Raphaël a écrit :Cette inversion d'ordre chronologique selon le référentiel inertiel d'observation est seulement une illusion due à la vitesse limitée de la lumière. Si la lumière pouvait se déplacer instantanément d'un bout à l'autre de l'Univers (façon de parler ...) cette illusion n'existerait pas.
Le point de vue que vous présentez ici est ce que l'on appelle l'interprétation lorentzienne de la Relativité. Dans cette interprétation (celle qui précédait l'interprétation au contraire positiviste d'Einstein) :
- il y a un référentiel inertiel privilégié inobservable.
- L'expérience de Morley Michelson ne détecte en effet pas la vitesse de l'observateur vis à vis de ce référentiel en raison des effets, rappelés ci-dessous, découlant de l'invariance de Lorentz (effets interprétés par Lorentz comme "réels")
- la contraction de Lorentz de la longueur des objets en mouvement vis à vis de ce référentiel privilégié est considérée comme "réelle",
- le ralentissement du tic-tac des horloges en mouvement vis à vis de ce référentiel est considéré comme "réel",
- Il y a une simultanéité "réelle" entre évènements et une chronologie "réelle" ordonnant les évènements, elles sont relatives à ce référentiel inertiel privilégié supposé,
- la relativité de la simultanéité et de l'ordre temporel des évènements est interprété comme une illusion.
Ce point de vue est défendu par certains physiciens (très peu nombreux toutefois) qui vont même encore plus loin. Pour eux, il y a bien des interactions quantiques instantanées à distance. La mesure quantique sur des systèmes EPR corrélés est interprétée comme un phénomène physique objectif, instantané et donc réellement non local. Cette interprétation, dite réaliste, confère une signification intersubjective à la simultanéité privilégiée associée à cette action quantique instantanée à distance supposée (ainsi qu'à la chronologie privilégiée et au référentiel inertiel privilégié associés à cette simultanéité privilégiée supposée).
Voilà par exemple ce que nous dit K.R Popper en 1982 à ce sujet, défendant l'interprétation bohmienne de la physique quantique (cf.
Pilot-wave theory, Bohmian metaphysics, and the foundations of quantum mechanics lecture 5)
We have to give up Einstein’s interpretation of special relativity and return to Lorentz’s interpretation and with it to . . . absolute space and time. . . . The reason for this assertion is that the mere existence of an infinite velocity entails [the existence] of an absolute simultaneity and thereby of an absolute space. Whether or not an infinite velocity can be attained in the transmission of signals is irrelevant for this argument: the one inertial system for which Einsteinian simultaneity coincides with absolute simultaneity . . . would be the system at absolute rest - whether or not this system of absolute rest can be experimentally identified.
Voilà ce que nous dit Bell quant à lui sur ce même sujet :
The idea that there is an aether, and these Fitzgerald contractions and Larmor dilations occur, and that as a result the instruments do not detect motion through the aether - that is a perfectly coherent point of view. . . . The reason I want to go back to the idea of an aether here is because in these EPR experiments there is the suggestion that behind the scenes something is going faster than light.
Now if all Lorentz frames are equivalent, that also means that things can go backwards in time. . .[this] introduces great problems, paradoxes of causality, and so on. And so it is precisely to avoid these that I want to say there is a real causal sequence which is defined in the aether.
C'est le point de vue de De Broglie, Bohm, Bell, Scarani, Valentini, Percival, Goldstein, Bricmont et quelques autres. cf. Jean Bricmont
"La mécanique quantique pour non-physiciens".
Bref, votre interprétation (implicite), l'interprétation de Lorentz-Poincaré de la Relativité Restreinte, est celle selon laquelle existerait un référentiel inertiel privilégié, un éther, en violation de l'invariance de Lorentz, à une échelle à ce jour inaccessible à l'observation. Dans le cadre de cette interprétation (métaphysique, c'est ce qu'on lui reproche), il existerait un espace-temps absolu, un milieu de propagation des ondes de lumière et de matière auquel serait associable un état de mouvement intersubjectif. Les ondes de matière et d'énergie se propagent dans ce milieu. Elles sont soumises à une "vraie" contraction de Lorentz comme cela se passe d'ailleurs :
- pour des objets, libres de contrainte, au repos dans un référentiel en rotation dans un espace-temps de Minkowski par exemple ou encore
- pour des objets au repos dans un référentiel inertiel en mouvement dans un espace-temps statique hypertorique (pourtant vide et plat comme une limande. Il ne se distingue de l'espace-temps de Minkowski que par sa topologie. Il a la même métrique).
Cet espace-temps absolu s'appelle l'espace-temps d'Aristote, plus communément connu sous le nom d'espace-temps de Newton. Sa géométrie, c'est le groupe d'Aristote. Il s'agit d'un sous-groupe à 7 paramètres du groupe de Poincaré. Les symétries exprimées par l'invariance des lois de la physique vis à vis des actions du groupe d'Aristote modélisent :
- l'invariance par translation temporelle (= la conservation de l'énergie),
- l'invariance par translation spatiale (= la conservation de l'impulsion) et enfin
- l'invariance par rotation (= la conservation du moment cinétique).
L'espace-temps d'Aristote est (d'un point de vue mathématique) celui auquel vos remarques sur le temps font implicitement référence. Il possède, comme vous semblez assez nettement le souhaiter :
- un feuilletage privilégié en lignes d'immobilités et en feuillets 3D de simultanéité
(donc un espace 3D absolu avec des distances absolues, des durées absolues et une simultanéité absolue)
- un ordre chronologique objectif (indépendant du référentiel d'observation) entre les évènements .
Dans cet espace-temps, on construit les transformations de Lorentz (on les dérive mathématiquement à partir du principe de relativité du mouvement). On a besoin de ces transformations pour rendre compte de l'invariance de Lorentz respectée par tous les phénomènes physiques observables à ce jour.
On interprète alors l'invariance de Lorentz
non comme une propriété d'un espace-temps objectif préexistant dans lequel tous les phénomènes physiques, sans exception, seraient tenus de se dérouler, mais comme
une symétrie respectée par les phénomènes à l'échelle où nous savons les observer (une émergence statistique donc). On demande alors seulement à ces phénomènes de se dérouler dans l'espace-temps d'Aristote. Libre à eux de respecter ou non l'invariance de Lorentz...
...a condition de ne pas se faire prendre par l'observateur macroscopique en flagrant délit de violation d'invariance de Lorentz c'est à dire de transfert d'information à une vitesse supérieure à celle autorisée par Einstein (les traces indirectes de telles violations, telles que la violation des inégalités de Bell par exemple, ne sont pas admises comme preuve et se terminent obligatoirement par un non lieu).
Dans l'interprétation réaliste de la physique quantique (celle qui devrait plaire à Martin Pêcheur et même à Richard si ce dernier lisait un peu sérieusement ce que j'écris), on suppose que l'invariance de Lorentz est violée par la mesure quantique de systèmes EPR corrélés. Comme cette violation ne peut pas être utilisée pour transférer instantanément de l'information entre Alice et Bob (dans l'expérience d'Alain Aspect), ces considérations réalistes concernant la fonction d'onde et la réduction du paquet d'onde relèvent de l'interprétation.
Dans l'interprétation réaliste, le passage de l'état superposé mort et vif du chat de Schrödinger vers l'état mort ou vers l'état vif est considéré comme réel et objectif. Cette "métaphore" de la mesure quantique est bien plus qu'une simple métaphore puisque que Serge Haroche, notre prix Nobel de physique 2012, a pu créer au LKB des "chatons de Schrödinger" et observer leur décohérence dans ses "boîtes à photons". Il s'agit, plus précisément, de systèmes de quelques photons en cavité microonde supraconductrice en état superposé de deux phases classiques (cf.
Oscillation de Rabi à la frontière classique-quantique et génération de chats de Schrödinger LKB, Alexia Auffeves Garnier, thèse de doctorat, juillet 2004).
Cette interprétation réaliste de la fonction d'onde et de sa réduction est très minoritaire parmi les physiciens de profession. L'interprétation la mieux acceptée c'est, au contraire, l'option philosophique positiviste : dans cette option,
la fonction d'onde est seulement un outil statistique. De ce point de vue, quand Alice mesure la polarisation de ses photons, elle acquière une
information sur les statistiques de résultats de mesure de polarisation possibles de Bob. Tant que Bob ne mesure rien,
du côté de Bob il ne se passe rien puisqu'on ne peut pas recueillir d'information sur ce que fait Alice (cf. le no-communication theorem). Aucune entropie (dont la création est nécessaire pour enregistrer une information) n'est créée instantanément à distance du côté de Bob par l'action d'Alice. Bob ne peut donc pas recueillir d'information sur le changement, instantanément provoqué par Alice, de l'état de polarisation du photon de Bob. Comme ce qui ne peut pas être observé n'existe pas (selon le point de vue positiviste) c'est que l'action d'Alice n'a rien fait du côté de Bob.
Selon le point de vue positiviste, le changement d'état de la paire de photons EPR corrélés est un changement d'état, parfaitement local,
dans la connaissance d'Alice. Pas de conflit, donc, avec l'invariance de Lorentz et pas de conflit non plus avec la causalité relativiste. C'est le point de vue largement majoritaire de Bohr, Heisenberg, Pauli, Von Neumann, Legett, Rovelli, Bitbol, Grinbaum... très bien défendu par Asher Peres par exemple,
Quantum Information and Relativity Theory, Asher Peres, Daniel R. Terno ( Jul 2003)
I Three inseparable theories
B Quantum theory and information
Many physicists, perhaps a majority, have an intuitive realistic worldview and consider a quantum state as a physical entity. Its value may not be known, but in principle the quantum state of a physical system would be well defined. However, there is no experimental evidence whatsoever to support this naive belief. On the contrary, if this view is taken seriously, it may lead to bizarre consequences, called “quantum paradoxes.” These so-called paradoxes originate solely from an incorrect interpretation of quantum theory...
...In this review we shall adhere to the view that ρ is only a mathematical expression which encodes information about the potential results of our experimental interventions. The latter are commonly called “measurements” — an unfortunate terminology, which gives the impression that there exists, in the real world, some unknown property that we are measuring. Even the very existence of particles depends on the context of our experiments. In a classic article, Mott (1929) wrote “Until the final interpretation is made, no mention should be made of the α-ray being a particle at all.” Drell (1978)provocatively asked “When is a particle?” In particular, observers whose world lines are accelerated record different numbers of particles, as will be explained in Sec. V.D (Unruh, 1976; Wald, 1994)
L'interprétation lorentzienne de la Relativité à laquelle vous adhérez (peut-être sans le savoir) permet :
- d'attribuer une interprétation réaliste à la fonction d'onde, c'est à dire d'interpréter la fonction d'onde comme un champ physique objectif,
- d'interpréter la mesure quantique comme un phénomène physique objectif instantané et intersubjectivement non local
- de préserver, vis à vis de ce phénomène quantique supposément instantané et intersubjectivement non local, le principe de causalité (du point de vue de la structure causale associée à la chronologie absolue ayant cours dans l'espace-temps d'Aristote).
C'est d'ailleurs cette idée que j'avais exposée dans
Special Relativity and possible Lorentz violations consistently coexist in Aristotle space-time. C'est l'idée des De Broglie, Bohm, Bell, Goldstein, Scarani, Valentini, Bricmont, Arminjon et quelques autres.
Le référentiel inertiel privilégié dont vous admettez implicitement l'existence est alors le référentiel inertiel dans lequel l'effet physique instantané et non local (interprété comme intersubjectif) sur la polarisation du photon de Bob d'une mesure quantique de polarisation réalisée par Alice (sur son photon) est simultané à cette mesure au sens de la simultanéité ayant cours dans ce référentiel (baptisé référentiel quantique privilégié dans cette interprétation).
Depuis, j'ai en partie changé d'avis (en partie car je n'exclue pas totalement la possibilité que le milieu de propagation des ondes de matière et de lumière ait un état de mouvement possédant un caractère intersubjectif bien qu'à ce jour cet état de mouvement soit inobservable en raison de l'invariance de Lorentz). Je me suis rangé au point de vue des physiciens qui ont proposé une formulation time-symmetric de la physique quantique. Pour eux, ce qui est valide à un niveau fondamental, c'est l'invariance de Lorentz et la symétrie T. L'effet de mesures fortes sur des mesures faibles antérieures est alors interprété comme une action rétrocausale (cf.
Can a Future Choice Affect a Past Measurement's Outcome? Yakir Aharonov, Eliahu Cohen, Avshalom C. Elitzur, Jun 2015).
L'écoulement irréversible du temps est alors interprétable comme une émergence de nature thermodynamique statistique. C'est d'ailleurs ce que proposent Rovelli, Martinetti et Connes, dans le cadre de l'hypothèse du temps thermique, d'une façon que je trouve extrêmement convaincante physiquement et mathématiquement (cf.
Von Neumann Algebra Automorphisms and Time-Thermodynamics Relation in General Covariant Quantum Theories, A. Connes, C. Rovelli, 14 Jun 1994,
Diamonds's Temperature: Unruh effect for bounded trajectories and thermal time hypothesis, P. Martinetti, C. Rovelli, Feb 2004 ou encore
forget time, Carlo Rovelli, Mar 2009).
Un petit commentaire maintenant sur le texte de Bergson que vous avez cité et que je rappelle ci-dessous :
Bergson a écrit :Quand je suis des yeux, sur le cadran d'une horloge, le mouvement de l'aiguille qui correspond aux oscillations du pendule, je ne mesure pas de la durée, comme on paraît le croire; je me borne à compter des simultanéités, ce qui est bien différent. En dehors de moi, dans l'espace, il n'y a jamais qu'une position unique de l'aiguille et du pendule, car des positions passées, il ne reste rien. Au-dedans de moi, un processus d'organisation ou de pénétration mutuelle des faits de conscience se poursuit, qui constitue la durée vraie. C'est parce que je dure de cette manière que je me représente ce que j'appelle les oscillations passées du pendule, en même temps que je perçois l'oscillation actuelle. Or, supprimons pour un instant le moi qui pense ces oscillations du pendule, une seule position même de ce pendule, point de durée par conséquent. Supprimons, d'autre part, le pendule et ses oscillations; il n'y aura plus que la durée hétérogène du moi, sans moments extérieurs les uns aux autres, sans rapport avec le nombre. Ainsi, dans notre moi, il y succession sans extériorité réciproque; en dehors du moi, extériorité réciproque sans succession.
Le texte de Bergson, indique sa croyance dans une sorte de durée psychologique, une "durée hétérogène du moi" (gulp ! Heureusement que c'est Bergson qui écrit ça) qui serait distincte de la durée mesurée par nos horloges. Bref, la mémorisation (par le cerveau de l'observateur) des positions successives de l'aiguille ne serait pas un phénomène physique irréversible d'enregistrement d'information (notion d'irréversibilité, la fuite d'information hors de portée d'une famille d'observateurs, sans laquelle il n'est effectivement pas possible de définir la notion d'écoulement irréversible du temps).
Cette hypothèse est à relier à la position dualiste de Bergson. Non que je rejette totalement cette hypothèse, simplement, vis à vis de la question du temps, ça ne me paraît pas du tout pertinent. Nous avons nos horloges internes. Elles obéissent aux mêmes lois d'écoulement du temps que les horloges "externes". Quand le jumeau de Langevin, fonçant à toute allure, revient vers son jumeau sédentaire, ce n'est pas seulement sa montre qui a fait moins de tic-tac. Quand il revient, le jumeau voyageur est effectivement plus jeune que son jumeau sédentaire (ça ne pose d'ailleurs aucun problème à l'interprétation lorentzienne de la Relativité à laquelle vous semblez tenir sans le savoir).
Le texte de Bergson me semble assez nettement indiquer qu'il ne savait pas (ou n'avait pas compris) ce qu'était un phénomène irréversible et ce qu'était l'entropie (notamment le fait que des positions passées de l'aiguille il ne reste pas rien, contrairement à ce qu'il affirme. En effet, le phénomène est irréversible. Il laisse donc des traces dans l'environnement). Ce n'est pas forcément évident pour un philosophe non doté d'une très solide formation scientifique de traiter de questions aussi délicates que la question du temps. Elle est d'abord du ressort des physiciens.
Emanuelle a écrit :Malgré vos explications ABC, je n'arrive pas à comprendre cette interdiction de signal dépassant la vitesse de la lumière pour préserver le principe de causalité.
La structure causale de l'espace-temps de Minkowski interdit des signaux, transportant de l'information, se propageant à une vitesse supérieure à une vitesse limite finie (il se trouve que cette limite correspond, physiquement, à celle de la lumière). En effet, en utilisant des signaux se propageant à vitesse supraluminique dans des référentiels inertiels choisis de façon appropriée, on peut recevoir une réponse à un signal que l'on n'a pas encore envoyé.
Dans l'espace-temps d'Aristote, la structure causale de cet espace-temps permet d'envoyer des signaux à vitesse supraluminique sans violer la causalité (c'est à dire sans qu'un effet puisse être antérieur à sa cause au sens de la chronologie absolue ayant cours dans cet espace-temps). Il s'agit d'une vitesse supraluminique
par rapport au référentiel privilégié de cet espace-temps. Il n'est pas demandé de pouvoir envoyer de tels signaux à cette même vitesse dans tous les référentiels inertiels. En effet, l'appartenance à l'espace-temps d'Aristote n'exige pas, intrinsèquement, le respect de l'invariance de Lorentz (elle est autorisée, mais pas obligatoire). De tels signaux violent l'invariance de Lorentz. En effet, on peut s'en servir pour mesurer sa vitesse vis à vis du référentiel inertiel privilégié associé à l'espace-temps d'Aristote.
Il s'agit alors
du référentiel inertiel (unique) dans lequel la synchronisation des horloges distantes réalisée par échange de ces signaux supraluminiques hypothétiques coïncide avec la synchronisation relativiste classique des horloges distantes obtenue par échange de signaux lumineux (cf. la célèbre expérience de pensée d'Einstein basée sur l'échange de signaux lumineux dans un train et l'échange de signaux lumineux sur le quai de la gare pour expliquer la relativité de la simultanéité en RR).
Enfin, il est intéressant de noter que la combinaison du respect de l'invariance de Lorentz et de la propagation d'interactions à vitesse supraluminique demande une violation du principe de causalité, un voyage du signal dans le sens présent passé (à vitesse inférieure ou égale à c) se poursuivant par un voyage (toujours à vitesse inférieure ou égale à c) de ce même signal dans le sens passé futur par exemple (c'est la violation de causalité qui intervient dans l'interprétation réaliste des résultats de mesure faible ainsi que dans l'interprétation réaliste, mais Lorentz invariante, de l'effet EPR). Cette violation de causalité se produit "observablement" (selon moi, mais cet avis est très minoritaire) lors du franchissement d'une barrière tunnel à vitesse suraluminique (
Tunneling Times and Superluminality: a Tutorial, Raymond Y. Chiao, Nov 1998).
Pourquoi ? Parce que :
- le phénomène de détection du photon supraluminique est physiquement observable (il donne bien lieu à une création d'entropie),
- en effet, dans cette expérience, le photon qui franchit la barrière tunnel le fait en moins de temps que son jumeau parcourant un chemin optique de même longueur mais dans le vide,
- le phénomène de franchissement de la barrière tunnel respecte l'invariance de Lorentz (on effectue les mêmes observations "sur le quai de la gare ou dans un train", ce point là n'est pas objet de controverse)
A noter que l'interprétation par Steinberg, Kwiat et Chiao d'un franchissement de la barrière tunnel à vitesse supraluminique est contestée par Winful. L'interprétation par Winful de l'effet observé diffère de la leur
Do single photons tunnel faster than light?
(n'empêche que l'effet observé est bien celui que Steinberg, Kwiat et Chiao avaient prédits).