Un physicien de l’Université de Birmingham a observé pour la première fois en laboratoire l’émergence du temps au sein d’un système quantique isolé. En divisant un nuage d’atomes ultra-froids en deux secteurs, Giovanni Barontini a démontré que le temps peut naître de l’intérieur d’un système fermé — sans horloge extérieure. Une vérification expérimentale publiée dans Physical Review Research qui teste une idée vieille de 60 ans.

Ce que vous allez apprendre

• Pourquoi l’équation de Wheeler-DeWitt pose depuis des décennies un problème fondamental sur l’existence du temps
• Comment un nuage d’atomes refroidis près du zéro absolu a servi de mini-univers pour tester cette théorie
• Ce que le « secteur sombre » de l’expérience révèle sur le lien entre ignorance, entropie et écoulement du temps

Le temps n’existe pas dans l’équation de l’univers

Depuis près de soixante ans, une équation tracasse les physiciens. L’équation de Wheeler-DeWitt, pilier de la gravité quantique, décrit l’univers comme un système global sans paramètre temporel externe. Autrement dit : il n’existe aucune horloge cosmique qui s’écoulerait en dehors de l’univers.

D’où vient alors notre perception du temps ?

Une théorie influente, celle du temps relationnel, propose une réponse : le temps n’est pas un ingrédient fondamental de la réalité. Il émergerait des relations internes entre les parties d’un système, chaque sous-ensemble servant d’horloge à l’autre. Séduisante sur le papier, cette idée n’avait jamais été soumise à un test direct en laboratoire.

Un mini-univers fabriqué avec des atomes ultra-froids

Giovanni Barontini, physicien expérimental à l’Université de Birmingham, a décidé de changer cela. Son outil : un condensat de Bose-Einstein, un état de la matière obtenu en refroidissant des atomes à des températures frôlant le zéro absolu. À ce stade, des milliers d’atomes fusionnent en un seul objet quantique, se comportant comme une entité unique.

Barontini a placé ce condensat dans un piège, puis l’a tranché en deux à l’aide d’un fin faisceau laser. Une moitié, le « secteur lumineux », était observée attentivement. L’autre, le « secteur sombre », était délibérément ignorée — reproduisant ainsi la condition d’un univers sans extérieur.

Crédit : Université de Birmingham

L’expérience de l’Université de Birmingham visant à piéger et à refroidir des atomes de rubidium proches du zéro absolu — première étape de la construction du mini-univers.

Le temps naît de l’ignorance

Dans le secteur lumineux, les atomes oscillaient d’un côté à l’autre du piège, franchissant périodiquement la barrière laser. Barontini a baptisé ces passages « Big Bang » et « Big Crunch », en écho aux théories cosmologiques.

Il a ensuite mesuré les échanges d’entropie — le désordre circulant entre les deux moitiés — et construit à partir de ces flux une horloge entièrement interne : un « temps entropique ».

Le résultat est saisissant : quand l’entropie circulait abondamment, le temps s’accélérait. Quand les échanges ralentissaient, le temps ralentissait avec eux. Quand les deux secteurs atteignaient l’équilibre, l’horloge interne s’arrêtait complètement.

Ce temps entropique ordonnait les événements de manière cohérente, et permettait de retrouver une forme de l’équation de Schrödinger reproduisant fidèlement les observations.

Ce qu’on ignorait crée ce qu’on mesure

La conclusion de Barontini est philosophiquement vertigineuse : c’est précisément parce qu’il a renoncé à observer le secteur sombre que le temps a pu émerger dans l’autre moitié. L’acte d’ignorance, traduit en entropie, est ce qui donne naissance au flux temporel.

« Le temps et la flèche du temps naissent peut-être tout simplement de l’ignorance », résume le physicien.

Le même dispositif pourrait désormais simuler des analogues de trous noirs ou les conditions de l’univers primordial. Une preuve de concept qui ouvre un chantier expérimental inédit sur les questions les plus profondes de la physique.