L’espace-temps dans… le temps et l’espace (II)

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Les lois de la mécaniques qui gouvernent les phénomènes associés aux corps en mouvement et les lois électromagnétiques, ainsi que la théorie de l’électricité et du magnétisme peuvent être formulées dans un cadre « relativistique » commun incorporant le temps ensemble avec ses trois dimensions spatiales en tant que quatrième coordonnée devant être spécifiée en relation avec l’observateur.

Pour observer si le principe de la relativité est satisfait, si les équations d’une théorie sont les mêmes dans tous les systèmes de coordonnées, il faut bien sûr translater les spécifications spatiales et temporelles d’un système de coordonnées, autrement dit d’un « système de référence », en un autre. Une telle translation, ou « transformation » telle qu’elle est nommée, est déjà bien connue et utilisée depuis longtemps dans la physique classique. La transformation de deux systèmes de référence et son expression mathématique exacte peut être facilement obtenue à l’aide de la géométrie élémentaire.

Dans la physique relativiste, une nouvelle situation apparaît parce que le temps est ajouté aux trois coordonnées spatiales en tant que quatrième dimension. Autant que la transformation entre différents systèmes de référence exprime chaque coordonnée d’un système comme une combinaison des coordonnées de l’autre système, une coordonnée d’un système apparaîtra en général comme un mélange de coordonnées spatiales et temporelles dans un autre système. Ceci représente vraiment une nouvelle situation. Chaque changement du système de coordonnées mélange l’espace et le temps de façon mathématique bien définie de sorte que ces deux ne puissent dorénavant plus être séparées, car ce qui est espace pour l’un des observateurs sera un mélange d’espace et de temps pour l’autre. La théorie de la relativité a montré que l’espace n’est pas tridimensionnel et que le temps n’est pas une entité séparée. Les deux sont inséparablement et intimement connectées, formant un continuum quadridimensionnel qui est nommé continuum « espace-temps ». Le concept d’espace-temps a été introduit par Herman Minkowski dans son fameux discours prononcé en 1908 par les mots suivants : « La vision sur l’espace et le temps que j’ai voulu vous transmettre, vous l’avez déjà acquise dans le domaine de la physique expérimentale, et ceci engendre son pouvoir. Dorénavant, l’espace par lui-même et le temps par lui-même sont destinés à s’éteindre et seulement une sorte d’union de ces deux-là préservera une réalité indépendante. »

Les concepts d’espace et de temps sont si fondamentaux pour la description des phénomènes naturels que leur modification suppose l’altération de tout le système utilisé dans la physique pour décrire la nature. Dans un nouveau système, l’espace et le temps sont traités à pied d’égalité et sont connectés de manière inséparable. Dans la physique relativiste, on ne peut jamais parler de l’espace sans parler du temps et vice-versa. Ce nouveau système devra être utilisé à chaque fois que l’on décrit les phénomènes qui se déroulent à de grandes vitesses.

La liaison intime entre l’espace et le temps a été bien connue dans l’astronomie dans un contexte différent, bien avant la théorie de la relativité. Les astronomes et les astrophysiciens travaillaient avec des distances très grandes, et ici à nouveau le fait que la lumière a besoin d’un certain temps pour voyager de l’objet observé à l’observateur est important. A cause de la vitesse finie de la lumière, les astronomes ne regardent jamais l’univers à son stade présent mais toujours en arrière. La lumière a besoin de huit minutes pour voyager du soleil à la terre et à chaque fois que nous regardons le soleil nous le voyons tel qu’il était il y a huit minutes. De façon similaire, nous allons voir la plus proche étoile telle qu’elle était il y a quatre ans, et avec nos puissants télescopes nous pouvons voir des galaxies telles qu’elles existaient il y a des millions d’années.

La vitesse finie de la lumière ne représente pas seulement un handicap pour les astronomes, mais aussi un grand avantage. Elle leur permet entre autres de percevoir l’évolution des étoiles, des agglomérations stellaires ou des galaxies dans tous les stades tout simplement en regardant dans l’espace et en arrière dans le temps. Tous les types de phénomènes qui ont eu lieu durant les millions d’années passées peuvent être observés maintenant quelque part dans le ciel. Les astronomes se servent ainsi de l’importante liaison entre l’espace et le temps. Ce que nous dit la théorie de la relativité est que cette liaison est importante non seulement lorsque nous avons affaire à de très grandes distances mais aussi à de très grandes vitesses. Même ici sur terre, les mesures de distances ne sont pas indépendantes du temps, car elles impliquent la spécification de l’état de mouvement de l’observateur et par cela une référence au temps.

L’unification de l’espace et du temps impose – tel qu’il est mentionné dans le chapitre antérieur – une unification des autres concepts de base et cet aspect unificateur est la caractéristique la plus importante du système relativiste. Des concepts qui semblaient totalement dépourvus de liaison dans la physique relativiste sont vus maintenant comme des aspects différents du même concept. Ce trait attribue au système relativiste une grande élégance et de la beauté mathématique. Après des années de travail sur la théorie de la relativité nous sommes déterminés à apprécier cette élégance et à nous familiariser avec le formalisme mathématique. Cependant, cela ne peut pas trop aider l’intuition. A l’exception de l’initiation spirituelle, nous ne détenons pas une expérience sensorielle directe dans l’espace-temps quadridimensionnel ni d’autres concepts relativistes. A chaque fois que nous étudions les phénomènes naturels qui impliquent une haute vitesse, il nous est très difficile d’analyser une liaison entre ces concepts tant au niveau intuitif qu’en ce qui concerne le langage commun.

Par exemple, dans la physique classique il a été toujours considéré qu’un bâton en mouvement a la même longueur que lorsqu’il est au repos. La théorie de la relativité a montré que ce n’est pas vrai. La longueur d’un objet dépend de son mouvement relatif par rapport à l’observateur et change selon la vitesse de ce mouvement. Le changement a lieu de sorte que l’objet se contracte dans la direction du déplacement. Un bâton a une longueur maximum dans un système de référence en repos et il devient plus court simultanément avec la croissance de la vitesse relative face à l’observateur. Dans les expériences de « dissipation » dans la physique de l’énergie haute, où les particules se heurtent en ayant de très grandes vitesses, la contraction relative est extrême de sorte que les particules sphériques sont réduites à des formes plates.

Il est important de réaliser que cela n’a pas de sens de se demander quelle est la « véritable » longueur d’un objet, tout comme cela n’a aucun sens de se demander dans notre vie quotidienne quelle est la vraie longueur de l’ombre de quelqu’un. L’ombre est une projection des points de l’espace tridimensionnel dans un plan bidimensionnel et sa longueur varie selon les angles de projection. De façon similaire, la longueur d’un objet en mouvement est la projection des points de l’espace quadridimensionnel dans l’espace tridimensionnel et sa longueur varie selon les différents systèmes de référence.

Ce qui est vrai pour les longueurs l’est aussi pour les intervalles de temps. Eux aussi dépendent d’un système de référence, mais contrairement aux dimensions spatiales, ils deviennent plus longs à mesure que la vitesse relative par rapport à l’observateur s’agrandit. Cela veut dire que les montres en mouvement marchent plus lentement car alors le temps ralentit. Ces montres peuvent être de divers types : des montres mécaniques, des montres atomiques, et même les battements du cœur humain. Si l’un des frères gémeaux fait un voyage très rapide dans l’espace extérieur, il deviendra et reviendra à la fin plus jeune que son frère, car toutes ses montres – les battements du cœur, le pouls sanguin, les vibrations du cerveau, etc. – auront été considérablement ralenties pendant son voyage par rapport à son frère se trouvant sur terre. Le voyageur n’observera rien d’inhabituel bien sûr, mais lors de son retour il réalisera brusquement et en sera probablement surpris, que son frère jumeau est MAINTENANT bien plus âgé. Ce « paradoxe des gémeaux » est peut-être le plus célèbre paradoxe de la physique moderne. Il a provoqué des discussions enflammées lors de réunions scientifiques, constituant une preuve éloquente du fait que la réalité décrite par la théorie de la relativité ne peut être facilement comprise par la compréhension commune.

Le ralentissement des montres en mouvement, quoi qu’il semble incroyable, a été testé dans la pratique par les physiciens. La plupart des particules sous atomiques sont instables, elles se désintègrent après un certain temps en d’autres particules. De nombreuses expériences ont confirmé le fait que le temps de vie d’une telle particule instable dépend de l’état de mouvement. Il augmente avec la vitesse de la particule. Les particules se déplaçant à hauteur de 80% de la vitesse de la lumière vivent d’environ 1,7 fois plus longtemps que leurs « frères gémeaux » plus lents, et celles qui se déplacent à hauteur de 99% de la vitesse de la lumière vivent pour cette raison sept fois plus longtemps. A nouveau, cela ne signifie pas que le temps intrinsèque de la particule change. Du point de vue de l’observateur de laboratoire, la « montre interne » de la particule est ralentie et c’est pourquoi elle vit plus longtemps.

Tous ces effets relativistes semblent en apparence étranges, car nous ne pouvons pas expérimenter le monde de l’espace-temps quadridimensionnel avec nos sens, mais nous pouvons seulement observer son « image » tridimensionnelle. Ces images ont des aspects différents dans des systèmes de référence différents ; les objets en mouvement sont différents de ceux en repos, et les montres qui se déplacent marchent alors à une vitesse différente. Ces effets semblent paradoxaux, si nous ne réalisons pas le fait qu’ils sont seulement des projections de phénomènes quadridimensionnels, tout comme les ombres projetées par les objets tridimensionnels. Si on pouvait visualiser la quatrième réalité spatio-temporelle quadridimensionnelle, il n’y aurait plus rien de paradoxal pour nous.

Les sages orientaux et les yogis, tel que cela a été mentionné antérieurement, semblent être capables d’expérimenter des états inhabituels de conscience durant lesquels ils transcendent notre monde tridimensionnel afin de percevoir et d’intégrer une réalité bien plus élevée multidimensionnelle. Ainsi, le maître yogi Aurobindo parle d’une « transformation subtile qui fait en sorte que le regard ‘voit’ dans la quatrième dimension ». La dimension surprenante de cet état de conscience peut ne pas être la même que celle à laquelle nous sommes habitués dans la physique relativiste, mais il est surprenant que cette découverte ai conduit les sages de l’Orient vers les notions d’espace et de temps très proches de celles impliquées dans la théorie de la relativité.

Partout dans la spiritualité orientale est manifestée une puissante intuition du caractère spatio-temporel de la réalité. Le fait que l’espace et le temps soient inséparablement liés, ce qui est si caractéristique de la physique relativiste, est souligné encore et encore. Cette notion intuitive de l’espace et du temps a trouvé probablement son expression la plus claire et la plus profondément élaborée dans le bouddhisme et particulièrement en AVATAMSAKA SOUTRA du bouddhisme mahâyânique. AVATAMSAKA SOUTRA, qui est à la base de cette école, nous offre une description vivante de la façon dont le monde est expérimenté dans l’état d’illumination. La conscientisation d’une telle « interpénétration de l’espace et du temps » – une expression parfaite pour décrire l’espace-temps est maintes fois soulignée dans ce texte et est considérée comme une caractéristique essentielle de l’état d’illumination du mental. Voici les mots de D. T. Suzuki pour décrire cet aspect : « La signification d’AVATAMSAKA et de sa philosophie est complètement inintelligible jusqu’à ce que l’on l’expérimente directement… Dans le stade de fusion béatifique complète où il n’existe presque plus de distinction entre le mental et le corps, le sujet et l’objet… nous regardons avec surprise autour de nous et nous percevons… que chaque objet ou chaque être est en relation avec tout autre objet… non seulement du point de vue spatial, mais aussi temporel… Comme un fait de l’expérience pure, nous réalisons alors extasiés qu’il n’existe pas d’espace sans temps, ni de temps sans espace ; ils apparaissent alors pour nous comme étant intimement interpénétrés. »

On pouvait difficilement trouver une meilleure façon de décrire le concept relativiste d’espace-temps. En comparant l’exposé de Suzuki à celui présenté antérieurement par Minkowski, il est intéressant aussi d’observer que tant les physiciens que les bouddhistes ou yogis sont d’accord en ce qui concerne le fait que leurs notions sur l’espace-temps sont basées sur des expériences ; des expériences scientifiques dans un cas, et l’expérience paranormale, spirituelle, dans l’autre cas.

A notre avis, l’intuition mentale présente dans la spiritualité orientale est l’une des raisons principales pourquoi cette vision de la nature semble généralement mieux correspondre « au point de vue scientifique moderne que le réalisent la plupart des philosophes grecs ». La philosophie naturelle grecque a été entièrement et essentiellement statique et amplement basée sur des considérations géométriques. On pourrait dire qu’elle a été extrêmement « non relativiste » et son influence puissante sur la pensée occidentale pourrait très bien constituer l’une des raisons pourquoi certains parmi nous ont de telles difficultés conceptuelles en ce qui concerne les modèles relativistes de la physique moderne. Les philosophes orientaux et les yogis d’autre part sont des philosophes de génie à propos de l’espace-temps, et ainsi leur intuition s’est souvent très rapprochée de la vision sur la nature impliquée par les théories relativistes modernes.

Grâce à la prise de conscience du fait que l’espace et le temps soient intimement connectés et interpénétrés, la vision sur le monde des physiciens modernes et celle des sages orientaux sont toute les deux des visions dynamiques intrinsèques qui contiennent le temps et le changement comme éléments essentiels. Les deux visions viennent illustrer à travers des modalités spécifiques l’unicité de base de l’Univers, l’unité des contraires et leur caractère dynamique et intrinsèque.

Fragment tiré du livre « Espace – Temps et au-delà d’eux par le yoga ».

yogaesoteric
28 février 2017

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