L'horloge de l'univers pourrait avoir des tiques plus grandes que ce que nous imaginons

La plus petite durée concevable pourrait ne pas dépasser un millionième de milliardième de milliardième de milliardième de seconde. C'est selon une nouvelle théorie décrivant les implications de l'univers ayant une propriété fondamentale semblable à une horloge dont les tiques interagiraient avec nos meilleures montres atomiques.. 

Une telle idée pourrait aider les scientifiques à se rapprocher de faire des expériences qui éclaireraient une théorie de tout, un cadre global qui réconcilierait les deux piliers de la physique du XXe siècle - la mécanique quantique, qui examine les plus petits objets existants, et la relativité d'Albert Einstein , qui décrit les plus massifs.

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La plupart d'entre nous ont une certaine idée du passage du temps. Mais qu'est-ce que le temps exactement?

«Nous ne savons pas», a déclaré Martin Bojowald, physicien à l'Université d'État de Pennsylvanie à University Park. "Nous savons que les choses changent et nous décrivons ce changement en termes de temps."

La physique présente deux vues contradictoires du temps, a-t-il ajouté. L'un, qui découle de la mécanique quantique, parle du temps comme d'un paramètre qui ne cesse de s'écouler à un rythme régulier. L'autre, dérivé de la relativité, dit aux scientifiques que le temps peut se contracter et s'étendre pour deux observateurs se déplaçant à des vitesses différentes, qui ne seront pas d'accord sur l'intervalle entre les événements..

Dans la plupart des cas, cet écart n'est pas très important. Les domaines séparés décrits par la mécanique quantique et la relativité se chevauchent à peine. Mais certains objets - comme les trous noirs, qui condensent une masse énorme dans un espace inconcevablement minuscule - ne peuvent être entièrement décrits sans une théorie de tout ce que l'on appelle la gravité quantique..

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Dans certaines versions de la gravité quantique, le temps lui-même serait quantifié, ce qui signifie qu'il serait constitué d'unités discrètes, ce qui serait la période de temps fondamentale. Ce serait comme si l'univers contenait un champ sous-jacent qui fixe le taux de tick minimum pour tout ce qu'il contient, un peu comme le célèbre champ de Higgs qui donne naissance à la particule de boson de Higgs qui prête la masse d'autres particules. Mais pour cette horloge universelle, "au lieu de fournir de la masse, elle donne du temps", a déclaré Bojowald.

En modélisant une telle horloge universelle, lui et ses collègues ont pu montrer que cela aurait des implications pour les horloges atomiques construites par l'homme, qui utilisent l'oscillation de type pendule de certains atomes pour fournir nos meilleures mesures du temps. Selon ce modèle, les tics des horloges atomiques seraient parfois désynchronisés avec les tics de l'horloge universelle. 

Cela limiterait la précision des mesures de temps d'une horloge atomique individuelle, ce qui signifie que deux horloges atomiques différentes pourraient éventuellement être en désaccord sur la durée d'un laps de temps. Étant donné que nos meilleures horloges atomiques s'accordent les unes avec les autres et peuvent mesurer des graduations aussi petites que 10 ^ (moins 19) secondes, ou un dixième de milliardième de milliardième de seconde, l'unité fondamentale de temps ne peut pas être supérieure à 10 ^ ( moins 33) secondes, selon l'article de l'équipe, paru le 19 juin dans la revue Physical Review Letters.

«Ce que j'aime le plus dans cet article, c'est la propreté du modèle», a déclaré Esteban Castro-Ruiz, physicien quantique à l'Université Libre de Bruxelles en Belgique qui n'était pas impliqué dans le travail. "Ils obtiennent une limite réelle que vous pouvez en principe mesurer, et je trouve cela incroyable." 

Les recherches de ce type ont tendance à être extrêmement abstraites, a-t-il ajouté, il était donc agréable de voir un résultat concret avec des conséquences d'observation pour la gravité quantique, ce qui signifie que la théorie pourrait un jour être testée.. 

Tout en vérifiant qu'une telle unité de temps fondamentale existe est au-delà de nos capacités technologiques actuelles, elle est plus accessible que les propositions précédentes, comme l'heure de Planck, ont déclaré les chercheurs dans leur article. Dérivé de constantes fondamentales, le temps de Planck fixerait les plus petites tiques mesurables à 10 ^ (moins 44) secondes, ou un dix-millième de milliardième de milliardième de milliardième de milliardième de milliardième de seconde, selon Universe Aujourd'hui.

La question de savoir s'il existe ou non une durée inférieure au temps de Planck est à débattre, car ni la mécanique quantique ni la relativité ne peuvent expliquer ce qui se passe en dessous de cette échelle. "Cela n'a aucun sens de parler du temps au-delà de ces unités, du moins dans nos théories actuelles", a déclaré Castro-Ruiz. 

Parce que l'univers lui-même a commencé comme un objet massif dans un espace minuscule qui s'est ensuite rapidement développé, Bojowald a déclaré que les observations cosmologiques, telles que des mesures minutieuses du fond cosmique des micro-ondes, une relique du Big Bang, pourraient aider à limiter la période fondamentale de temps à un niveau encore plus petit.