts, deux points de la flèche). Cette représentation (peut-être erronée…) est désormais très incomplète car elle omet de préciser sa formation et de nombreux « flou » subsistent. Le temps ne pourrait-il pas alors être représenté par un cercle que le présent parcourrait à l’infini ?

 

Représentation cyclique du tempsLe cercle est une courbe plane et fermée, constitué d’une infinité de points situés à égale distance d'un point nommé centre. Certes, de nombreux événements semblent suivre un cycle, les saisons sont sûrement le premier exemple qui vient à l’esprit. La physique statistique démontre aussi que tout système finit par repasser aussi proche que possible de son état initial au bout d’une durée plus ou moins longue mais pas infinie (théorème de récurrence de Poincaré (1854-1912 mathématicien, physicien et philosophe français) démontré en 1889). Mais de là à dire que le temps lui même suit un cycle il y a un pas.

Les contemporains grecs d’Aristote considéraient le cercle comme le concept le plus fondamental de l’univers, ils supposèrent alors que le temps devait s’écouler selon des cycles. Mais la physique moderne, elle, dit que le temps doit être représenté de façon linéaire : le début de la flèche étant le Big-bang et la fin… la fin de l’univers : son effondrement. Et cette représentation « moderne » du temps correspond assez bien à notre intuition qui veut que la flèche soit représentée de façon linéaire (une droite si l’on considère que le temps a commencé…on ne sait pas quand et qu’il finira de même ou bien un segment si au contraire son commencement (le Big-bang par exemple) et son arrêt sont connus ou bien une demi-droite …). En effet rare sont les personnes qui ne pensent pas que le temps s’écoule de façon irréversible. Un verre se brise et ne se reconstitue pas[5] (en général voir ci-dessus). La physique actuelle assure que le temps n’est pas cyclique. Les seuls arguments en faveur de ce type de représentation viennent du fait que nous confondons les phénomènes qui se produisent « dans » le temps et le temps lui-même : les saisons, certes, se succèdent tel un cycle mais chaque cycle est différent du précédent, dans chaque cycle le hasard induit des modifications or une telle représentation suggèrent une répétition à l’identique. La représentation cyclique du temps, bien qu’ayant été pendant longtemps la représentation « admise », semble aujourd’hui encore moins convaincante que la représentation linéaire.

 

L’espace tel que nous le concevons à trois dimensions alors que le temps en a qu’une, c’est pour cela que le temps ne peut être représenté que de deux manières différentes comme nous l’avons vu précédemment. Ces deux représentations sont fléchées comme on peut le voir sur les schémas représentatifs ci-dessus. Le cours du temps est donc visible sur ces deux représentations. C’est la flèche portée par une droite qui, aujourd’hui, a été choisie pour représenter le temps. Plusieurs arguments physiques ont conduit à choisir le temps linéaire (à remarquer ici que la flèche du temps se retrouve aussi dans les graphiques évolutifs : distance parcourue en fonction du temps …) et non pas le temps cyclique. Le principe de causalité, c’est à dire que l’effet ne peut précéder la cause, et l’un des plus « puissants » arguments qui a permis « d’éliminer » la représentation cyclique (ce principe fondamental n’a jamais été remis en cause même si certaines théories envisagent une causalité inversée). Il est en effet impossible de représenter le temps de façon cyclique tout en respectant ce principe. (Tout ce complique quand on utilise la physique quantique qui repose sur des probabilités, c’est pour conserver se principe que celui-ci a été redéfini à de nombreuses reprises). Le temps ne peut donc pas « faire demi-tour ». Mais alors on pourrait se demander si, sans pour autant « renverser » le temps, on ne pourrait pas observer les répétitions de certains événements (comme les saisons). Le principe de causalité « n’interdit » pas en effet la répétition d’événements identiques. Donc, pour résumer, le principe fondamental soutenu par la physique : la causalité, n’admet pas le retour dans le passé mais autorise la répétition d’événements identiques dans le temps, il ne faut pas confondre encore ici le temps et ce qui se produit « dans » le temps (les événements ou les phénomènes).



[1] La généralisation est ici un peu simpliste. En effet, les kaons neutres par exemple seraient orientés (pour plus d’information, je vous invite à lire le chapitre 16 (p. 137→145) : Les tactiques de Chronos, Etienne Klein. Champs science Flammarion 2004. Prix « La science se livre ». 220 pages)

[2] Construction à partir d’images de la vidéo LA MAGIE DU COSMOS (1/4) : L'illusion du temps (Etats-Unis, 2011, 52mn)
ARTE France (Date de première diffusion : Sam., 13 oct. 2012, 20h48)

[3] Pour plus d’information sur la thermodynamique : Futura science : http://www.futura-sciences.com/fr/definition/t/physique-2/d/thermodynamique_3894/

[4] Voici l’explication formulée dans le livre (présenté par SCIENCE&VIE) : BIG QUESTIONS Physique, Michael Brooks (édition Télémaque) : Qu’est-ce que le temps ? p.17 : « un objet quantique, comme un atome, [a la remarquable aptitude] d’exister dans deux états entièrement distinct en même temps. Par exemple, il pourrait tourner simultanément dans le sens des aiguilles d’une montre et dans le sens contraire. Toutefois, lorsque la mesure est effectuée, cet état dédoublé se trouve dans l’obligation de devenir l’un ou l’autre : l’atome mesuré sera observé comme tournant dans le sens horaire ou antihoraire, et ne retournera pas spontanément dans l’état où il faisait les deux à la fois.» (Pour approfondir, de nombreux documents (sur la théorie quantique) traitent de la « fonction d’onde », sujet passionnant mais d’avantage de détails ne seront pas apportés ici par manque de temps).

[5] D’après l’exemple issu de LA MAGIE DU COSMOS (1/4) : L'illusion du temps (Etats-Unis, 2011, 52mn)

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