Temps
Le temps est un concept qui a été développé pour représenter l'évolution du monde.
L'homme constate que le monde évolue, change, se transforme. Outre la notion d'« objet », il y a donc la notion d'« événement » (transformation de l'objet). Ces constatations amènent aux notions de :
- simultanéité : deux événements ont lieu « en même temps », si les objets se transformant sont distants, on ne peut assister à la transformation que de l'un d'entre eux ;
- succession, antériorité et postériorité : si deux événements ne sont pas simultanés, l'un a lieu après l'autre.
Ces notions font appel à la mémoire : le classement des événements dans un ordre de succession ne peut se faire que si l'on se souvient de ces événements. La mémoire elle-même provient du fait que certains événements se répètent, ce qui permet l'apprentissage. Cet aspect met en avant les deux aspects du temps :
- l'aspect cyclique: cycle des jours, des saisons, de la vie...
- l'aspect linéaire: évolution, transformation irréversible, passage de la naissance à la mort.
L'aspect cyclique de certains événements a permis d'avoir une référence de durée (calendrier, horloge), et donc de quantifier le temps : lui associer un nombre et une unité.
| Image manquante Albert_Einstein.jpg Albert Einstein |
| Cet article de physique fait partie de la série relativité |
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Problème du temps
Le temps est peut-être une des questions fondamentales de la métaphysique, il est à la limite entre physique et métaphysique. Qu'est-ce que le temps ? Bien que l'intuition du temps qui passe soit universelle, définir le temps semble au-delà de nos capacités. Cela inspira une célèbre boutade à Saint Augustin dans ses Confessions :
- « Si personne ne me le demande, je le sais. Si je veux l'expliquer, je ne le sais plus »
- Quelques philosophies considéraient depuis les Grecs le temps comme un absolu, indépendant de l'espace ; d'autres non.
- La théologie catholique estimait avec Thomas d'Aquin que le temps était une création de Dieu au même titre que l'espace, et le situait dans une dimension nommée aevum, elle-même distincte de l'éternité qui la contenait. La création conjointe de l'espace et du temps est une des affirmations de la somme théologique, ce qui incitera par la suite quelques physiciens qui n'admettent pas au début l'idée de big bang (comme Fred Hoyle qui en avait créé le nom par dérision) à s'en méfier, y voyant juste une résurgence religieuse. Remarquons toutefois que Thomas d'Aquin considère lui aussi le temps comme un absolu : Dieu lui-même ne peut pas faire que ce qui a été n'ait pas été. Il est en son pouvoir certes de rendre sa virginité à une femme déflorée, mais il ne peut en aucun cas changer le passé et faire que cette femme n'ait pas été déflorée. Il ne le considère pas comme une soumission de Dieu lui-même au temps, mais au contraire comme une manifestation de cohérence implicite à la nature même de Dieu, qui ne saurait s'autocontredire.
- Isaac Newton considère le temps comme un absolu.
- Kant considère temps et espace comme des catégories pré-conceptuelles de la sensibilité, et donc comme des formes de l'expérience nécessaires et universelles (a priori).
- Einstein revisitera le concept même de temps : contrairement aux idées communément admises, d'une part il n'existe pas de temps absolu dans l'univers, et d'autre part le temps est étroitement imbriqué à l'espace, comme l'avait suggéré avant lui (mais mathématiquement et non au sens physique) son professeur Minkowski. Les notions de simultanéité et de succession sont relatives, elles dépendent de l'observateur.
- La mécanique quantique suggère que la notion de temps perd sa signification commune aux échelles qu'elle traite. Une expérience imaginée par Marlan Scully et utilisant les résultats de celle d'Alain Aspect exigerait en effet que dans certains cas spécifiques une observation modifie un état antérieur d'un système, faute de quoi des relations de conservation ne seraient plus respectées. Cela remettrait alors en cause une partie de la notion de causalité. Le physicien John Wheeler considère d'emblée ce résultat comme acquis dans le cadre de l'hypothèse émise en 1957 par son élève Hugh Everett, mais sa position ne fait pas l'unanimité chez les physiciens.
- Dans le langage courant, on peut voir le temps comme une dimension conventionnelle à l'aide de laquelle nous structurons le monde.
Les concepts utilisés dans la mesure du temps sont issus de l'inné. Comme nous comptons nos moutons, nos enfants, nous mesurons le temps. De l'application, il apparaît un nouveau concept qui mesure le temps d'une manière proportionnelle exponentielle en rapport avec le sujet étudié. Ce nouveau concept est décrit sur le site hypothèse sur le temps [1]. En application à la perception, ce concept donne que pour l'enfant d'un jour, le jour serait sa vie, le mois beaucoup, et l'année l'infini ; pour l'adulte de soixante douze ans, l'année serait 1/72, le mois 1/864, et le jour l'instant. En d'autres mots cinq minutes de rire pour adulte durent une éternité pour un enfant.
Temps subjectif et temps physique
La philosophie distingue deux dimensions dans la notion de temps. La dimension objective est étudiée par la science physique et est appelée en philosophie « temps ». La dimension subjective, étudiée par la philosophie, est appelée « durée ». Cette distinction simple n'est pas tout à fait correcte : la physique utilise également le terme de durée et la philosophie celui de temps...
- Le temps objectif est défini par rapport à une horloge. Son unité légale dans le système international est la seconde (et ses multiples).
- En temps subjectif les secondes peuvent paraître des heures et les heures peuvent paraître des secondes.
Exemples:
- Un enfant joue à son jeu préféré et au bout d'une heure, il doit s'arrêter : il s'exclame « Déjà ? », même si pour un scientifique le temps écoulé est exactement 3600 secondes. Mais pour l'enfant la durée écoulée est de toute façon trop courte.
- Un lycéen en cours, s'ennuie et regarde régulièrement sa montre avec l'espoir qu'il s'est écoulé une dizaine de minutes. Et il constate avec horreur qu'il ne s'en est objectivement écoulé qu'une seule.
La durée (l'impression subjective de temps) dépend donc des émotions ressenties par la personne qui l'évalue. Autrement dit, l'horloge subjective bat la mesure en raison inverse de la concentration du sujet. Pour le sujet très pris par son activité (par exemple quand il s'amuse), l'horloge bat très lentement, il ne s'écoule que quelques battements et le sujet « ne voit pas le temps passer ». Inversement, quand on s'ennuie ou qu'une situation est dramatique (accident de voiture, par exemple) les phénomènes semblent se ralentir (l'attention cherche un appui), les battements s'accélèrent et on « trouve le temps long ».
Avant Einstein, on pensait généralement que le temps objectif était fixe, toujours le même, tandis que le temps subjectif était variable, dépendant de l'état d'esprit de la personne qui l'observe.
Les travaux d'Einstein sur la relativité ont pour conséquence non pas que le temps objectif est variable (local), mais de façon bien plus radicale qu'on ne peut définir de temps objectif. Le temps est relatif à un référentiel et varie en fonction de la vitesse (formulation malheureuse, il est vrai, puisque la vitesse elle-même ne peut être définie que par rapport à un temps) et des champs d'accélération locaux (gravitation, changements de vitesse ou de direction, etc.). Pour cette raison, on ne peut jamais parler de simultanéité objective dans l'univers (excepté à une erreur admissible près dans le cas de distance et de temps très courts).
Autre distinguos s'appliquant au temps :
- temps linéaire de la tradition chrétienne, avec une création et une fin (apocalypse, jugement dernier), et temps cyclique de la tradition indo-européenne (éternel retour, cercles concentriques Nietzsche) ;
- temps continu, et discret : le temps comme séquence ordonnée d'événements, une notion faible de la synchronie étant l'observation des mêmes événements significatifs dans le même ordre ;
- temps irréversible, et voyages dans le temps ; l'irréversibilité qui caractérise le temps est un phénomène qui ne concerne qu'une partie des lois de la physique, et qui est liée au concept d'entropie, et jusqu'à récemment étudié plus ou moins exclusivement sous l'angle de phénomènes dissipatifs -- mais en biologie, l'irréversibilité du temps est liée à l'évolution, et à une génération d'ordre (peut-être seulement localisée, pour satisfaire le second principe de la thermodynamique). L'expérience de Marlan Scully jette un doute sur la non-réversibilité du temps à l'échelle quantique.
Le temps en physique
Pour les théories physiques, le temps est une grandeur essentielle, qui intervient dans les équations. Il se mesure en secondes, une unité de base du système international.
Dans les Temps Modernes, le format hexadecimal du temps a été proposé.
D'abord par l'ingenieur américain John W. Nystrom [2] en 1863, puis en 1997 par Américain Mark Vincent Rogers [3].
Voir l'article détaillé Le temps en physique.
La mesure du temps
Depuis 1967, la seconde est définie à partir d'un phénomène physique :
- le temps nécessaire à un rayon lumineux bien défini pour effectuer 9 192 631 770 oscillations.
Ce rayon lumineux servant à définir la seconde est celui dont la fréquence provoque une excitation bien déterminée d'un atome de césium-133 (transition entre les deux niveaux hyperfins de l'état de base de cet atome). Ceci signifie que en 1 seconde, il y a 9 192 631 770 périodes de ce « pendule » atomique ou horloge atomique dont la fréquence d'horloge est proche des 10 gigahertz.
Ainsi pour mesurer 1 seconde il suffit de savoir produire cette émission et d'en mesurer la fréquence. Notons que cette émission pourrait, par sa longueur d'onde (3,261 226 cm), donner une unité de longueur puisqu'il faut 30,663 3 = (9 192 631 770/299 792 458)périodes spaciales pour faire un mètre. Ceci souligne le fait qu'en l'état actuel des connaissances, la vitesse de la lumière dans le vide est constante et indépendante du référentiel, et constitue de fait l'étalon « naturel » dont sont dérivés l'étalon-temps et l'étalon-longueur.
En fait, selon les connaissances actuelles de la mécanique quantique, les rayons lumineux absorbables par un type d'atome ont toujours la même fréquence, pour une excitation (transition) donnée. Et selon les connaissances actuelles de la relativité générale, cette mesure sera toujours la même pour un observateur immobile par rapport aux atomes en question.
Avant la décision de la Conférence Générale des Poids et Mesures de 1967 de définir l'unité de temps en fonction d'un phénomène atomique, le temps a longtemps été défini en fonction de phénomènes d'origine astronomique. La seconde est issue historiquement du jour (période de révolution de la terre sur elle même), qui est subdivisé en heures, minutes et secondes. Le coefficient 9 192 631 770 de la définition ci-dessus vise à donner à la seconde sa valeur historique. Mais en fait, la science moderne a montré que les phénomènes astronomiques tels que la durée de révolution de la terre sur elle même, ou la révolution de la terre autour du soleil, n'ont pas une durée constante, et ne sont donc pas un bon support pour définir une unité de temps. Par exemple, la rotation de la terre sur elle-même ralentit (très lentement), en particulier à cause des effets de marée de la lune. De même, l'orbite de la terre autour du soleil se modifie avec le temps, car le soleil a tendance à perdre de la masse au fur et à mesure que les réactions nucléaires qui ont lieu en son centre produisent de l'énergie. La réalisation de la première horloge atomique en 1947 a permis d'adopter par la suite la définition de la seconde que nous connaissons, et qui est plus rigoureuse, d'un point de vue scientifique, que la définition historique basée sur des phénomènes astronomiques.
La plupart des horloges modernes, (montres, ordinateurs, etc.), utilisent des cristaux de quartz ayant une fréquence d'oscillation stable pour définir leur base de temps, elles vont de quelques kilohertz à plusieurs gigahertz.
Temps et espace
Depuis le début du XXe siècle, et la publication de la théorie de la relativité restreinte, il est admis que le temps et l'espace sont liés.
La théorie de la relativité générale montre que l'espace-temps est déformé par la présence de matière, et cela se manifeste par la force que nous appelons la gravité. Selon Albert Einstein, temps, espace et matière ne peuvent exister l'un sans l'autre. Cette théorie, qui lie espace, matière et temps fait dans certains cas des prédictions différentes de celles de la mécanique classique, ou temps et espace sont séparés. L'observation de tels phénomènes à montré que cette théorie était plus proche de la réalité que la mécanique classique. Par exemple, la relativité générale, et uniquement elle, prédit l'existence de 'lentilles cosmiques', dues au fait qu'une étoile massive dévie la lumière qui passe à proximité. De tels phénomènes ont effectivement été observés.
Le lien entre espace et temps a aussi pour conséquence que la notion de simultanéité (le fait que deux évènements se passent en même temps), n'est pas une notion absolue, mais dépend de l'observateur. Ce phénomène ne fait pas partie du sens commun car il ne se produit pas dans notre vie quotidienne, et n'est visible que si les observateurs se déplacent l'un par rapport à l'autre à des vitesses relativement élevées par rapport à la vitesse de la lumière.
Le temps relatif
Les équations des théories physiques considèrent le temps comme relatif. Les équations de la physiques sont symétriques par rapport à une translation dans le temps. Le théorème de Noether, établi en 1918, montre que cette propriété implique l'existence d'une quantité, l'énergie, qui se conserve quelles que soient les interactions entre objets.
Le fait que les équations de la physique ne soient pas modifiées par une translation dans le temps ne signifie pas pour autant que le temps est infini. En fait, de nombreuses observations, interprétées dans le cadre de la théorie de la relativité générale ont permis d'établir la théorie du Big Bang, selon laquelle l'univers aurait eu un début, où seraient apparus le temps, l'espace et la matière. Selon les connaissances actuelles, le temps aurait commencé il y a environ 13,7 milliards d'années. Le fait que le temps ait eu un début, et que la question « qu'y avait-il avant le début du temps ? » n'ait pas de sens est extrêmement difficile à se représenter. Parmi les observations qui ont permis de confirmer la théorie du Big Bang (dans le sens où cette théorie leur donne une explication cohérente), figurent le décalage vers le rouge du spectre lumineux émis par les étoiles lointaines, ainsi que l'existence d'un rayonnement cosmique provenant de toutes les directions de l'univers, correspondant à un rayonnement du corps noir de température 2,73 kelvin. Ce dernier phénomène avait été prédit par la théorie du Big Bang dans les années 1940 (avec une légère erreur sur la température), alors qu'il n'a été observé pour la première fois qu'en 1964.
La flèche du temps
Les équations de la physique sont en générale symétriques par rapport à une inversion temps. C'est le cas de toutes les équations qui décrivent les phénomènes à une échelle microscopique. Ainsi, si on passe l'enregistrement d'une interaction physique se produisant à échelle microscopique, il est impossible de dire si l'enregistrement est passé à l'endroit ou à l'envers.
Pourtant, à l'échelle macroscopique, certains phénomènes ne peuvent évidemment pas se passer à l'envers (par exemple, un œuf qui tombe par terre et qui se casse). Un autre exemple est la transmission d'énergie thermique entre corps, qui se fait toujours du corps le plus chaud vers le corps le plus froid, et jamais l'inverse. Le second principe de la thermodynamique, dont l'objet est l'évolution de l'entropie au cours des échanges de chaleur, postule que l'entropie d'un système isolé ne peut qu'augmenter, et donne donc une loi physique non symétrique par rapport au temps. Ludwig Boltzmann a tenté d'expliquer comment des phénomènes réversibles par rapport au temps à échelle microscopique peuvent conduire à une flèche du temps évidente à échelle macroscopique. Pour cela, il a développé la physique statistique, où les probabilités jouent un rôle très important.
Il est à noter qu'une exception à la symétrie par rapport au temps des particules élémentaires a été observée sur le Kaon neutre (site de l'expérience). Cette asymétrie à trait à la fréquence de transformation du Kaon neutre en son antiparticule. Ce phénomène pourrait expliquer pourquoi, lors de la formation de l'univers, la matière l'aurait emporté sur l'anti-matière. En quelque sorte, sans cette asymétrie, il se pourrait que l'univers actuel ne soit rempli que de photons, résultat de la réaction de la matière initiale avec l'anti-matière initiale.
Musique
Le temps est le paramètre principal de la musique, seul art à s'inscrire dans une évolution temporelle. La différenciation entre temps subjectif et temps objectif y joue un rôle primordial, puisque l'émotion procurée se mesure à l'aune d'un temps objectif, non quantifiable, et qui fait l'objet de plusieurs recherches en psychologie. Dans le solfège, le temps est une subdivision de la mesure et suggère la dynamique à apporter à l'interprétation (temps fort - temps faible).
Humour
- « Le temps est le moyen qu'a trouvé la Nature pour que tout ne se passe pas au même moment. » (John Wheeler, physicien)
- « Le temps n'est pas moins pollué que l'espace : je viens de passer un sale quart d'heure. » (Roland Topor)
Voir aussi
- Histoire de la mesure du temps
- Chronobiologie
- Kant: temps préconceptuel
- Saussure: synchronie et diachronie
- Hawking: une brève histoire du temps
- Feynman: la nature des lois physiques (The Character of Physical Law)
- Prigogine et Stengers: la Nouvelle Alliance
- Ordre de grandeur (temps)
- Temps décimal
Existence | Philosophie | Espace | Relativité | Temps universel coordonné | Le temps en physique
Liens externes
- Histoire de la mesure du temps
- BIPM La définition de la seconde.
- Florencetime.net Le temps en hexadécimal.
- Horloges en ligne
- Horloge Parlante
- Heure UTC du BIPM
- TimeTicker Horloge en ligne avec outil de synchronisation de l'heure de l'ordinateur (par ActiveX donc pour Internet Explorer uniquement)
- Sunclock designed by Franck NOIRAUX Le temps solaire réel.
- Kant et les limites de l'espace et du temps
| Théorie de la connaissance |
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