Voici 106 ans Einstein établissait un lien intime entre espace et temps au travers de la théorie de la relativité. Le temps devenait relatif. Selon ce modèle, une horloge se déplaçant dans l’espace “ralenti” par rapport à une horloge fixe, et ceci a bien été vérifié par le biais d’horloges atomiques placées en orbite. Cette vision de l’univers fut traduite sous la forme d’un univers à quatre dimensions, dit de Minkowski, composé de trois dimensions spatiales et une dimension temps et sert de cadre de base à l’astrophysique depuis lors. Mais bien sur les choses ne sont peut être pas aussi simples. Déjà en 1949 le fameux mathématicien Kurt Gödel (surtout connu pour son théorème d’incomplétude) démontrait que dans un univers décrit par la théorie de la relativité, la dimension “temps” ne pouvait pas exister…

Un courant de pensée traversant la communauté scientifique estime qu’effectivement le temps existe indépendamment de l’espace et que, autant la théorie de la relativité reste un concept solide, autant sa traduction en un espace 4D n’est pas démontrée et, surtout, les phénomènes connus de dilatation temporelle et leur corollaire de contraction matérielle peuvent s’expliquer plus correctement en considérant le temps comme une “mesure numérique de changement matériel / de la matière” (numerical order of material change). Un récent papier sur phys.org écrit par deux scientifiques, Amrit Sorli et Davide Fiscaletti (fondateurs du Space Life Institue en Slovénie), propose ainsi que notre univers soit en fait uniquement tri-dimensionnel et le temps une échelle de mesure de changement matériel ayant lieu au sein de cet univers 3D. Pour eux, les différences de temps mesurées par deux horloges atomiques (une sur Terre et une dans l’espace) ne sont pas dues à un effet intrinsèque d’un hypothétique univers 4D, mais plus simplement au fait que ces horloges mesurent la différence de vitesse (relative velocity) entre les deux cadres de références (en l’occurrence, Terre et espace). Les deux horloges mesurent ainsi une différence matérielle dans un espace 3D, le temps restant le même pour les deux. C’est subtil mais profond car cette différence matérielle est due aux effets relativistes de dilatation temporelle et contraction matérielle. Or la contraction matérielle est ici due à la nature des horloges, qui mesurent un effet matériel (vibration d’un atome). C’est pourquoi Sorli et Fiscaletti refont l’expérience en utilisant des horloges “photoniques” qui mesurent le temps en mesurant le va-et-vient de photons entre deux plaques réfléchissantes – photons voyageant toujours à la vitesse de la lumière. Ils démontrent, mathématiquement, comment maintenir la cohérence entre ce que postule la relativité et un univers 3D (par le biais de transformations galiléennes pour les trois coordonnées spatiales X, Y et Z et une équation dite de Selleri pour la vitesse de changement matérielle – ne m’en demandez pas plus!).

Dans ce modèle la dilatation temporelle existe toujours (relativité oblige) mais elle n’est plus le fait d’une dilatation de l’espace d’un système se mouvant dans un univers 4D, elle résulte du fait que dans des systèmes 3D se mouvant à des vitesses différentes, la vitesse de changement de la matière est également différente: elle est plus lente dans le système le plus véloce – mais le temps, en soi, est le même partout  Poussé à l’extrême, dans un système se mouvant à la vitesse de la lumière la vitesse de changement de la matière serait nulle. Le temps, alors, n’est plus  qu’une “quantité de changement” qui se mesure avec des horloges, et tout espoir de retour dans le passé (ou le futur) disparaît définitivement… Ce qui rejoint également l’interprétation de Gödel pour qui le temps, en temps que dimension, ne pouvait exister.

Allant plus loin encore, nos scientifiques travaillent sur un modèle de l’univers qui ne serait plus un médium de transport de la lumière, mais un vide quantique 3D dont les propriétés électromagnétiques (perméabilité et permissivité) gouvernent la propagation de la lumière.  Dans ce modèle, la gravité résulte d’une diminution de la densité énergétique du vide quantique à l’approche d’objets massifs. Ce modèle calcule, par exemple, la précession de Mercure avec autant de précision que le modèle relativiste classique.

Si vous en avez le courage, cette étude est à comparer avec une autre étude dont j’avais fait un billet intitulé “Physique de l’Univers: au-delà de l’espace-temps?“.

Pour plus d’information: Amrit Sorli and Davide Fiscaletti. “Special theory of relativity in a three-dimensional Euclidean space.” Physics Essays: March 2012, Vol. 25, No. 1, pp. 141-143. DOI: 10.4006/0836-1398-25.1.141