Article: The arrow of time, an overview DOI: 10.13140/RG.2.2.28710.40004

[chaverondier]

Bonjour

Pour ceux que la question de la flèche du temps et du paradoxe de l'irréversibilité intéressent, vous pourrez lire un preprint visant à faire un tour d'horizon des travaux scientifiques sur ce sujet et de 3 écoles de pensée se dégageant de ces travaux en The arrow of time, an overview DOI: 10.13140/RG.2.2.28710.40004


Traduction française du résumé

Depuis les objections de Loschmidt et Zermelo au théorème H de Boltzmann, 150 ans se sont écoulés. Encore aujourd’hui le temps, sa flèche et le paradoxe de l’irréversibilité restent objet de débats.

• Les Gell-mann, Lebowitz, Balian, Connes, Rovelli, Martinetti, Caroll et Bitbol par exemple attribuent à l’irréversibilité des évolutions un statut d’émergence thermodynamique statistique [1]. Selon ce point de vue positiviste, l’irréversibilité résulte d’une description incomplète [2] des systèmes et phénomènes physiques à l’échelle d’observation macroscopique [3].
  .
• Au contraire, feu Prigogine et les physiciens de l’école dite de Bruxelles-Austin sont convaincus d’un écoulement irréversible du temps objectif, inscrit dans les lois de la nature, indépendant de l’observateur, présent à toutes les échelles d’observation [4-6].
  .
• Enfin, Aharonov, Vaidman, Popescu, Tollaksen, Cohen, Elitzur et les nombreux physiciens de leur école de pensée mettent quant à eux en avant la symétrie (CP)T et accordent aux effets quantiques T-symétriques une interprétation rétrocausale [7-9]

Le présent document passe en revue différents phénomènes typiquement irréversibles et certains effets T-symétriques afin d’y confronter ces 3 points de vue.


En conclusion, les limitations d’accès à l’information et l’entropie dite pertinente d’une classe d’observateurs, la forte redondance et la stabilité des informations irréversiblement enregistrées (garantissant intersubjectivité et reproductibilité) s’avèrent être centrales vis-à-vis de la question de la flèche du temps.

Ce manque d’information est proposé pour réconcilier flèche causale du temps, distinction entre évènements passés et évènements futurs, irréversibilité et indéterminisme de la mesure quantique avec le caractère unitaire, déterministe et réversible des lois d’évolution découlant de la symétrie CPT du modèle standard de la physique des particules [10][11] et, possiblement, pour interpréter la très basse entropie initiale de l’univers (past hypothesis).


Mots clé
Flèche du temps, unitarité, symétrie CPT, hypothèse du temps thermique, quantum collapse, mesure faible, two-state vector formalism, retrocausalité, triplets de Gel’fand, Paradoxe de l’information des trous noirs, past hypothesis


Quelques unes des références

[1] J. Lebowitz, BOLTZMANN'S ENTROPY AND TIME'S ARROW, Phys. Today. 46 (1993), 32.

[2] R. Balian, Incomplete descriptions and relevant entropies, Am.J.Phys.67, 1078 (1999)

[3] R. Balian, Le temps macroscopique, Colloques de la Société Française de Physique : le Temps et sa Flèche ; Paris, France ; 1993-12-08

[4] R.C. Bishop, Nonequilibrium statistical mechanics Brussels–Austin style, Studies In History and Philosophy of Science Part B Studies In History and Philosophy of Modern Physics 35B(1):1-30, March 2004

[5] T. Petrosky, I. Prigogine, Poincaré resonances and the extension of classical dynamics, Chaos, Solitons & Fractals, Volume 7, Issue 4, Pages 441-497, April 1996

[6] A. Bohm, H. Kaldass, P. Patuleanu, Hilbert Space or Gelfand Triplet - Time Symmetric or Time Asymmetric Quantum Mechanics, Int.J.Theor.Phys. 38, 115-130 (1999)

[7] Y. Aharonov, L. Vaidman, The Two-State Vector Formalism: An Updated Review, In: Muga J., Mayato R.S., Egusquiza Í. (eds) Time in Quantum Mechanics. Lecture Notes in Physics, vol 734. Springer, 2008

[8] Y. Aharonov, E. Cohen, A.C. Elitzur, Can a Future Choice Affect a Past Measurement's Outcome?, Ann. Phys. 355 258-268 (2015)

[9] H. Price, Does time-symmetry imply retrocausality? How the quantum world says "maybe". Studies in History and Philosophy of Modern Physics, 43(2012), 75-83

[10] C. Rovelli, P. Martinetti, Diamonds's Temperature: Unruh effect for bounded trajectories and thermal time hypothesis, Class.Quant.Grav.20 4919-4932, 2003

[11] C. Rovelli, “Forget time”, Essay written for the FQXi contest on the Nature of Time, March 2009
-----

[sunyata]

Bonsoir,

Si j'ai bien compris le raisonnement de Loschmidt :

- Selon Boltzman l'entropie ne peut que croitre au fur et à mesure que le temps s'écoule.
- Par ailleurs les lois de la physiques sont mathématiquement réversibles par inversion du temps.

Donc nous serions fondés d'imaginer une expérience de pensée ou à un instant T bien défini, nous inverserions le sens d'écoulement du temps, inversant ainsi la trajectoire de toutes la particules de l'univers.

Mais ce faisant si nous acceptons la validité de la loi d'entropie, alors nous devons déduire que l'entropie croit au fur et à mesure que le temps s'écoule à rebours vers le passé, et que le passé est de plus forte entropie que le présent.

-----------------------------------------------------------------------------
Cependant je me pose la question sur le bien fondé de cette expérience de pensée : Il me semble que cette inversion du Temps qui est proposée, présuppose implicitement l'existence d'un Temps Universel qui coordonne tous les évènements de l'univers.

Hors la relativité restreinte introduit une multiplicité de temporalité fonction du référentiel. Il n'y a plus d'ordre univoque des évènements, mais une relation d'ordre partielle.

Avec la relativité générale c'est encore pire, car la courbure de l'espace-temps introduit une multiplicité de temporalités liées au contexte local.

Par conséquent je me pose la question de savoir si l'hypothèse d'une inversion du temps dans l'expérience de pensé de Loschmidt est bien fondée.

Inverser le temps ok, mais lequel ? Comment synchroniser cette opération dans l'absolu ? En toute rigueur il n'y a plus d'horloge universelle,
si l'on observe les continuum d'espace-temps avec suffisamment de précision. Cela introduit une indétermination, donc de l'entropie !

Donc il me semble que l'objection de Loschmidt se fonde sur une expérience que les lois physiques interdisent en raison de la nature même de l'espace-temps.

Ce qui me semble introduire de facto une irréversibilité due à la relativité de la simultanéité : Il n'existe par d'instant T univoque pour coordonner l'expérience.

---------------------------------------------------------------------

La physique quantique introduit avec le principe d'indétermination d'Heisenberg un autre problème. Pour inverser le sens du temps il faudrait en supposant qu'un instant T soit bien déterminé ce qui n'est pas le cas, connaître la position des micro-états avec une infinie précision, ce que le principe interdit.
-------------------------------------------------------------------

Donc l'expérience de Loschmidt me semble mal fondée car reposant sur une hypothèse d'inversion théoriquement impossible...

Cordialement

[Archi3]

je ne pense pas que la relativité de la simultanéité pose un vrai problème, en effet on peut quand même imaginer que l'espace-temps soit "globalement" inversé et que toutes les surfaces iso-T (quel que soit le référentiel) restent invariantes mais ordonnées dans le sens inverse. Mais effectivement la vraie invariance étant CPT il faudrait aussi faire une symétrie spatiale et prendre les anti particules, mais pourquoi pas.

Ceci dit ça pose quand même un paradoxe ou au moins une question par rapport à la conscience; En effet si la conscience est relative à un "état" du cerveau, elle serait invariante par renversement du temps. Ceci signifie que les états conscients auraient toujours la même mémoire, qui seraient toujours les états de plus faibles entropie , même si ceux ci se retrouvaient dans le futur "renversé" et non plus le passé; Ce qui signifie qu'on aurait la mémoire du futur... mais en pensant que c'est le passé; Ce qui reviendrait finalement au même, on aurait la même représentation de l'Univers, et si on appelle "passé" ce dont on a la mémoire, ce serait toujours les états de plus faible entropie. ce qui ne changerait finalement rien à notre perception du monde ....

[sunyata]

je ne pense pas que la relativité de la simultanéité pose un vrai problème, en effet on peut quand même imaginer que l'espace-temps soit "globalement" inversé et que toutes les surfaces iso-T (quel que soit le référentiel) restent invariantes mais ordonnées dans le sens inverse. Mais effectivement la vraie invariance étant CPT il faudrait aussi faire une symétrie spatiale et prendre les anti particules, mais pourquoi pas.

Ceci dit ça pose quand même un paradoxe ou au moins une question par rapport à la conscience; En effet si la conscience est relative à un "état" du cerveau, elle serait invariante par renversement du temps. Ceci signifie que les états conscients auraient toujours la même mémoire, qui seraient toujours les états de plus faibles entropie , même si ceux ci se retrouvaient dans le futur "renversé" et non plus le passé; Ce qui signifie qu'on aurait la mémoire du futur... mais en pensant que c'est le passé; Ce qui reviendrait finalement au même, on aurait la même représentation de l'Univers, et si on appelle "passé" ce dont on a la mémoire, ce serait toujours les états de plus faible entropie. ce qui ne changerait finalement rien à notre perception du monde ....

Loschmidt étant mort en 1895, il n'avait donc aucune connaissance des théories de la physique moderne. On ne savait pas que les molécules existaient. Sa réflexion reposait donc sur un appareil théorique très restreint reposant essentiellement sur les lois de Newton.
[FONT=sans-serif]D[/FONT]ans certains processus physiques en physique quantique où la symétrie CP est violée, l'inversion du temps ne conduirait pas à la même configuration d'origine. Cela signifie que l'histoire ne serait pas simplement racontée à l'envers, mais que le processus physique aurait une évolution temporelle différente si l'on inversait le temps.

C'est un argument suffisant pour pouvoir dire que la flèche du temps n'est pas réversible. Que l'idée d'une symétrie par inversion du temps est fausse à la lumière des connaissances d'aujourd'hui.
Du coup l'argument de Loschmidt a-t-il encore la même valeur aujourd'hui concernant l'entropie ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[sunyata]

Ok mais on peut aussi considérer que les lois fondamentales de la physique ne peuvent prédire certaines propriétés émergente de la matière, car l'information concernant ces propriétés émergentes n'est pas encapsulée dans les théories fondamentales.
Par exemple : On ne peut prédire la "vie" en tant que phénomène émergeant à partir de la connaissance
des lois physiques fondamentales.
Les lois de la physique fondamentale n'encapsulent pas toute la réalité. Elle ne prédisent pas la cognition humaine, ni la poésie.
On rencontre ce type de problème en math. avec le théorème de Gödel où Il existe des vérités au sein d'une théorie que les axiomes de la théorie ne peuvent démontrer.

Ce n'est peut-être pas que le concept d'entropie contient une part de subjectivité, mais plutôt que la description complète des micro-états d'un système ne s'avère plus pertinente pour rendre compte de certaines propriétés macroscopiques telles que la température, ou la pression.

Ce n'est pas un manque d'information c'est juste que ces états macroscopique sont invariants par changement de configurations, et que l'information relative à cette invariance n'est pas encapsulée dans les interactions microscopiques.

[sunyata]

Je reprends les termes de ta conclusion :

Il y a un siècle, la relativité de la simultanéité a donné lieu à quelques réserves rapidement surmontées grâce à la Relativité Restreinte qui n'a jamais contrevenu à l'invariance de Lorentz.
En revanche, une possible relativité de l'entropie très faible du jeune univers par rapport à la grille de lecture des observateurs peut être difficile à formuler en termes de tests et pourrait susciter une forte opposition.
Cette proposition, qui est à la fois intéressante et provocatrice, est très spéculative et peut sembler difficile à comprendre.
Si elle s'avérait vraie, elle affaiblirait le dernier rempart protégeant les notions de passé, de futur, le principe de causalité et le flux irréversible du temps d'une dépendance inévitable et complète à la grille de lecture des observateurs.
Une proposition plus conservatrice consisterait à considérer avec prudence le micro-état hautement non-générique de notre jeune univers comme une question sans réponse, un problème irrésolu sans acceptation par une large communauté scientifique.

Si j'ai bien compris "La relativité de l'entropie très faible du jeune univers par rapport à la grille de lecture des observateurs" équivaut au principe-anthropique.
L'existence de structures dissipatives loin de l'équilibre thermodynamique (que nous sommes) ne peuvent exister que si la portion de l'univers dans laquelle nous nous trouvons, était de très faible entropie dans un lointain passé.
Ce qui ne veut pas dire qu'il en est de même partout, et que l'univers est peut-être assez vaste pour contenir des régions où l'entropie diminue en fonction du temps au lieu d'augmenter.
Cela signifierait que l'orientation de la flèche du temps n'est pas absolue, mais relative au sens d'évolution de son contenudans une région donnée de l'espace.
Cette position équivaut donc à l'hypothèse du multivers associée au principe anthropique. L'univers est infiniment plus vaste et divers que l'univers visible.
Il y aurait des régions où l'entropie va croissante, et des régions ou l'entropie va décroissante. Nous vivons dans une région particulière de l'univers où l'entropie va croissante, mais cette spécificité n'est pas générique de l'univers dans son ensemble.

Cordialement

[sunyata]

Une proposition plus conservatrice consisterait à considérer avec prudence le micro-état hautement non-générique de notre jeune univers comme une question sans réponse, un problème irrésolu sans acceptation par une large communauté scientifique.

Ou bien une question qui ne relève pas de l'explication de nature scientifique mais métaphysique.

[sunyata]

If we weren’t short-sighted, we would be blind!

Sans doute que oui parce-que la vision détaillée des micro-états ne reflètent pas les invariances macroscopiques qui orientent la causalité macroscopique selon la flèche orientée que nous observons et qui font émerger des propriétés collectives de la matière qui nous permettent d'exister.

[Archi3]

5 posts de suite dont 3 en moins de 20 minutes, on en a vu sanctionnés pour moins que ça

[sunyata]

5 posts de suite dont 3 en moins de 20 minutes, on en a vu sanctionnés pour moins que ça

Oui désolé, la modération pourra peut-être regrouper tout cela en 1 post,

Merci d'avance ! Cordialement

[chaverondier]

les états conscients auraient toujours la même mémoire, qui seraient toujours les états de plus faibles entropie

Oui

Ce qui signifie qu'on aurait la mémoire du futur.

Non, toujours la mémoire du passé, précisément pour cette raison.

Un retour dans le temps fait diminuer l'entropie donc efface les traces du futur. Si, d'"une certaine façon", il y a, dans "un temps plus fin", des sortes d'aller-retour (à la John Cramer) dans le temps macroscopique, l'observateur n'a pas moyen d'en être informé autrement que par des hypothèses spéculatives Et non réfutables (du moins à ce jour) donc (à ce jour) hors du champ de la physique (cf. Popper) (1).

Voir ce que Lorenze Maccone exprime à ce sujet. C'est intéressant (cf. A quantum solution to the arrow-of-time dilemma).

(1) Comme l'hypothèse atomique rejetée par Mach, fin 19ème, dans l'infamant domaine des spéculations métaphysiques...
...avant qu'Einstein ne parvienne à prouver la validité de l'hypothèse atomique grâce à son étude sonante et pas trébuchante du mouvement brownien.

[Archi3]

Oui

Non, toujours la mémoire du passé, précisément pour cette raison.

Un retour dans le temps fait diminuer l'entropie donc efface les traces du futur.

ça dépend de ce que tu appelles "le futur" : les états d'entropie supérieure, ou les états de t supérieur ? dans un univers "normal", ils coïncident, mais dans un univers " inversé" , ils ne coïncident pas, donc il faut préciser la terminologie employée.

[ArchoZaure]

Bonjour.

Un retour dans le temps fait diminuer l'entropie donc efface les traces du futur.

Quel "retour dans le temps" ?

On peut tout à fait considérer qu'on a le présent et puis le présent après, et c'est toujours du présent.
En gros il n'y aurait que du présent partout.
Il n'y a pas de passé ni de futur autrement que par l'usage de considérations liées à une représentation.

D'ailleurs ce qui est intéressant c'est de voir qu'on a des situations locales où la possibilité d'une réversibilité est complète.
Plus on descend dans l'infiniment petit (ou dit autrement, dans l'unitaire), et moins on a de variation d'entropie irréversiblement dans un sens ou dans l'autre.
Il n'y a donc pas fondamentalement de sens privilégié dans les variations d'entropie, tout dépend des circonstances.

Donc au niveau subatomique par exemple, le temps n'existe pas, et donc forcément il n'y a pas non plus de sens d'écoulement pour quelque-chose qui n'existe pas.
C'est d'ailleurs bien ce que nous dit la physique quantique.
Une chose à cette échelle peut être A LA FOIS (pas alternativement, pas avant, pas après) dans un état et un autre.

La vraie question n'est donc pas qu'on puisse avoir un sens privilégié dans les variations d'états de la matière à l'échelle macroscopique (c'est juste en fonction des circonstances et on peut trouver des cas qui font varier l'entropie dans un sens ou un autre), mais c'est qu'apparait du temps pris dans le sens d'un DELAI à partir de choses qui ne faisaient pas appel au temps elles-mêmes.

Pour ce qui serait d'une entropie très faible au début de notre univers il n'y pas vraiment de paradoxe il me semble.
Si la chose ne fait qu'un à son début alors son entropie (qui est une notion statistique apparaissant avec la multitude des éléments dans un espace) est nulle ou quasi-nulle (pas d'évolution temporelle donc) mais si elle se scinde en plusieurs morceaux alors l'entropie ensuite peut augmenter, et puis si la gravité ou les forces d'attraction diverses font leur œuvre, selon les circonstances, elle peut aussi diminuer localement par la suite, alors qu'elle est maintenant composée d'une multitude.

[chaverondier]

ça dépend de ce que tu appelles "le futur" : les états d'entropie supérieure, ou les états de t supérieur ?

A ce jour, rien de connu ne suggère la possibilité d'introduire des notions de futur, de passé, de traces du passé, de principe de causalité, d'écoulement irréversible du temps qui pourraient se définir indépendamment des considérations d'entropie pertinente et de grandeurs macroscopiques (1) dont elles découlent cf.

• Le temps macroscopique R. Balian
• Incomplete descriptions and relevant entropies R. Balian
• Forget time C. Rovelli
• l'hypothèse du temps thermique de A. Connes, P. Martinetti et C. Rovelli

(1) La grille de lecture de l'observateur macroscopique, cf. Prélude à l'irréversibilité de Michel Bitbol.

[chaverondier]

Il n'y a donc pas fondamentalement de sens privilégié dans les variations d'entropie,

Mais statistiquement si, cf. le fluctuation theorem. cf, par exemple : Information theory explanation of the fluctuation theorem, R. Dewar.

[ArchoZaure]

Mais statistiquement si, cf. le fluctuation theorem. cf, par exemple : Information theory explanation of the fluctuation theorem, R. Dewar.

Oui mais ce que je veux dire c'est que ça c'est à l'échelle ou il est question de statistique (loi des grands nombres), et ce n'est donc pas une loi fondamentale mais une conséquence d'un certain type d’organisation d'un certain type de matière.
Si vous ne prenez qu'une seule particule au lieu des milliards de votre FT, où est passée la flèche du temps en rapport avec l'entropie ?
Si c'est fondamental ça ne disparait pas, et là ça disparait.

[Archi3]

A ce jour, rien de connu ne suggère la possibilité d'introduire des notions de futur, de passé, de traces du passé, de principe de causalité, d'écoulement irréversible du temps qui pourraient se définir indépendamment des considérations d'entropie pertinente et de grandeurs macroscopiques (1) dont elles découlent cf.[LIST]

du coup, si on définit le passé par les états de l'Univers de plus faible entropie et le futur par les états de plus grande entropie, la loi de croissance de l'entropie devient un truisme ...

[chaverondier]

Oui mais ce que je veux dire c'est que ça c'est à l'échelle ou il est question de statistique (loi des grands nombres)

Oui

ce n'est donc pas une loi fondamentale

Oui

mais une conséquence d'un certain type d’organisation d'un certain type de matière.

Non. C'est une conséquence de notre grille de lecture, le regroupements de zillons d'états microscopiques en gigantesques classes d'équivalence en états macroscopiques caractérisés par la donnée de quelques grandeurs macroscopiques :

• pertinentes à notre échelle d'observation,
• pertinentes pour notre mode d'interaction avec l'univers,
• partagées, par ailleurs, par l'ensemble du monde du vivant (d'où l'intersubjectivité de nos observations).

L'écoulement irréversible du temps émerge de notre grille de lecture et de nos limitations d'accès à l'information cf. :

• Le temps macroscopique, R. Balian
• Incomplete descriptions and relevant entropies , R. Balian

[chaverondier]

du coup, si on définit le passé par les états de l'Univers de plus faible entropie et le futur par les états de plus grande entropie, la loi de croissance de l'entropie devient un truisme ...

Oui. C'est ce que nous fait remarquer Lorenze Maccone. Mais c'est loin d'être facilement acceptable pour notre intuition classique. Elle s'efforce (avec succès) de nous persuader que l'écoulement irréversible du temps est une notion première, absolue, indépendante de toute considération d'observateur.

La relativité de la simultanéité, ça passe déjà difficilement. La relativité (à l'observateur macroscopique, en fait tout être vivant) de l'écoulement irréversible du temps, du principe de causalité et des traces du passé, c'est encore bien plus difficile à accepter.

[sunyata]

La relativité de la simultanéité, ça passe déjà difficilement. La relativité (à l'observateur macroscopique, en fait tout être vivant) de l'écoulement irréversible du temps, du principe de causalité et des traces du passé, c'est encore bien plus difficile à accepter.

Il me paraît intéressant de remarquer que la relativité de la simultanéité s'applique aux relations entre des évènements. Quand la causalité entre en jeu, sur une ligne d'univers par exemple, il n'y a pas d'ambiguïté sur l'ordre des évènements.

[sunyata]

La relativité de la simultanéité, ça passe déjà difficilement. La relativité (à l'observateur macroscopique, en fait tout être vivant) de l'écoulement irréversible du temps, du principe de causalité et des traces du passé, c'est encore bien plus difficile à accepter.

Ai-je bien compris ?

Cela ne signifie pas que la réalité dépend du point de vue de l'observateur, mais que nos perceptions sont calibrées pour observer une certaine catégorie d'évènements qui se produisent à une certaine échelle d'observation. Nous sommes sensibles aux propriétés émergentes de la thermodynamique parce notre existence même dépend de ses effets, et de notre aptitude à exploiter l'énergie susceptible de produire de l'ordre sous forme de travail ou de structure ordonnée.

Cordialement

[JPL]

Excusez-moi mais le forum Lectures scientifiques n’est pas fait pour discuter de théories pour lesquelles il existe des forums précis. Il est fait pour signaler des lectures intéressantes et les commenter en tant que lectures.