Des physiciens confirment que le temps avance même dans le monde quantique

Pour la première fois, une expérience a confirmé que les lois de la thermodynamique s’appliquent même au niveau quantique – ce qui signifie que même dans le monde quantique, vous ne pouvez pas renverser ce verre de lait.

Si le temps s’écoule comme il le fait dans notre vie quotidienne, c’est à cause de la deuxième loi de la thermodynamique, qui stipule qu’avec le temps, tous les systèmes deviennent plus désordonnés, ou augmentent en entropie. Et ce processus est irréversible, c’est pourquoi le temps ne fait qu’avancer. Mais les physiciens théoriques avaient prédit qu’au niveau quantique, le processus pourrait aller dans les deux sens.

En effet, lorsqu’il s’agit de très, très petites particules, les lois de la physique, comme l’équation de Schrödinger, sont “symétriques dans le temps” ou réversibles. “En théorie, les processus microscopiques en avant et en arrière sont indiscernables”, écrit Lisa Zyga pour Phys.org.

Aujourd’hui, des physiciens dirigés par l’Université fédérale de l’ABC au Brésil ont réalisé une expérience qui confirme que ces théories ne correspondent pas à la réalité, les processus thermodynamiques restant irréversibles même dans les systèmes quantiques. Mais ils ne comprennent toujours pas pourquoi c’est le cas.

“Notre expérience montre la nature irréversible de la dynamique quantique, mais ne permet pas d’identifier, de manière expérimentale, ce qui la provoque au niveau microscopique, ce qui détermine l’apparition de la flèche du temps”, a déclaré à Phys.org l’ un des chercheurs, Mauro Paternostro, de l’université Queen’s en Irlande. “Y répondre permettrait de clarifier la raison ultime de son émergence”

Alors comment faire pour tester les lois de la thermodynamique dans un système quantique ? En gros, les scientifiques doivent pouvoir mettre en place un système quantique isolé et observer l’inversion d’un processus naturel – ce qui est plus délicat qu’il n’y paraît.

Pour cette expérience, les chercheurs ont utilisé un groupe d’atomes de carbone-13 dans du chloroforme liquide, et ont inversé leurs spins nucléaires à l’aide d’un champ magnétique oscillant. Ils ont ensuite utilisé une autre impulsion magnétique pour inverser à nouveau les spins.

“Si la procédure était réversible, les spins seraient revenus à leur point de départ, mais ce ne fut pas le cas”, écrit Zyga.

Au lieu de cela, ils ont constaté que les impulsions magnétiques alternées étaient appliquées si rapidement que, parfois, le spin des atomes ne pouvait pas suivre, ce qui a conduit à un déséquilibre du système isolé.

Les physiciens ont confirmé qu’après l’expérience, l’entropie augmentait effectivement, ce qui montre que le processus thermodynamique était irréversible, quelle que soit la taille des particules concernées.

Tout cela signifie essentiellement que la flèche du temps à sens unique existe même pour les plus petites particules de l’Univers, défiant les lois microscopiques de la physique. Et cela suggère que quelque chose d’autre est impliqué pour empêcher les systèmes quantiques d’être réversibles.

Les physiciens cherchent maintenant à découvrir ce que c’est, et ils pensent que cette nouvelle vision des systèmes quantiques pourrait contribuer à faire avancer la marche vers les ordinateurs quantiques et autres dispositifs quantiques.

“Tout progrès vers la gestion des processus thermodynamiques à temps fini au niveau quantique est un pas en avant vers la réalisation d’une thermo-machine à part entière, capable d’exploiter les lois de la mécanique quantique pour surmonter les limites de performance des dispositifs classiques”, a déclaré Paternostro.

Pour l’instant, nous pouvons retenir de ces recherches que nous ne pouvons pas reculer dans le temps, même si nous le souhaitons. Le passé est vraiment passé… même à l’échelle atomique.

Les recherches ont été publiées dans Physical Review Letters.