LE TEMPS EST-IL LA TRACE DE LA CAUSALITE ?

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LE TEMPS EST-IL LA TRACE DE LA CAUSALITE ?
Etienne KLEIN DSM/ LARSIM
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Dabord, un constat lhistoire de la physique a
tendance à repasser les plats

• Certaines tensions entre concepts opposés
  apparaissent de façon récurrente telle nouvelle
  théorie semble calmer ces tensions, voire les
  supprimer, mais lorsquune crise apparaît, elles
  peuvent renaître.
• Ainsi la discussion autour du problème de la
  flèche du temps a-t-elle fait réapparaître les
  tensions déjà soulevées (par les présocratiques)
  entre identité et changement, et celles soulevés
  (par les philosophes) entre temps et devenir.
• La flèche du temps est apparue au bout du compte
  (Boltzmann) comme une  émanation .

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Cours du temps versus flèche du temps, par Roman
Opalka
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• Aujourdhui, de semblables vieilles questions
  sont réactivées non plus à propos de la flèche du
  temps, mais du cours du temps lui-même
• Se suffit-il à lui-même ou émerge-t-il dautre
  chose ?
• Quel lien a-t-il avec les événements ? Avec la
  causalité ?
• Est-il dans lamont ou dans laval de la
  causalité ?

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Le temps (ou lespace) se suffit-il à lui-même
?Le débat Leibniz-Newton (Clarke)
 Relationnalisme  contre
 substantialisme 
 Lespace absolu, sans relation aux choses
externes, demeure toujours similaire et immobile.
( La vitesse est relative, mais laccélération
est absolue. 
 Lespace et le temps napparaissent que
secondairement aux objets, pour exprimer les
relations de contiguïté et de succession quils
entretiennent les uns avec les autres. 
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En matière despace-temps, la physique na pas
mis tous les œufs dans le même panier

• Espace-temps relationnel
• Relativité générale
• toute localisation ne peut sexprimer que par
  rapport à dautres événements, et non par rapport
  à une structure géométrique préexistante (mais ça
  se discute)

• Espace-temps substantiel
• Mécanique newtonienne
• Physique quantique
• Relativité restreinte

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Le fleuve, Kant et la causalité
Lordre du temps fixe lantériorité logique de la
cause sur leffet, tandis que le cours du temps
 temporalise , ou  étale dans le temps , le
lien de cause à effet.
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Mais la physique a pris un autre parti le
principe de causalité devient une contrainte
externe appliquée à la représentation du cours du
temps

• Mécanique classique temps linéaire et non
  cyclique
• Théorie de la relativité restreinte
  impossibilité pour une particule de dépasser la
  vitesse de la lumière dans le vide
• Physique quantique non relativiste la
  causalité est garantie par la structure même de
  léquation de Schrödinger
• Physique quantique relativiste nécessité de
  lexistence des antiparticules, invariance CPT

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Mais, au passage, une difficulté conceptuelle
redoutable
Les diverses déclinaisons et implications du
principe de causalité sont si claires quelles
tendent à masquer une difficulté conceptuelle. En
effet, la notion de causalité ne peut être
pensée, ni même définie, indépendamment des
événements qui viennent lincarner. De là une
certaine ambiguïté de son lien avec le cours du
temps  si celui-ci est contraint par le principe
de causalité, dans quelle mesure est-il
indirectement  contaminé  par les phénomènes
causalement reliés qui se déroulent en son sein ?
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Le défi de la gravitation quantique

• Sur quoi sappuyer pour construire une théorie
  quantique de la gravitation ? Sagit-il
  dappliquer les procédures de la physique
  quantique à la relativité générale ? Ou bien de
  procéder à un mariage qui impliquerait une
  modification de la physique quantique standard ?
  Ou encore de mettre sur pied une nouvelle théorie
  qui dépasse, en les incluant, la physique
  quantique et la relativité générale ?
•  Ces différentes démarches se répartissent en
  trois groupes 
•  Les procédures qui appliquent les règles de
  quantification à la relativité générale
  ordinaire. Deux pistes  les approches
   covariantes , qui renoncent à définir le temps
  a priori  les approches  canoniques  (telle la
  gravité quantique à boucles) qui partent dune
  définition a priori du temps au sein de
  lespace-temps de la relativité générale.
• La théorie des supercordes, qui envisagent un
  cadre radicalement neuf (les objets physiques
  sont des cordes, mais lespace-temps fait partie
  du background) à partir duquel on espère
  retrouver la RG comme limite à basse énergie (et
  les autres interactions fondamentales).
•  Lensemble des approches qui ne relèvent
  daucune des deux premières, par exemple la
  théorie des twisteurs de Penrose ou les
  géométries non commutatives dAlain Connes.

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Quelques pistes de recherche en images (Gilbert
Garcin)
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Trois constats
Variété nue
Espace topologique Structure
différentielle Structure causale
Espace-temps avec métrique

• Le concept de causalité semble pouvoir être
  utilisé de façon opératoire à des niveaux plus
  profonds que lespace-temps lui-même.
• Les travaux qui visent à comprendre la nature de
  lespace-temps utilisent tous la combinaison de
  deux idées fondamentales  lespace-temps est
  émergent et sa description, discrète ou non, fait
  intervenir la causalité de façon cruciale.
• Le problème de lunification de la relativité
  générale et de la physique quantique semble
  pouvoir être résumé par lalternative 
  lespace-temps accueille-t-il les événements ou
  en émane-t-il ?

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Conclusion en forme douverture

• Un renversement dialectique nest pas à exclure
  au lieu dêtre primitif et contraint
  extérieurement par la causalité, lespace-temps
  (ou certaines de ses propriétés, telle la
  continuité) pourrait se trouver  secondarisé ,
  émergeant dun  fond  causal.
• On pourrait alors parler dune  thermodynamique 
  de lespace-temps. Ce serait la revanche de
  Leibniz sur Newton.
• Mais si ce fond causal existe, est-il lui-même
  fondamental ou émergent ? La nature est-elle - ou
  nest-elle pas - un puits sans fond ?