L’avenir envoie des signaux dans le passé en enjambant le présent …

Laissons à nos rêveries le cabinet de curiosités cosmologiques, avec ses trous noirs et ses naines blanches, ses big bangs et ses soupes primordiales. Patience dans l’azur, ce sera pour une autre fois. Ce n’est d’ailleurs pas le temps qui manque: nous avons encore devant nous quelques millions (ou milliards?) d’années. Revenons plutôt, pour le moment, au B-A BA des représentations scientifiques de l’univers, et tâchons d’y puiser des intuitions neuves.

L’Espace et le Temps, par exemple. Le premier est traditionnellement associé à des opérations de repérage et de localisation, d’identification et de distinction (je suis ici et vous êtes là). Le second est plutôt du côté du lien et de la relation, il suggère un mode de connexion des contraires (j’étais jeune et je suis vieux), en même temps qu’une manière de se représenter le déploiement commun des phénomènes de la nature (j’écris tandis que la nuit tombe).

C’est parce qu’il dure (et non parce qu’il s’étend) que l’univers peut tenir d’une pièce. Mais tient-il encore d’une pièce? Y a-t-il même un seul univers? Et quel genre d’opérations, quel mode nouveau de liaison et de déliaison, quel régime de coexistence conviennent à l’espace-temps?

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Ce qui est sûr, c’est que l’espace et le temps ont depuis longtemps perdu leur figure familière. Avec la physique du champ (au sens du champ électromagnétique) élaborée à partir du XIXe siècle, la matière n’est pas simplement dans l’espace comme un milieu enveloppant ou un contenant universel; c’est d’une certaine façon l’inverse: c’est l’espace qui est dans la matière, ou qui émerge des relations entre des systèmes de corps définis par des états sans configuration intrinsèque.

De même, le temps n’est plus conçu comme le milieu uniforme du changement: au niveau des particules élémentaires, l’image quantique du monde ne nous présente plus des objets existant continûment au cours du temps. Le temps, paramètre parmi d’autres possibles dans l’espace abstrait des états d’un système, participe de la forme générale des connexions causales entre les corps sans pouvoir prétendre en déployer une dimension universelle, comme c’était le cas en mécanique classique (souvenez-vous des jolis diagrammes, au lycée: l’espace en abscisse, le temps en ordonnée). La conséquence immédiate de cette double défiguration de l’espace et du temps est d’ôter toute pertinence directe à l’idée de trajectoire comme déplacement continu de la région d’espace occupée par un corps. Le mouvement est une idée grossière, il faut inventer d’autres manières de changer.

Nul besoin pourtant d’aller chercher aussi loin que la physique quantique pour se faire une idée du bouleversement suscité par la théorie physique dans nos catégories les plus ordinaires. Il n’y a qu’à se pencher sur la relativité d’Einstein, et pas même la générale, mais la restreinte, celle de 1905. Dans sa radicalité conceptuelle, la relativité restreinte fonctionne comme un synthétiseur ou un accélérateur de métaphysiques (au sens où l’on parle d’un accélérateur de particules). Théorie spéciale, et même un peu spectrale, il faut bien l’avouer. Quelques paradoxes incessamment rapportés par la littérature de vulgarisation témoignent depuis bientôt un siècle de la manière dont elle remet en cause nos évidences les mieux ancrées concernant l’espace, le temps, et leur ajustement réciproque.

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Le plus célèbre est sans doute le paradoxe des jumeaux imaginé par le physicien Langevin en 1911, un an avant le voyage en automobile de Duchamp qui devait le mener, avec Picabia, Apollinaire et Gabrielle Buffet, du Jura à Paris -expérience cinétique-érotique dont allait naître Le Grand Verre. Supposez, dit Langevin, deux frères jumeaux, dont l’un s’embarque sur une fusée (un boulet) pour s’éloigner à une vitesse proche de celle la lumière en direction des étoiles, avant de faire demi-tour et de revenir à son point de départ. Pendant tout ce temps, l’autre n’a pas quitté la Terre. La théorie prédit, calculs à l’appui, que le jumeau voyageur, à son retour, sera plus jeune que son frère sédentaire. Selon le rapport entre sa vitesse de déplacement et celle de la lumière, l’écart des âges sera plus ou moins impressionnant (d’autant plus impressionnant que la vitesse sera grande), mais l’effet est avéré. Plusieurs expériences en donnent des versions moins romancées qui valent confirmation: temps de désintégration des muons dans l’atmosphère ou de particules accélérées dans des laboratoires, horloges voyageant en avion à grande vitesse autour du globe, etc …

Comment interpréter ce paradoxe? Qu’est-ce que ces temps relativistes variablement dilatés ont à voir avec les temps de l’expérience ordinaire, les temps vécus par chacun des jumeaux, par exemple? Les vulgarisateurs n’hésitent pas à parler d’un ralentissement du temps, là où Einstein lui-même, plus prudent, parlait seulement d’un ralentissement des horloges (et encore, toujours relativement à d’autres horloges). N’importe, les équations relativistes le prouvent: le temps est élastique. C’est du moins ce qu’on lit, encore aujourd’hui, sous les meilleures plumes. Le temps n’est plus ce fleuve majestueux dont le cours uniforme emporte tout sur son passage. Il faut l’imaginer comme un torrent fougueux, fait d’innombrables courants et de vitesses variables.

 Pas moyen d’en donner une image globale, à moins de se placer, arbitrairement, dans un référentiel donné pour retrouver l’illusion d’un cours du temps attaché au lieu où l’on est, et conventionnellement étendu à l’espace entier par l’intermédiaire de procédures de synchronisation d’horloges. Car chacun est libre de se considérer au repos dans un système de référence inertiel (non accéléré) pour définir des plans (en fait, des hypersurfaces 3D) d’événements simultanés qui seront alors autant d’instantanés d’univers, de tranches de présent s’empilant au fil du temps. L’univers peut continuer à être représenté du point de vue de chaque référentiel comme un espace qui perdure globalement dans le temps, alors même que le caractère relatif de la simultanéité de deux événements à distance, établie par Einstein par un raisonnement de quelques lignes, semble dissoudre ce qui restait d’objectivité dans l’idée d’espace absolu, et même dans l’idée d’un état de l’univers à l’instant t.

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Voilà la situation conceptuellement ambiguë dont nous héritons. Bien sûr, la relativité générale (1916) compliquera les choses en incorporant directement la gravitation dans la structure géométrique d’un espace-temps courbe à quatre dimensions, suivie à partir de 1925 de la mécanique quantique et enfin des diverses tentatives contemporaines de synthèse de ces deux théories sous la forme de la théorie des cordes, ou encore de l’étonnante gravité quantique à boucles (loop quantum gravity). Cette dernière, la plus récente, commence par faire abstraction de l’espace et du temps pour mieux les dériver à partir de notions plus fondamentales: l’espace y gagne une texture granulaire, discontinue et probabiliste, le temps n’y est plus une variable continue qui s’écoule, de sorte que le monde lui-même n’est plus quelque chose qui évolue dans le temps. La relativité générale, pour s’en tenir à elle, ne garantit déjà plus la possibilité d’une partition globale de l’espace-temps en plans d’événements simultanés, fussent-ils relativisés à un référentiel.

Le temps y est donc irrémédiablement local: s’il ne s’écoule pas partout de la même manière, s’il flue différemment le long de différentes lignes d’univers, c’est parce qu’il s’attache d’abord au voisinage de processus singuliers, là où ils ont lieu, et que toute extension de la variable t à des régions distantes est essentiellement précaire. L’image du torrent plein de remous s’impose à nouveau: on va voir qu’elle est pourtant fondamentalement inadéquate. Il est aussi question dans cette théorie d’espaces-temps non orientables (au sens où l’est le ruban à face unique de Moebius) et de lignes temporelles bouclées sur elles-mêmes (suscitant les habituels paradoxes du voyage dans le temps, façon Terminator).

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Que le temps soit élastique est à cet égard la leçon la moins intéressante, et peut-être la moins juste, qu’on puisse tirer de la relativité. La moins intéressante, car chacun fait déjà pour son compte l’expérience du caractère élastique de la durée psychologique. Platitudes d’usage sur le temps vécu: il semble s’étirer dans l’ennuyeuse attente, se contracter dans la fébrile activité … Mais il y a mieux à faire que de colmater au moyen d’intuitions rassurantes les brèches ouvertes dans la pensée par les concepts de la théorie. L’idée du temps élastique n’est d’ailleurs pas seulement banale; elle est également égarante si l’on prétend saisir par là ce qui est en jeu dans la théorie d’Einstein.

Car c’est une des leçons fondamentales de la théorie qu’il est toujours possible de définir, le long de chaque ligne d’univers (les trajets d’espace-temps correspondant au mouvement d’un système), une notion de temps intrinsèque ou invariante: le temps propre du système, celui que mesurent des horloges au repos par rapport à lui. Ce temps-là ne connaît ni accélération ni ralentissement en l’absence de forces gravitationnelles. Les horloges battent au même rythme pour le jumeau au repos et pour le jumeau voyageur. Le temps s’écoule de la même manière, il faut tout simplement moins de jours, moins de tours de cadran d’horloges, moins de temps en somme au jumeau voyageur pour connecter deux événements de l’espace-temps: son départ et son retour. Il n’y a donc pas de dilatation des durées.

Ainsi il n’est pas vrai que la vitesse préserve la jeunesse: Il va falloir trouver un autre moyen de ne pas vieillir (Bergson). Le temps n’est pas un torrent parcouru de courants plus ou moins rapides; il flue uniformément, mais au sein d’une structure étrange qu’il contribue à dessiner, celle d’un espace-temps cisaillé, plein d’angles morts, de portes dérobées, de raccourcis et de faux raccords. Le temps n’est pas ramolli comme les montres de Dali; il n’est pas étiré en tous sens mais plutôt écarté et comme diversement replié sur l’espace. Temps kaléidoscopique, temps fibré ou aéré: c’est ici que l’art doit venir au secours de l’intuition pour proposer de nouvelles constructions sensibles de l’espace-temps.

Quelques années avant Einstein, Manet a tenté avec Un bar aux Folies Bergère (1881) quelque chose comme un tableau-charnière, selon une perspective en cisailles. Le Grand Verre (1915-23) cherchait du côté des géométries non-euclidiennes et de la topologie naissante une articulation inédite de la quatrième dimension, sans commune mesure avec les explorations projectives du cubisme, et capable de traduire plastiquement la vitesse pure conquise au bout de la route Jura-Paris. Je ne vois pas beaucoup d’artistes aujourd’hui qui manient la cisaille pour construire, directement, des espaces-temps qui soient à la mesure de l’invention scientifique. Le temps est à autre chose …

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 Qu’est-ce qui d’ailleurs cisaille l’espace-temps relativiste? La réponse tient en un mot: c’est la lumière. La lumière, dont la théorie de la relativité commence par postuler le caractère invariant dans tous les systèmes de référence inertiels. Contre la notion d’action instantanée à distance, ce postulat introduit un principe de limitation dans les possibilités de connexion entre les points-événements de l’espace-temps. Car cette vitesse invariante est aussi une vitesse limite pour toutes les interactions physiques, toutes les transmissions de signaux dans l’univers. Dire qu’il existe une vitesse limite finie, c’est dire que la propagation doit se faire de manière locale, de proche en proche.

 Connecter deux événements distants, cela prend du temps. Tel est le principe qui sous-tend l’étrange comportement de la lumière en relativité. La conséquence est immédiate: l’espace-temps est peut-être d’une pièce, mais il apparaît, en chacun de ses points, diversement connecté.

S’il n’y a pas d’action instantanée à distance qui donne un sens intuitif à l’idée du tout de l’univers à l’instant t en le connectant immédiatement à lui-même à travers toutes ses parties, il faut reconnaître que l’ordre des relations temporelles, calé comme il doit l’être sur l’ordre des relations causales, est plein de trous, de zones d’indétermination ou de points aveugles.

Le mathématicien Hermann Minkowski a su saisir cela dans ses élégants diagrammes d’espace-temps, avec leurs doubles cônes de lumière. Le futur causal (le cône supérieur) et le passé causal (le cône inférieur) à un instant donné de mon évolution incluent beaucoup de choses: on y trouve l’ensemble des événements avec lesquels je suis connecté par une chaîne causale, ou avec lesquels je pourrais l’être (ainsi les rayons de lumière d’une étoile lointaine qui atteignent ma pupille après plusieurs années de voyage à travers l’espace, ou encore les conséquences, dans un an, d’un geste que j’accomplis aujourd’hui).

Mais il y a encore beaucoup (et plus) d’événements distants avec lesquels mon présent (l’événement qui le définit à cet instant) ne peut entretenir aucune espèce de relation causale, parce qu’ils sont trop éloignés pour qu’un signal se propageant à une vitesse inférieure à celle de la lumière puisse nous connecter. Ces événements coexistent avec moi sans pouvoir m’affecter. Moyennant un choix approprié de système de coordonnées, je peux toujours définir parmi eux une section d’événements simultanés, mais à l’instant où je parle ils sont hors champ, ils représentent quelque chose comme un angle mort.

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Peter W. Higgs, prix Nobel de physique

La topologie particulière de cet espace-temps diversement connecté suscite immédiatement une question d’ordre métaphysique: qu’en est-il de la réalité de ces événements contemporains mais déconnectés de mon présent local? Ces événements dont la théorie nous indique qu’ils peuvent être arrangés d’innombrables manières selon le plan de coupe qu’on se donne pour trancher dans l’espace-temps et y définir des nappes de présent, jouissent-ils du même degré de réalité que les événements qui m’affectent ici et maintenant?

Supposons que ce qui est réel, au sens fort, se confond avec ce qui est présent. C’est une hypothèse raisonnable. Les événements du passé sont passés, ils ne sont plus; quant aux événements futurs, ils ne sont pas encore. Seul le présent est, au sens fort, c’est-à-dire en acte, et non virtuellement. Comprenez: parmi les événements qui me sont contemporains, seuls sont réels (déterminés, actuels) ceux qui me sont simultanés. Pourtant, si la simultanéité est relative au référentiel adopté, on peut déjà en tirer de curieuses conséquences. Supposons que deux observateurs liés à deux référentiels en mouvement relatif coïncident localement (disons, à l’instant où ils se croisent à grande vitesse). La théorie indique qu’ils sont naturellement conduits à définir des plans de simultanéité différents. Autrement dit, ce ne sont pas les mêmes événements qui comptent comme présents, et donc comme réels pour l’un et pour l’autre. Ils ne peuvent s’accorder sur ce qui constitue la réalité actuelle de l’univers dans sa totalité, ni par conséquent sur une succession d’états instantanés de l’univers qui décrirait son évolution globale. (Un raisonnement du même genre permettrait de montrer que des événements qui, pour moi, sont futurs, et donc irréels, peuvent figurer dans le présent d’un observateur que je tiens lui-même pour présent, et donc réel: cet événement futur est donc présentement réel, quoique d’un autre point de vue que le mien).

De façon générale, ce qui est réel à tel instant pour tel observateur ne l’est pas nécessairement pour tel autre qui se meut par rapport à lui. Et puisque nul observateur ne jouit d’une position privilégiée qui permettrait d’accorder plus de réalité à son présent qu’aux autres, la notion même de réalité s’en trouve dissoute, ou du moins radicalement relativisée. Or il faut bien que quelque chose soit, à l’instant où je parle. Comment expliquer autrement qu’il y ait quelque chose, en général? Si l’on veut faire droit à la relativité des perspectives temporelles tout en continuant à utiliser la notion de réalité, qui a tout de même fait ses preuves, on est naturellement conduit à la thèse du bloc espace-temps (block-universe).

L’univers-bloc est démocratique: il faut se figurer que tous les événements de l’espace-temps sont réels au même titre. Le futur est aussi réel que le présent ou le passé. Mon futur est déjà là, étendu devant moi; je vais à sa rencontre comme si je parcourais une contrée inconnue. Le devenir est comme gelé, déroulé d’avance, donné en bloc, donc, de toute éternité. L’écoulement du temps est une illusion. Le temps n’est, littéralement, qu’une quatrième dimension de l’espace.

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Il y a pourtant un échappatoire. Car on peut, tout à l’inverse, dénier d’emblée toute réalité à la zone hors champ des événements contemporains, au même titre que la zone future et la zone passé. Autrement dit, on peut vouloir traiter de façon symétrique la séparation spatiale (entre événements distants et déconnectés) et la séparation temporelle (passé, futur). Ce qui est ailleurs n’est pas, jusqu’à preuve du contraire. On s’interdit ainsi de répandre le temps sur l’espace en invoquant une simultanéité globale (fût-elle relativisée); on restreint sa perspective au seul temps local, celui qui flue ici et maintenant. Cette décision débouche sur une position solipsiste tout aussi extravagante, mais tout aussi défendable, que la précédente. Alors le maintenant ne déborde pas de l’ici, et il n’y a de réel que le point de présent que j’occupe. Ce qui veut dire aussi: l’espace n’est rien. Il ne s’agit plus de dire que la configuration spatiale de l’univers à l’instant t est une chose relative, mais plus radicalement qu’il n’y a littéralement rien de tel.

L’espace est, pour de bon, défiguré, déconnecté de lui-même. Il n’y a de réel que l’ici-maintenant. Mais comme chacun (y compris des versions futures de moi-même) peut en dire autant et revendiquer avec autant de force la réalité de son présent local, la notion même de réalité risque de devenir inopérante.

Et si l’on veut éviter d’être reconduit aussitôt à l’espace-temps bloc où tout est donné, il faut renoncer une fois pour toute à donner une tenue à l’univers dans sa totalité. Il faut refuser de réunir les perspectives dans une vue globale. Cette décision a un prix.

On peut montrer qu’elle implique l’apparition, dans mon passé causal, d’événements qui auront été réels (puisqu’ils figureront dans mon passé, le moment venu) sans avoir pourtant jamais eu à faire partie de la réalité présente. Cela n’a rien d’étonnant si l’on se souvient que la réalité présente est désormais confinée au voisinage de mon ici, et que les conséquences d’un événement éloigné (que mon présent local ignore alors nécessairement) peuvent m’affecter à l’avenir (inscrivant du même coup, mais seulement après coup, le dit événement dans mon passé causal). Le passé comme tel ne se contenterait donc pas de croître à mesure que le temps passe; il se renouvellerait en se chargeant progressivement d’existences rétrospectives, comme des signaux que l’avenir enverrait de loin en loin vers le passé, en enjambant le présent.

Elie During

Francis Picabia