Le temps et sa flèche

L’expression du principe de causalité

La théorie générale impose que toute particule ne peut aller plus vite que la vitesse de la lumière. Une deuxième règle s’impose par la théorie quantique des champs. Cette théorie est le cadre mathématique formel grâce auquel on décrit trois des quatre interactions fondamentales de la physique. La gravitation est à part, puisque décrite par la relativité générale. Les trois autres interactions : l’interaction électro-magnétique, l’interaction nucléaire faible et l’interaction nucléaire forte. Ces trois interactions sont décrites dans un cadre, qu’on appelle le modèle standard, qui s’appuie sur la théorie quantique des champs. Elle résulte en fait d’un mariage entre les principes de la relativité restreinte et les principes de la physique quantique – d’où le nom de théorie quantique des champs.

Le principe de causalité dans ce cadre-là s’exprime de façon assez compliquée [à écouter dans la conférence – 36ème minute]. Je vais plutôt m’attarder sur ses conséquences. Ces règles-là quand on les écrit mathématiquement empêchent toute particule de se propager sur une ligne du genre espace, parce que si elle le faisait, elle irait plus vite que la lumière. Or c’est interdit par la relativité restreinte, qui est évidemment respectée par la théorie quantique des champs.

Elles imposent aussi que pour une propagation sur une ligne du genre temps, la création d’une particule est nécessairement antérieure à son annihilation. C’est une règle de bon sens : une particule ne peut pas disparaître avant d’être apparue. Donc le principe de causalité est minimaliste. Il dit simplement que le temps passe.

La causalité ne renvoie pas à une notion de cause ni d’effet, mais elle impose une chronologie obligatoire entre l’apparition d’une particule et sa disparition. Pour tous les observateurs, la particule commence par apparaître avant de disparaître.

Vous savez que la plupart des particules sont instables. Elles apparaissent puis disparaissent. Elles ne sont pas du tout éternelles ni permanentes. Ce qui est extraordinaire, c’est lorsque vous essayez de satisfaire ces règles dans les équations, ça n’est possible que si les antiparticules existent.

Depuis 1932, on sait que l’antimatière existe. Plus récemment, on sait la fabriquer à partir de l’énergie. On peut même l’accélérer [au CERN].

L’antimatière est la preuve matérielle (ou anti-matérielle si vous voulez) que le temps passe et est orienté. On est sûr que le temps passe. :)