Le temps nous semble linéaire : nous nous souvenons du passé, vivons le présent et prévoyons l’avenir, en passant successivement d’un instant à l’autre. Mais pourquoi en est-il ainsi, et le temps pourrait-il finalement être une sorte d’illusion ? Dans cet épisode, le physicien lauréat du prix Nobel Franck Wilczek parle avec l'hôte Steven Strogatz sur les nombreuses « flèches » du temps et pourquoi la plupart d'entre elles semblent irréversibles, l'essence de ce qu'est une horloge, comment Einstein a changé notre définition du temps et le lien inattendu entre le temps et nos notions de ce que pourrait être la matière noire.

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Transcription

STEVEN STROGATZ : Nous sommes tous conscients du temps qui passe. Nous l'avons ressenti dans le changement des saisons, dans les rythmes des chants et des danses, dans le fait que nos enfants grandissent et vieillissent. Qu'on le veuille ou non, le temps est un élément fondamental de la vie. Et au fil des millénaires, les scientifiques ont généralement considéré le temps comme une chose unidimensionnelle, une flèche qui continue d’avancer, jamais de reculer. Mais plus nous regardons le temps de près, plus il devient compliqué et mystérieux. Les scientifiques d’aujourd’hui sont divisés sur la question de savoir si le temps, ou du moins notre expérience, est réel ou illusoire. Peut-être que nous n’avançons pas vraiment dans le temps. Peut-être que le présent, le passé et le futur sont tous également réels.

[Pièces à thème]

Je m'appelle Steve Strogatz et voici « The Joy of Why », un podcast de Quanta Magazine, où mon co-hôte, Jana Levin, et j'explore à tour de rôle certaines des plus grandes questions sans réponse en mathématiques et en sciences aujourd'hui.

Dans cet épisode, nous demanderons physicien théoricien Frank Wilczek, "Qu'est-ce que le temps?" Comment l’avons-nous défini dans le passé ? Et comment la physique quantique pourrait-elle la redéfinir à l’avenir ?

Frank est professeur de physique Herman Feshbach au MIT, professeur distingué à l'université d'État de l'Arizona et professeur à l'université de Stockholm. Il est le gagnant du Prix ​​Nobel 2004 en physique et le prix Templeton 2022. Et il est l'auteur de plusieurs livres, dont, plus récemment, Fondamentaux: dix clés de la réalité. Frank, bienvenue dans « La joie du pourquoi ».

FRANC WILCZEK : Merci. Heureux d'être ici.

STROGATZ : Eh bien, je suis très heureux de discuter à nouveau avec vous. J'ai adoré tout ton livre Notions de base, et l’explication que vous avez donnée sur le temps et sur la façon de penser au temps a été pour moi l’une des plus poignantes et des plus belles. Mais j'aimerais commencer par une sorte de question personnelle sur votre expérience du temps, en tant que fils et personne, mari, je ne sais pas. Comment vivez-vous le temps en tant que personne, et est-ce différent de la façon dont vous le vivez en tant que scientifique ?

WILCZEK : Eh bien, cette année, j'ai été confronté au temps d'une manière très agréable. C'est le 50e anniversaire de mon premier article scientifique et aussi, ce n'est pas une coïncidence, de mon mariage. Cela fait 50 ans…

STROGATZ : (rit) Ouah.

WILCZEK : Et j'ai réfléchi au passage du temps et, d'une certaine manière, j'ai voyagé dans le temps pour revisiter ces moments marquants.

C'est une question très intéressante que vous posez, ce temps tel qu'il apparaît dans nos équations est… Eh bien, c'est la variable maîtresse sous laquelle le monde se déroule. C'est donc un symbole, t, cela apparaît dans nos équations. Et en suivant les équations, nous obtenons des indices sur ce que t est. Et cela vous indique quelles sont ses propriétés, telles qu’elles se reflètent dans les choses que nous voyons autour de nous et dans leur comportement.

Mais le temps prend une vie propre, pour ainsi dire, car on peut discuter de ses propriétés indépendamment des choses sur lesquelles il agit, notamment sa symétrie.

Mais pour en revenir à l'expérience du temps par rapport à une définition physique du temps, ce qui introduit littéralement un problème, c'est qu'en stockant des informations sur le passé et en pensant au futur, nous pouvons voyager dans le temps d'une manière que le physique ne peut pas imaginer. les objets obéissant aux équations de la physique ne le font vraiment pas.

Seuls les voisins dans le temps se parlent réellement dans les équations. Mais dans notre esprit, nous pouvons stocker des souvenirs. Ou nous pouvons penser à l’avenir. On peut vraiment voyager dans le temps.

STROGATZ : C'est super. Qu’il y a quelque chose dans les équations que nous regardons seulement infiniment vers l’avant. Comme vous le dites, ce sont les voisins dans le temps qui comptent, non ? Les conditions actuelles prédisent ce qui se passera à un moment donné dans le futur.

WILCZEK : Oui, certainement dans le cadre actuel du droit fondamental, c'est ainsi que cela fonctionne. Il est amusant de spéculer qu'en fin de compte, il existe peut-être une structure plus globale, qu'il existe des conditions que nous n'avons pas encore capturées et qui rendent le déploiement de l'univers inévitable et unique.

Mais dans l’état actuel des choses, les lois vous indiquent comment l’état du monde à un moment donné se transforme en ce qu’il est au moment suivant.

STROGATZ : Selon vous, quels sont les grands mystères du temps ?

WILCZEK : Je pense qu'un mystère très fructueux, et je pense que nous avons peut-être fait beaucoup de progrès pour l'élucider, est que les lois fondamentales de la physique semblent être presque réversible dans le temps, bien que l’expérience quotidienne du monde ne le soit pas.

Cela pose donc deux questions : comment peut-on passer de lois fondamentales qui ont cette propriété de réversibilité à une expérience, ce qui n'est absolument pas le cas ?

Et puis, deuxièmement, pourquoi diable les lois avaient-elles cette propriété alors que non seulement il n'est pas nécessaire de décrire l'expérience, mais que c'est en quelque sorte embarrassant ? Cela pose un problème, un défi. Comment concilier cette propriété des lois avec l’expérience, qui semble, sinon la contredire, du moins être en tension avec elle.

Ce sont deux grands problèmes, qui, je pense, sont en grande partie résolus, en fait, mais qui restent très fructueux, surtout le premier : pourquoi les lois sont-elles ainsi ?

Et puis, un problème encore plus important, qui – ou un problème encore plus mystérieux et profond est celui de la manière dont nous formulons notre description du monde aujourd’hui – en termes de lois qui vous indiquent comment le monde se déroule d’instant en instant – est que complet?

Cela semble d’une certaine manière philosophiquement insatisfaisant car il divise la description du monde en deux parties. L’une concerne les équations et l’autre l’état du monde à un moment donné qu’il faut intégrer d’une manière ou d’une autre pour faire démarrer les choses.

STROGATZ : Alors voyons si j'ai compris. Les questions portent sur la raison pour laquelle les lois ont cette propriété de quasi-réversibilité.

WILCZEK: Ouais.

STROGATZ : La question des « équations versus conditions initiales », pourrait-on la poser.

WILCZEK: Oui oui.

STROGATZ : Certaines personnes sauront que vous énoncez des conditions initiales sans le dire.

WILCZEK: Droite.

STROGATZ : Et il y a aussi ce jargon, le «flèche du temps», à propos de – que, dans notre expérience, nous avons l'impression que le temps s'écoule uniquement vers l'avant. Et vous dites qu'on a l'impression qu'il a une bonne résolution. Nous pensons comprendre la flèche du temps.

WILCZEK : Je pense que oui. C'est une longue histoire qui est devenue de plus en plus convaincante au fil du temps. Mais je pense qu’il existe apparemment de nombreuses flèches différentes du temps, de nombreuses manières différentes par lesquelles le futur est différent du passé. Il y a certainement un phénomène psychologique. Aussi, la deuxième loi de la thermodynamique. Il vous dit que les choses deviennent plus aléatoires, très grossièrement, mais il a aussi une formulation précise. Il y a la flèche de rayonnement du temps, cette radiation a tendance à sortir des choses et à ne pas y entrer. Il y a cette flèche du temps associée à l'évolution de la vie. Et bien d’autres que vous pourriez inventer à la volée. Partout où vous regardez, il y a des flèches du temps. Il existe des asymétries entre le futur et le passé.

Mais je pense que maintenant, nous pouvons tous les regrouper dans une seule flèche. Tout comme « l'Anneau Unique qui les gouverne tous », il y a une flèche qui les gouverne tous, et c'est la flèche cosmologique du temps.

Et donc, vous pourriez dire que nous avons résolu le mystère, mais je pense qu'il serait plus exact de dire que nous avons rassemblé tous les mystères en un seul, à savoir : pourquoi y a-t-il eu un Big Bang en premier lieu ?

La gravité aime que les choses s'agglutinent, mais l'univers primitif à l'époque du Big Bang dans l'espace était très, très uniforme. La gravité était donc hors d’équilibre. Et ce qui se passe depuis, c'est que la gravité peine à rétablir l'équilibre.

Ainsi, la matière se dilate et se refroidit, puis elle s'agglutine et forme (éventuellement) des étoiles qui commencent à libérer de l'énergie nucléaire et des planètes sur lesquelles les créatures peuvent évoluer. Il existe une histoire très plausible et richement détaillée qui aligne toutes les flèches avec cette seule flèche de l'évolution cosmique.

STROGATZ : Je trouve cela très... je ne suis même pas sûr de l'adjectif que je mettrais à cela, mais l'idée que notre expérience du temps ne s'écoule que du présent vers le futur et que les œufs ne se déchiffrent pas d'eux-mêmes et ce genre de choses, que ceci est d'une manière ou d'une autre lié à l'évolution de l'univers entier, depuis son état uniforme et chaud jusqu'à son étoile actuelle, vous savez, chargée de galaxies… C'est tout simplement fou de penser que ce truc qui semble si lointain affecte mes maux de dos maintenant que je suis un mon vieux, tu sais ? Genre, vraiment, non ? En fin de compte, c'est ce que vous dites.

WILCZEK : Ce n’est certainement pas une histoire évidente, et sans les montagnes de preuves développées tout au long de la science moderne, ce serait incroyable. C'est donc absolument étonnant.

STROGATZ : Si les choses ne changeaient pas – comme si nous pouvions imaginer une expérience de pensée où rien ne changeait, le temps existerait-il encore ? Le temps existe-t-il indépendamment des événements ? Ou le temps est-il une sorte de mesure du fait que les choses changent ?

WILCZEK : Eh bien, vous pouvez certainement imaginer – et en fait, vous pouvez construire des solutions aux lois fondamentales de la physique – si cohérentes avec tous les principes de base que nous connaissons, là où rien ne se passe, et t est toujours un ingrédient de ces équations -

STROGATZ : Donc un univers vide aurait encore le temps ?

WILCZEK : Ouais, le temps serait encore dans les équations. Et on pourrait se poser, même dans cette situation, la question de savoir ce qui se passerait si on perturbait un peu cet équilibre universel ? Et puis le temps serait dévoilé. Le temps serait donc en quelque sorte latent, mais il semblerait néanmoins nécessaire pour formuler la situation. Nous parlons de quelque chose qui est indépendant du temps, mais on ne peut pas formuler cela sans dire qu'il y a quelque chose dont cela aurait pu dépendre, mais ce n'est pas le cas.

STROGATZ : C'est déjà une réponse intéressante. Je suis un peu surpris que vous disiez cela. Je veux dire, tu aimes la philosophie, si je me souviens bien. Je pense que vous avez étudié un peu la philosophie, n'est-ce pas ?

WILCZEK : Très amateur, d'une manière très amateur. Mais j’y ai réfléchi récemment, au niveau technique. Mais pensez à une rivière, au débit d’une rivière. Il existe deux descriptions différentes que l’on peut imaginer d’une rivière qui coule de manière très régulière.

Ainsi, dans une description, techniquement appelée description d'Euler, vous préciseriez quelle est la vitesse d'écoulement à chaque position, et cela vous donnerait une description complète du débit de la rivière. Et si le flux est régulier, il se peut que rien ne se passe. Les vitesses ne changeraient pas avec le temps.

STROGATZ : Droite.

WILCZEK : Il existe cependant une autre description, associée au nom de Lagrange. C'est une sorte de description intérieure où l'on suit le flux de molécules d'eau individuelles. Et puis ces échantillons se déplacent à la vitesse locale. Et au fil du temps, ils se trouvent dans un endroit différent, donc ils voient une vitesse différente. Même si à l’origine la vitesse était fonction d’une position, mais pas du temps. Mais vu de l’intérieur, quand on suit le flux lui-même, alors des choses se produisent.

Donc, les deux descriptions sont valables. Si nous appelons cette rivière un univers, l’univers, dans un certain sens, ne change pas. Mais vu de l’intérieur, la situation est en train de changer. Il y a beaucoup de place pour un développement dynamique lorsque vous êtes dans la rivière et que vous suivez le courant.

Et je pense que cela peut être dû à un niveau profond de ce qui se passe dans l'univers. Si vous voulez avoir une description intérieure – une description lagrangienne, par opposition à la description eulerienne – ce n'est pas une contradiction. C'est juste une manière différente de regarder le même objet, la même réalité depuis l'intérieur ou depuis l'extérieur. Une vision humaine versus une vision divine.

STROGATZ : Je souhaite explorer avec vous, vous savez, différentes conceptions du temps dans l'histoire des sciences, à mesure que nous passons, disons, de Newton à Einstein. Mais à ce moment-là, je voudrais juste vous demander – et c'est drôle, bien sûr, nous continuons à parler du temps tout en discutant du temps. Comme je le dis : « en ce moment, je vais vous poser une question sur le temps ».

WILCZEK : C'est difficile de s'échapper, n'est-ce pas ?

STROGATZ : Difficile de s'échapper !

WILCZEK : C'est ce qu'ils disent. Si c'est une illusion, c'est une illusion assez convaincante.

STROGATZ : C'est une illusion très convaincante. Voici donc ce que je voulais dire : qu'Einstein, nous le savons, a été beaucoup influencé par un scientifique/philosophe nommé Mach, Ernst Mach. Nous parlons du nombre de Mach dans le son, mais c'est ce même Mach. D'accord, mais alors : Mach. Ce type était-il très intéressé par les définitions opérationnelles des choses ? Alors Einstein, assis là au bureau des brevets, pensant au temps, commence à dire : « Le temps est ce que mesurent les horloges. »

Et vous écrivez beaucoup à ce sujet dans Notions de base, et j'ai trouvé que c'était une vision très intéressante des choses. Vous voulez — pouvez-vous reprendre cette idée ? Par exemple, devrions-nous considérer le temps comme ce que mesurent les horloges, par opposition à une définition plus nébuleuse du temps ?

WILCZEK : Eh bien, je le pense, si nous voulons penser de manière scientifique et fructueuse au temps à un niveau fondamental. Mais permettez-moi de nuancer un peu.

STROGATZ : Il a besoin d’être déballé.

WILCZEK : Le mot anglais « temps » couvre beaucoup de domaines et peut être utilisé dans différents sens, tout comme « énergie », d'accord ? L'énergie signifie quelque chose de très spécifique dans le contexte du débat scientifique. Mais dans le langage courant, ce terme a une signification beaucoup plus large et comporte également des contours flous.

Ainsi, de la même manière pour le temps, lorsque je dis « le temps est ce que mesurent les horloges », je fais référence au concept scientifique du temps qui est extrêmement fécond et peut être poussé très loin avec une grande précision. Et pour bien comprendre cette affirmation, vous devez également élargir le concept de ce qu’est une horloge.

Une horloge est tout ce qui change dans le monde, car les lois sont formulées en fonction de la façon dont les choses changent en fonction de cette variable. t. Et tout change, et les choses changent de différentes manières. Ils bougent. Ils subissent des réactions chimiques. Ils vieillissent au sens biologique du terme. Et ce qui est remarquable, c’est que cette seule variable dans les équations est à la base de tout.

Vous pouvez donc avoir des horloges qui fonctionnent selon des principes très, très différents. Vous pouvez avoir des objets qui surveillent le mouvement de la terre autour du soleil. Vous pouvez avoir des objets qui surveillent le débit de l’eau, des horloges à eau. Vous pourriez avoir une horloge basée sur l'observation comment vieillit quelqu'un, un être humain vieillit. Ce ne serait pas une horloge très précise, mais, en principe, et si vous approfondissez la biochimie, cela pourrait être précisé. Il existe de très nombreux types d'horloges différents, mais ils sont tous cohérents les uns avec les autres.

Donc, quand je dis que le temps est ce que mesurent les horloges, c'est plus qu'une déclaration opérationnelle. Son contenu est très non trivial. Il indique que toutes les horloges correctement calibrées et comprises, quel que soit le principe sur lequel elles sont basées, seront capables de parvenir à un accord cohérent sur l'heure.

STROGATZ : Nous revenons tout de suite.

[Pause pour l'insertion de l'annonce]

STROGATZ : Bienvenue à nouveau dans « La joie du pourquoi ».

Passant un peu de la philosophie à l'histoire des sciences, il me semble qu'une grande partie de l'histoire du succès de la science, en particulier dans ce que nous appelons souvent la révolution scientifique des années 1600 et plus tard, a à voir avec la capacité à commencer à mesurer le temps assez bien. Ce n'est pas un hasard si Galilée, Huygens, Newton et, vous savez, leurs successeurs existaient au moment même où de bonnes horloges à pendule commençaient à être fabriquées. Et que vous pouviez obtenir les lois du mouvement d'une manière que vous auriez eu du mal à les obtenir avant d'avoir de bons appareils de chronométrage.

Pensez-vous que c'est vrai ? Que le… que nos progrès scientifiques dépendaient réellement de notre capacité à bien mesurer le temps ?

WILCZEK : Cela a certainement aidé. Et surtout si vous élargissez la définition du temps pour inclure le mouvement régulier des planètes, comme la loi de Kepler selon laquelle les planètes balayent des zones égales en des temps égaux. Et bien sûr, cette observation a été au cœur de la formulation des lois de Kepler, qui, avec l’étude de Galilée sur les pendules et la chute des corps, ont conduit au summum de la révolution scientifique : la formulation par Newton de la mécanique classique et des lois de la gravitation. Alors oui, tout cela repose en grande partie sur des considérations qui, d’une manière générale, ont amené le temps.

STROGATZ : Alors, si nous avançons rapidement – ​​bien sûr, en nous en tenant toujours à ces jeux de mots temporels ici – zoomons maintenant sur Einstein. Chez Einstein, nous commençons à voir des choses très étranges – pour beaucoup de gens, des choses contre-intuitives se produire.

WILCZEK : Eh bien, en formulant une description plus riche de l’interaction gravitationnelle qui dépasse la compréhension newtonienne, et même avant cela, en essayant de rendre justice à la symétrie des équations de l’électrodynamique, Einstein a été conduit à une conception du temps plus flexible.

Permettez-moi donc de commencer par la théorie restreinte de la relativité, qui est historiquement venue en premier. Si vous êtes dans un laboratoire fermé et que vous faites simplement des expériences dans des laboratoires qui se déplacent les uns par rapport aux autres à une vitesse constante, vous arriverez aux mêmes lois, quelle que soit cette vitesse. C'est l'essence de la relativité restreinte. Mais pour ce faire, il s’avère que ce que l’un appellerait le temps, l’autre appelle un mélange d’espace et de temps. C'est un mélange mathématiquement simple. C'est ce que nous appelons une combinaison linéaire, mais c'est certainement un mélange d'espace et de temps. Cela introduit donc l’idée qu’il existe une certaine flexibilité dans la définition de l’heure.

Vous pouvez obtenir des lois valides de la physique avec le même contenu en utilisant soit un certain temps t ou à une autre heure, t $latex ^{premier}$ [t-premier], c'est un mélange de t ainsi que x, Où x est le poste. C'était donc de la relativité restreinte.

Et puis ça a été une grosse surprise. parce que Newton, par exemple, considérait le temps comme une seule chose. Newton était un grand théologien et il pensait vraiment que ce qu’il faisait dans son travail consistait à comprendre comment Dieu agissait. Et il pensait que Dieu, vous savez, imposait son temps psychologique au monde, je pense. Il y avait — l’idée qu’il puisse y avoir différentes définitions valables du temps aurait été très étrangère à Newton.

Mais c'est ce qu'a postulé Einstein, et cela permet d'obtenir de très belles formulations des lois de la physique et d'y trouver des régularités qui seraient très difficiles à trouver autrement.

Et puis, en relativité générale, cela devient encore plus étrange parce que vous permettez à différentes personnes, à différents endroits, de choisir les leurs. t version, laquelle de ces heures choisir. C'est ce qu'on appelle l'invariance locale de Lorentz. Chaque personne peut choisir sa propre combinaison d’espace et de temps à utiliser. Et il faut formuler les équations de telle manière qu’elles permettent ces choix. Ils ont ce qu'on appelle une symétrie. Même si la formulation des équations sera très différente si les gens font des choix différents, leur contenu sera le même. Et seules des équations très spéciales possèdent cette propriété.

Et Einstein, dans un incroyable exploit de génie, a pu – à partir de ce principe – dériver une théorie améliorée de la gravité. Le temps se confond avec l’espace et tout l’espace-temps peut se courber. Ces effets sont très, très faibles à l’échelle du laboratoire. Mais quand vous parlez d’échelles macroscopiques – l’échelle de la Terre et du champ gravitationnel de la Terre, ou de l’univers, ou dans des conditions très extrêmes, comme là où il y a de très vastes concentrations de masse qui courbent l’espace dans des trous noirs. Puis des formes de temps plus flexibles, pliables, voire liquéfiées, prennent tout leur sens.

STROGATZ : Hmm. Je veux dire, il existe de nombreux tests de relativité, des expériences consistant à transporter des horloges atomiques dans des avions. Si les gens n’ont pas entendu les choses que vous venez de mentionner, cela semblerait probablement assez fantastique. Mais nous avons de très bonnes et solides preuves qu'ils sont tous vrais, y compris même les gadgets GPS que nous utilisons dans nos voitures. Vous savez, je veux dire, si la relativité générale et restreinte, si nous n'en tenions pas compte…

WILCZEK : Eh bien, le GPS ne fonctionnerait pas, car il est très important d’obtenir l’heure exacte dans le GPS. Dans le fonctionnement du système GPS, vous utilisez un timing très précis pour déduire les distances, en vous basant sur le fait que la vitesse de la lumière est une constante universelle. Je simplifie un peu à l'extrême, mais c'est fondamentalement la vérité, oui.

Et comme la vitesse de la lumière est très, très grande par rapport aux vitesses quotidiennes, de très petites erreurs dans la mesure du temps se traduisent par des changements significatifs de distance. Ainsi, si vous faites de petites erreurs dans la manière dont vous traitez le temps, elles se transforment en erreurs bien plus importantes, en erreurs spatiales importantes. Vous devez donc être vraiment très précis dans votre traitement du temps afin de faire du GPS un système utile.

STROGATZ : C'est vrai, donc le fait que les satellites soient en hauteur, là où le champ gravitationnel est plus faible. Vous savez, il y a tous ces satellites qui font partie du système GPS, et ils se déplacent assez rapidement là-haut. Toutes ces choses doivent être prises en compte et corrigées, et je pense simplement que c'est un excellent exemple de la façon dont, vous savez, vous pourriez penser que notre Einstein ne concerne que les trous noirs ou l'univers entier, mais...

WILCZEK : Eh bien, il est vraiment remarquable que si vous revenez à l'article original d'Einstein sur la relativité restreinte, il parle de synchroniser et de corréler différentes stations, si vous voulez, afin qu'elles puissent s'entendre sur la définition de l'espace et du temps. Et avec un peu d'humour, vous pouvez voir que ce qu'il décrit là, c'est le système GPS.

STROGATZ : Wow.

WILCZEK : Vous savez, les gens se déplacent avec des tiges et des horloges et utilisent la vitesse de la lumière comme moyen de synchronisation et, et, puis de mesure de la distance. C'est exactement — c'est le système GPS, n'est-ce pas.

STROGATZ : Oh, je n'y ai jamais pensé. Il y a tellement de choses sur lesquelles je veux vous poser des questions. Et la matière noire ? Je sais que c'est l'un de vos favoris. Parlons-en. Quel est le rapport entre la matière noire et le temps ?

WILCZEK : Logiquement, cela a au mieux un lien ténu avec le temps, mais c'est une histoire très intéressante, très passionnante et dans laquelle je suis fortement impliqué en ce moment. Donc la matière noire c'est l'observation qu'il existe tout un réseau de phénomènes dans lesquels il semble qu'il y ait plus de gravité, plus de force gravitationnelle que ce que nous pouvons attribuer à la présence de matière.

Il semble fort qu'il s'agisse d'un nouveau type de particule qui interagit très, très faiblement avec le type de matière avec laquelle nous traitons depuis des décennies, mais qui exerce néanmoins une gravité. Et je pense que je sais ce que c'est, et il y a une sorte de consensus émergent selon lequel c'est une bonne idée... quelque chose appelé axions. Et maintenant, enfin, vient le lien avec le temps.

Les axions ont été introduits dans la physique non pas comme un moyen de générer de la matière noire, mais comme un moyen de répondre à la propriété étrange des lois : elles sont très presque les mêmes ou ont presque le même contenu si vous changez la direction du temps. Ainsi, même si l’expérience macroscopique ne se comporte pas de cette façon, les lois microscopiques se comportent de cette façon.

Pourquoi? Nous avons une très belle histoire à ce sujet.

Les principes de relativité et de mécanique quantique ainsi que les symétries profondes du modèle standard – les symétries de jauge qui régissent l’essence des autres forces – restreignent puissamment les interactions que la matière peut avoir. Donc, si vous supposez que ces principes sont corrects, vous obtenez de puissantes restrictions sur les lois de la physique.

Et il s’avère que, conséquence presque accidentelle de ces restrictions, les lois s’appliquent presque de la même manière dans le temps et dans le temps. C'est donc un formidable triomphe de la compréhension théorique.

Mais ce n'est pas tout à fait terminé. Et il existe une interaction qui est conforme aux lois fondamentales, aux principes fondamentaux, devrais-je dire, qui obéirait à tous ces principes, mais ne serait pas réversible dans le temps. Et on constate que cette interaction est également très, très faible.

Donc, pour comprendre cela de manière approfondie, l’idée directrice est d’introduire un autre grand principe. C'est quelque chose appelé symétrie Peccei-Quinn après les physiciens qui l'ont introduit.

Ensuite, certains d'entre nous ont réalisé qu'en raison de ce nouveau principe, il y avait une prédiction selon laquelle il devait exister un nouveau type de particule que j'appelle l'axion, qui possède des propriétés absolument remarquables. On prévoit qu’il interagira très, très faiblement avec la matière ordinaire. Et puis nous réalisons que si vous appliquez les équations à travers le Big Bang, celui-ci est produit de la bonne manière pour former la matière noire que les astronomes avaient observée.

Il est pour le moins très encourageant de constater que cela résout automatiquement cet autre problème cosmologique. Et la chose merveilleuse qui s'est produite au cours des dernières décennies – mais surtout maintenant à un rythme accéléré – c'est qu'il est possible de concevoir des expériences qui permettront de les détecter si elles sont là.

Les expériences sont très difficiles. C'est comme le problème de la détection des neutrinos, mais en plus difficile : peut-être qu'une fois que nous aurons appris les bonnes astuces, cela ne semblera plus si difficile. Mais ces expériences sont en cours. Nous en saurons beaucoup plus dans cinq à dix ans.

STROGATZ : J'aime que vous terminiez notre émission ici avec cette mention de cinq à dix ans parce que je veux conclure sur une sorte de note, espérons-le, poignante ou émotionnelle, selon laquelle une grande partie du travail pour lequel vous êtes particulièrement connu, que vous avez obtenu un prix Nobel pour, c'était au début de votre carrière. Ne serait-ce pas une chose délicieuse si, dans cinq à dix ans, ces axions étaient mesurés et jugés parfaits.

WILCZEK : Cela ferait ma journée. J'espère que ce ne sera pas la fin de ma carrière, mais cela fera certainement plaisir dans ma journée.

STROGATZ : Eh bien, je suis très heureux d'avoir pu vous parler à nouveau, Frank. Nous avons donc discuté avec le physicien théoricien Frank Wilczek du mystère et de la beauté du temps. Frank, merci beaucoup d'être avec nous aujourd'hui.

WILCZEK : Merci. C'est un honneur et un privilège, comme on dit.

[Pièces à thème]

STROGATZ : Merci pour l'écoute. Si vous appréciez « The Joy of Why » et que vous n'êtes pas déjà abonné, appuyez sur le bouton Abonnez-vous ou Suivez là où vous écoutez. Vous pouvez également laisser un commentaire sur le spectacle. Cela aide les gens à trouver ce podcast.

« La joie du pourquoi » est un podcast de Quanta Magazine, une publication éditorialement indépendante soutenue par le Fondation Simons. Les décisions de financement de la Fondation Simons n'ont aucune influence sur le choix des sujets, des invités ou autres décisions éditoriales dans ce podcast ou dans Quanta Magazine.

« The Joy of Why » est produit par PRX Productions. L'équipe de production est composée de Caitlin Faulds, Livia Brock, Genevieve Sponsler et Merritt Jacob. Le producteur exécutif de PRX Productions est Jocelyn Gonzales. Morgan Church et Edwin Ochoa ont fourni une aide supplémentaire.

Du Quanta Magazine, John Rennie et Thomas Lin ont fourni des conseils éditoriaux, avec le soutien de Matt Carlstrom, Samuel Velasco, Nona Griffin, Arleen Santana et Madison Goldberg.

Notre thème musical provient d'APM Music. Julian Lin a trouvé le nom du podcast. La pochette de l'épisode est de Peter Greenwood et notre logo est de Jaki King et Kristina Armitage. Un merci spécial à la Columbia Journalism School et à Bert Odom-Reed des Cornell Broadcast Studios.

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