(Phys.org) — Les philosophes ont débattu de la nature du temps bien avant Einstein et la physique moderne. Mais au cours des 106 années qui ont suivi Einstein, l’opinion dominante en physique a été que le temps sert de quatrième dimension de l’espace, une arène représentée mathématiquement comme l’espace-temps de Minkowski 4D. Cependant, certains scientifiques, dont Amrit Sorli et Davide Fiscaletti, fondateurs de l’Institut Space Life en Slovénie, soutiennent que le temps existe de manière totalement indépendante de l’espace. Dans une nouvelle étude, Sorli et Fiscaletti ont montré que deux phénomènes de la relativité restreinte – la dilatation du temps et la contraction des longueurs – peuvent être mieux décrits dans le cadre d’un espace 3D avec le temps comme quantité utilisée pour mesurer le changement (c’est-à-dire le mouvement des photons) dans cet espace.

Les scientifiques ont publié leur article dans un récent numéro de Physics Essays. Ce travail s’appuie sur leurs articles précédents, dans lesquels ils ont étudié la définition du temps comme un ordre numérique de changement matériel.

Les principaux concepts de la relativité restreinte – que la vitesse de la lumière est la même dans tous les référentiels inertiels et qu’il n’existe pas de référentiel absolu – sont traditionnellement formulés dans le cadre de l’espace-temps de Minkowski. Dans ce cadre, les trois dimensions spatiales sont intuitivement visualisées, tandis que la dimension temporelle est mathématiquement représentée par une coordonnée imaginaire, et ne peut être visualisée de manière concrète.

Dans leur article, Sorli et Fiscaletti soutiennent que, bien que les concepts de la relativité restreinte soient solides, l’introduction de l’espace-temps de Minkowski 4D a créé un malentendu de plus d’un siècle sur le temps comme quatrième dimension de l’espace, qui manque de tout support expérimental. Ils affirment que les expériences bien connues de dilatation du temps, telles que celles démontrant que les horloges tournent effectivement plus lentement dans les avions à grande vitesse qu’au repos, confirment la relativité restreinte et la dilatation du temps, mais pas nécessairement l’espace-temps de Minkowski ou la contraction des longueurs. Selon le point de vue conventionnel, les horloges tournent plus lentement à grande vitesse en raison de la nature même de l’espace-temps de Minkowski, qui résulte à la fois de la dilatation du temps et de la contraction des longueurs. Mais Sorli et Fiscaletti soutiennent que le ralentissement des horloges peut être mieux décrit par la vitesse relative entre les deux cadres de référence, que les horloges mesurent, et non dont les horloges font partie. Dans cette optique, l’espace et le temps sont deux entités distinctes.

Avec les horloges, nous mesurons l’ordre numérique du mouvement dans l’espace 3D, a déclaré Sorli à Phys.org. Le temps est « séparé » de l’espace dans le sens où le temps n’est pas une quatrième dimension de l’espace. Au contraire, le temps, en tant qu’ordre numérique de changement, existe dans un espace 3D. Notre modèle sur l’espace et le temps est fondé sur la mesure et correspond mieux à la réalité physique.

Pour illustrer la différence entre les deux visions du temps, Sorli et Fiscaletti considèrent une expérience impliquant deux horloges lumineuses. Le mécanisme de tic-tac de chaque horloge consiste en un photon réfléchi dans les deux sens entre deux miroirs, de sorte que le trajet d’un photon d’un miroir à l’autre représente un tic-tac de l’horloge. Les horloges sont disposées perpendiculairement l’une à l’autre sur une plate-forme, l’horloge A étant orientée horizontalement et l’horloge B verticalement. Lorsque la plate-forme est déplacée horizontalement à grande vitesse, alors, selon le phénomène de contraction de la longueur dans l’espace-temps 4D, l’horloge A devrait se rétrécir de sorte que son photon ait un chemin plus court à parcourir, ce qui entraîne un tic-tac plus rapide que celui de l’horloge B.

Mais Sorli et Fiscaletti soutiennent que la contraction de la longueur de l’horloge A et la différence subséquente dans les taux de tic-tac des horloges A et B ne sont pas en accord avec la relativité restreinte, qui postule que la vitesse de la lumière est constante dans tous les référentiels inertiels. Ils affirment que, en gardant la vitesse du photon identique pour les deux horloges, les deux horloges devraient tinter au même rythme sans contraction de longueur pour l’horloge A. Ils démontrent mathématiquement comment résoudre le problème de cette manière en remplaçant l’espace-temps 4D de Minkowski par un espace 3D impliquant des transformations galiléennes pour trois coordonnées spatiales X, Y et Z, et une équation mathématique (formalisme de Selleri) pour la transformation de la vitesse de changement de matière, qui est complètement indépendante des coordonnées spatiales.

Sorli explique que cette idée que les deux horloges à photons tintent au même rythme n’est pas en contradiction avec les expériences d’horloges volantes et autres tests qui ont mesuré la dilatation du temps. Cette différence, dit-il, est due à une différence entre les horloges à photons et les horloges à atomes.

Le rythme des horloges à photons dans les systèmes inertiels plus rapides ne ralentira pas par rapport aux horloges à photons dans un système inertiel au repos parce que la vitesse de la lumière est constante dans tous les systèmes inertiels, a-t-il dit. La cadence des horloges atomiques ralentira parce que la  » relativité  » des phénomènes physiques commence à l’échelle des mésons pi.

Il a également expliqué que, sans contraction des longueurs, la dilatation du temps existe mais d’une manière différente de ce que l’on pense habituellement.

La dilatation du temps n’existe pas dans le sens où le temps, en tant que quatrième dimension de l’espace, se dilate et où, par conséquent, la cadence des horloges est plus lente, a-t-il expliqué. La dilatation du temps signifie simplement que, dans un système inertiel plus rapide, la vitesse de changement ralentit et ceci est valable pour tous les observateurs. Le GPS confirme que les horloges des stations orbitales ont des vitesses différentes de celles des horloges à la surface de la planète, et cette différence est valable pour les observateurs qui se trouvent sur la station orbitale et à la surface de la planète. Ainsi interprétée, la « dilatation du temps » ne nécessite pas une « contraction des longueurs », qui, comme nous le montrons dans notre article, conduit à une contradiction par les horloges lumineuses positionnées différemment dans un système inertiel en mouvement.

Il ajoute que la définition alternative du temps est également en accord avec la notion de temps détenue par le mathématicien et philosophe Kurt Gödel.

La définition du temps comme un ordre numérique de changement dans l’espace remplace le concept vieux de 106 ans du temps comme une dimension physique dans laquelle le changement s’exécute, a déclaré Sorli. Nous considérons que le temps n’est qu’une quantité mathématique de changement que nous mesurons avec des horloges. Ceci est en accord avec la vision du temps de Gödel. En 1949, Gödel avait produit une preuve remarquable : « Dans tout univers décrit par la théorie de la relativité, le temps ne peut exister. Notre recherche confirme la vision de Gödel : le temps n’est pas une dimension physique de l’espace à travers laquelle on pourrait voyager dans le passé ou le futur.

À l’avenir, Sorli et Fiscaletti prévoient d’étudier comment cette vision du temps s’inscrit dans un environnement plus large. Ils notent que d’autres chercheurs ont étudié l’abolition de l’idée d’espace-temps en faveur d’entités spatiales et temporelles distinctes, mais suggèrent souvent que cette perspective est mieux formulée dans le cadre d’un éther, un milieu physique imprégnant tout l’espace. En revanche, Sorli et Fiscaletti pensent que cette idée peut être mieux modélisée dans le cadre d’un vide quantique 3D. Plutôt que de considérer l’espace comme un milieu qui transporte la lumière, la propagation de la lumière est régie par les propriétés électromagnétiques (la perméabilité et la permittivité) du vide quantique.

Nous développons un modèle mathématique où la gravité est le résultat de la diminution de la densité d’énergie d’un vide quantique 3D causée par la présence d’un objet stellaire ou d’un corps matériel donné, a déclaré Sorli. La masse inertielle et la masse gravitationnelle ont la même origine : la diminution de la densité d’énergie d’un vide quantique. Ce modèle donne des calculs exacts pour la précession du périhélie de Mercure comme les calculs de la théorie générale de la relativité.

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