Le temps en physique
Le temps (du latin tempus) est une notion fondamentale de la Nature dans son sens de « temps qui passe ». Les physiciens, écrit Etienne Klein, n'essaient pas de résoudre directement la délicate question de la « nature » du temps (...). Ils cherchent plutôt la meilleure façon de représenter le temps. Héraclite et les atomistes proposent de confondre la matière avec le mouvement. Selon eux, tout est mobile. En étudiant la chute des corps, Galilée fut le premier à considérer le temps comme une grandeur quantifiable qui permettait de relier mathématiquement les expériences. C'est ainsi qu'en choisissant le temps comme paramètre fondamental, il en déduit que la vitesse acquise par un corps en chute libre est simplement proportionnel à la durée de sa chute. La première figuration du temps fut une ligne (par après, une ligne orientée dans un seul sens, ou flèche du temps) composée d'une suite d'instants infinitésimaux.
Les interactions de la matière dans l'espace (définis comme phénomènes physiques) nécessitent un degré de liberté (une dimension) : le temps. Mais ce degré de liberté, bien que topologiquement pauvre (une seule dimension temps), s'exprime dans toutes les directions : un point se déplaçant dans une seule direction donne la droite, une droite se déplaçant dans une direction donne le plan, le plan se déplaçant dans une direction donne l'espace, etc. Le fait pour le temps d'être intrinsèquement lié à l'espace est décrit par Einstein comme un « continuum » de l'espace-temps. Il est possible d'envisager des longueurs ou des durées « aussi petites que l'on veut ».
Cependant, de nouvelles théories de la physique sont actuellement en train d'émerger qui envisagent le temps comme « discontinu » (voir les liens vers les sites de Julian Barbour et de Jean François Labopin). Les théories bien-établies sont souvent appelées « lois » de la physique, mais, comme toutes les théories scientifiques, ces « lois » peuvent être remises en cause dès qu'une expérience ne rentre parfaitement pas dans le cadre de ces « lois ». Etant donné que la vitesse maximale autorisée dans l'univers est (jusqu'à preuve du contraire), limitée à c, c'est-à-dire la vitesse_de_la_lumière dans le vide (soit 299 792 458 mètres par seconde), une des constantes de l'univers physique, on l'utilise pour comparer des vitesses, pour mesurer des distances très grandes (la distance de la Terre au Soleil est de 150 millions de km ou 8 minutes-lumière), pour la localisation des navires (système GPS)ce qui nécessite une précision très grande afin de mesurer la durée d'un phénomène (ainsi, la seconde est égale à 9 192 631 770 périodes de la radiation de transition entre les deux niveaux hyperfins d'énergie de l'état fondamental de l'atome de césium 133), ainsi que pour convertir les unités de temps en unités d'espace dans la physique relativiste.
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Physique Newtonienne et temps linéaire
Voir physique classique
Vers 1665, lorsque Isaac Newton tira de la chute des corps sous l'influence de la gravité, la première formulation claire de physique mathématique du traitement du temps : temps linéaire, conçu comme une horloge universelle.
Thermodynamique et le paradoxe d'irréversibilité
1812 - Fourier publie sa Théorie analytique de la chaleur. 1824 - Sadi Carnot analysa scientifiquement les moteurs à vapeur
1ère loi de la thermodynamique - ou loi de conservation de l' énergie
2nde loi de la thermodynamique - la loi d'entropie (1850 - Clausius)
- E = ... (énergie thermique)
- ds = ...
Electromagnétisme et vitesse de la lumière
Quelque part entre 1831 et 1879, James Clerk Maxwell développa une théorie combinant l' électricité et le magnétisme. Ces équations de calcul vectoriel qui utilisent l'opérateur nabla (
) sont dites équations de Maxwell pour l' électromagnétisme, dans le vide, elles se présentent comme suit:
où c est une constante qui représente la vitesse de la lumière dans le vide, E est le champ électrique, et B est le champ magnétique.
La physique d'Einstein et le temps
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En 1875, Lorentz découvrit la transformation de Lorentz, sur laquelle se basa la théorie de la relativité d'Einstein, publiée en 1915. La transformation de Lorentz stipule que la vitesse de la lumière est constante dans tous les référentiels d'inertie.
La théorie de la relativité d'Einstein utilise la géométrie de Riemann, qui emploie le tenseur métrique décrivant l'espace de Minkowski: [(dx1)2 + (dx1)2 + (dx2)2 + (dx3)2 − c2(dt)2)], pour développer une solution géometrique à la transformation de Lorentz qui préserve les équations de Maxwell.
La théorie d'Einstein était basée sur l'hypothèse qu'aucun point de l'univers n'est un 'centre', et qu'en conséquence, la physique doit agir de la même manière dans tous les référentiels d'inertie. Sa théorie, simple et élégante montre que le temps se rapporte au référentiel d'inertie, c'est-à-dire qu'il n'existe pas d'horloge universelle. Chaque référentiel d'inertie possède sa propre géométrie locale.
- E2 = m2c4 + p2c2 (énergie atomique)
E = énergie, m = masse, p = moment, c = la vitesse de la lumière
Physique quantique et temps
Voir mécanique quantique
Systèmes dynamiques
Voir systèmes dynamiques et théorie du chaos, structures dissipatives
On pourrait dire que le temps est la paramétrisation d'un système dynamique qui permet de révéler et d'agir sur la géométrie du système. Il a été affirmé que le temps est une conséquence implicite du chaos (c'est-à-dire sa nonlinéarité/ son irréversibilité): le temps caractéristique, d'un system. Benoit Mandelbrot introduit le temps intrinsèque dans son livre Multifractales and bruit 1/f.
Bibliographie
- La Recherche Hors série n°5 avril 2001 « Le temps »
Voir aussi
Lien externe
- Qu'est-ce que le TEMPS (Etienne Klein) ?
- Julian Barbour
- Lee Smolin
- Jean François Labopin
- Boorstein, Daniel J., « The Discoverers ». Vintage. February 12, 1985. ISBN 0394726251
- Prigogine, Ilya, « Order out of Chaos ». ISBN 0394542045
- Stengers, Isabelle, and Ilya Prigogine, « Theory Out of Bounds ». University of Minnesota Press. November 1997. ISBN 0816625174
- Mandelbrot, Benoit, « Multifractals and 1/f noise ». Springer Verlag. February 1999. ISBN 0387985395
- Serres, Michel, et al., « Conversations on Science, Culture, and Time (Studies in Literature and Science) ». March, 1995. ISBN 0472065483
- Kuhn, Thomas S., The Structure of Scientific Revolutions. ISBN 0226458083