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CARTE BLANCHE

Les condoléances d’Einstein

Wiebke Drenckhan Et Jean Farago

Le début du printemps à Strasbourg a été passablement jésuite : les fleurs étaient aux arbres, le soleil invitait à sortir et à se débarrasser des pelures de l’hiver, tandis qu’un froid glacial interdisait dans le même mouvement tout changement de régime. Comme le vin au portier de Macbeth, ce temps paradoxal aiguillonnait le désir des beaux jours et l’éteignait tout à la fois. Une météo qui invitait aux barbecues, mais avec des moufles !

De façon similaire à ce temps dissonant, on trouve dans le corpus des théories physiques un exemple étonnant avec une telle coexistence contradictoire, qui n’a jamais pu être dépassée par une unification ultérieure. Il vient de la fin du XIXe siècle, quand les physiciens prennent conscience de la nature corpusculaire de la matière. En comprenant qu’elle est constituée d’atomes individuels, ils écartent définitivement la vision d’une matière continue et infiniment divisible. Ce faisant, un très grand nombre de faits expérimentaux trouvent un cadre unificateur élégant (le mouvement brownien, les propriétés des gaz…), et une théorie majeure, la thermodynamique, se voit éclairée et approfondie.

Une contradiction demeure cependant indépassable, ce qui suscita à l’époque des controverses houleuses. En effet, les équations de la physique microscopique sont réversibles dans le temps, mais elles engendrent une physique irréversible quand un très grand nombre d’éléments interagissent. Par exemple, un spectateur regardant évoluer quelques molécules dans un film serait incapable de dire si le film est passé à l’envers. En revanche, un glaçon qui se reconstituerait à la surface d’un verre d’eau qui, lui, irait se réchauffant, choquerait immédiatement !

Inconfort persistant

Bien qu’une analyse pertinente de cette contradiction ait été donnée dès 1896 par Ludwig Boltzmann (l’un des pères fondateurs de la physique statistique), cette question de la flèche du temps a suscité des débats continus (et des tentatives infructueuses pour la résoudre) pendant tout le siècle suivant. La raison de cet inconfort persistant tient essentiellement au fait que les arguments de Boltzmann ne résolvent pas mathématiquement la contradiction, mais nous expliquent plutôt comment vivre avec – un modus vivendi extrêmement original, que l’on ne rencontre dans aucune autre théorie classique. En physicien, Boltzmann parle de « probabilités », d’« entropie », de « conditions initiales représentatives ». Quoique pertinents, ces arguments mathématiques complexes masquent malgré tout un enjeu important du problème qui se situe aux frontières de la physique elle-même.

Car l’irréversibilité des phénomènes macroscopiques est en fait intimement liée à notre perception du réel et à notre manière réductrice de le décrire. Serions-nous capables d’appréhender le monde d’une façon holistique, prenant en compte l’intégralité de l’information constituée par les positions et vitesses de toutes les molécules en présence, que leur évolution temporelle ne nous choquerait pas plus dans un sens que dans l’autre. Mais nos capacités à percevoir et à décrire le monde sont bien plus limitées, et notre cerveau « digère » le réel d’une manière à la fois synthétique et imparfaite : dans l’information reçue par nos sens, nous singularisons en permanence un petit nombre d’« objets » (l’eau liquide et le glaçon dans l’exemple ci-dessus) évoluant les uns par rapport aux autres. C’est ce « regard réducteur » qui, tout en nous dotant d’un pouvoir unique d’analyse des phénomènes, révèle aussi la flèche du temps.

Einstein avait bien compris cette troublante situation, où la description d’une réalité objective ne peut éviter le filtre de notre rapport au monde. Avec son sens de la formule, il écrivit dans une lettre à la famille d’un ami disparu : « [Nous physiciens] savons bien que la distinction entre passé, présent et futur n’est qu’une illusion obstinément persistante. » De quoi méditer le dimanche au jardin, en attendant la transformation irréversible des merguez, et l’illusion du printemps revenu.

Wiebke Drenckhan (CNRS) et Jean Farago (université de Strasbourg) Physicienne et physicien à l’Institut Charles-Sadron à Strasbourg drenckhan@unistra.fr et farago@unistra.fr

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