Définition de l'espace et du temps

[Galuel]

Bonjour tout le monde...

Je voudrais discuter des définitions fondamentales physiques de l'espace et du temps... Actuellement je cite la définition Wikipedia :

"la seconde est définie comme égale à 9 192 631 770 périodes de la radiation de transition entre les deux niveaux hyperfins d'énergie de l'état fondamental de l'atome de césium 133; elle sert de base à la définition de l'unité d'espace (le mètre, défini comme distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458 seconde)."

Il me semble, pour être tout à fait précis, que cette définition pose un véritable problème fondamental très important. Si l'atome de césium 133 est établi aujourd'hui, qu'en est-il de la période d'espace-temps où il n'existe pas encore ? Si je considère Tc = le moment où apparaît dans ce que j'appellerais "l'Univers causalement observable" (l'Univers Observable + les hypothèses raisonnablement acceptable quand à sa forme et ses constituants causaux dans le passé), le premier atome de Cesium 133, comment est alors défini le temps avant Tc ?

J'imagine alors la chose suivante : Si le Cesium 133 n'existe pas au moment étudié, alors je peux par exemple étudier l'atome d'Hydrogène H, et SI je considère PH une "période de radiation de transition" particulière de H, dont je connais le rapport PH / (PC133 = celle du Cesium 133), je peux alors recaler mon horloge de référence sur H à ces moments là.

Toutefois, ça pose le problème fondamental de savoir si ce rapport PH / PCs133 est indépendant de l'évolution de l'espace temps, ce qui n'a de sens que lorsque H et Cs existent simultanément dans l'Univers.

Mais par ailleurs je peux formuler la même remarque pour tous les éléments. En effet pourquoi considérer PH, et pas PAu, PAg, PCu ou toute période de radiation de transition de tout élément, dont on sait qu'ils n'existent dans l'Univers simultanément qu'aujourd'hui, et qu'ils se sont constitués de façon progressive au fur et à mesure que l'Univers a évolué.

Il n'y a donc que dans la mesure où l'ensemble de ces rapports PH / PCs133 , PAu/PCs133, PAg/Pcs133, sont stables pour toute mesure effectuée lors de leur existence simultanée, que je peux dire raisonnablement, que si l'un quelconque de ces éléments existe, alors je peux définir une horloge cohérente, sur laquelle me base pour exprimer des causalités phénoménales non seulement au temps présent, mais pour toute causalité antérieure que raisonnement m'amène à découvrir et à extrapoler.

Et étant donné ce raisonnement, cette conclusion ne m'apparaît pas vraisemblable. Qu'en pensez-vous ?
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[Deedee81]

Salut,

(l'Univers Observable + les hypothèses raisonnablement acceptable quand à sa forme et ses constituants causaux dans le passé), le premier atome de Cesium 133, comment est alors défini le temps avant Tc ?

C'est une définition opératoire, pour les horloges. Et il va de soit qu'avant cette date les horloges n'existaient pas

Par contre, ce qui n'est pas indiqué dans cette définition est que la mesure du temps est un processus de comparaison. On compare le temps écoulé sur une horloge avec celui mis par un phénomène physique qui est étudié.

Par conséquent, TOUT processus physique quel qu'il soit peut servir d'indicateur de l'écoulement du temps. Et ça, ça marche avant Tc. Comme tu l'as remarqué en parlant d'utiliser d'autres atomes.

Mais (cela ressort de tes remarques), il faut être sûr que les phénomènes physiques se déroulent de la même manière à toute époque. Bref, il faut être sûr que le paramètre t, purement formel dans les équations, correspond bien à ce qui serait mesursé si on pouvait le faire.

Mais ça, justement, c'est ce que traduisent nos lois physiques (puisqu'elles sont basées sur cette hypothèse) et c'est donc vérifié par les conséquences de ces lois appliquées au monde réel. Par exemple, en appliquant les calculs de nucléosynthèse à l'univers primordial, on a pu calculer l'abondance des éléments dans l'univers et le vérifier par l'observation. Ce n'est qu'un exemple mais ça montre que la physique nucléaire, et donc les atomes, les particules, ça marchait à cette époque de la même manière que maintenant.

Note que ce raisonnement à une limite. Quid de la période de Planck où mêmes les notions de distances et de durées deviennent floues (mécanique quantique) ? Comment alors définir le temps dans ces conditions ? Personne ne le sait encore avec certitude.

[Galuel]

Mais ça, justement, c'est ce que traduisent nos lois physiques (puisqu'elles sont basées sur cette hypothèse) et c'est donc vérifié par les conséquences de ces lois appliquées au monde réel. Par exemple, en appliquant les calculs de nucléosynthèse à l'univers primordial, on a pu calculer l'abondance des éléments dans l'univers et le vérifier par l'observation. Ce n'est qu'un exemple mais ça montre que la physique nucléaire, et donc les atomes, les particules, ça marchait à cette époque de la même manière que maintenant.

Note que ce raisonnement à une limite. Quid de la période de Planck où mêmes les notions de distances et de durées deviennent floues (mécanique quantique) ? Comment alors définir le temps dans ces conditions ? Personne ne le sait encore avec certitude.

Sans aller jusqu'à la période de Planck, il n'est pas logique de dire que les Lois étant basées sur l'hypothèse d'une "permanence" des rapports de périodes, et donc d'une définition du temps "indépendante" de l'événement observé, on peut calcul l'abondance des éléments, ce qui est vérifié par l'expérience... Ce n'est pas transitif ! Disons que c'est acceptable en première analyse.

Par ailleurs on sait justement qu'il y a un changement de période relativement à deux éléments de même nature, placés en des champs gravitationnels différents, ou filant à des vitesses différentes selon l'observateur. L'interprétation qui en est faite est une modification de la structure même de l'espace temps pour ce qui est de la différence gravitationnelle, et seulement du "temps propre" pour ce qui est de la vitesse. Dans un cas on en déduit une déformation du référentiel global lui même, et dans l'autre une déformation d'une caractéristique de l'élément, qui pourtant est considérée comme une variable globale : le temps.

Il y a là quelque chose de paradoxal, et pour tout dire de fondamentalement incorrect. Soit le temps est une variable globale, et dans ce cas on ne devrait pas observer ce phénomène, soit il a AUSSI une dimension locale individualisée (selon la vitesse, qui est définie selon la dimension globale du temps), et dans ce cas il y a deux dimensions au temps, globale et locale, qui ne sont pas forcément en phase selon le mouvement ou la température (qui est aussi un mouvement aléatoire local plus ou moins rapide).

Or ceci n'est visiblement pas du tout constant selon les modèles actuellement acceptables, si l'on considère les conditions à la fois globale et locales de l'évolution de l'Univers. Et il est alors logique d'envisager que selon ces conditions particulières, les éléments présents dans l'Univers, au moment où ils apparaissent (par exemple en fusion dans les étoiles), et au moment où ils sont observables à postériori, les rapports sur lesquels on se base pour définir le temps, subissent des variations très importantes, localement, mais aussi globalement.

[Deedee81]

Tout ça est exact.

Mais c'est inclut dans les théories et on en tiens compte dans les calculs (par exemple, les travaux théoriques sur les inhomogénéités de l'univers primordial se chiffrent par centaines) et les observations (WMAP par exemple).

De plus, tout cela ne change rien à la définition initiale puisqu'elle est opératoire et elle ne change pas non plus la généralisation que j'ai donné qui est justement assez générale pour inclure les cas que tu disputes.

Donc, je ne vois pas où est le problème.

Ah oui, un détail, tu disais "acceptable en première analyse" (à propos de la vérification expérimentale des prédictions). Mais oui ! Et sur ce forum ça doit s'arrêter là puisque le but de la physique est d'établir des théories validées par l'expérience et l'observation. Et donc, si tu veux aller au-delà, tu n'es plus dans le domaine de la physique mais plutôt celui de la métaphysique ou de la philosophie. Ce n'est pas un tort mais si (d'aventure) c'est cet aspect là qui t'intéresse il serait sans doute préférable d'aller sur un forum de philosophie où tu trouveras les gens vraiment qualifié dans ce domaine. J'ai bien dit SI c'est cela qui t'intéresse, hein ?, je n'essaie pas de t'éjecter

[A voir en vidéo sur Futura]

[mariposa]

Tout ça est exact.

Mais c'est inclut dans les théories et on en tiens compte dans les calculs (par exemple, les travaux théoriques sur les inhomogénéités de l'univers primordial se chiffrent par centaines) et les observations (WMAP par exemple).

De plus, tout cela ne change rien à la définition initiale puisqu'elle est opératoire et elle ne change pas non plus la généralisation que j'ai donné qui est justement assez générale pour inclure les cas que tu disputes.

Donc, je ne vois pas où est le problème.

Ah oui, un détail, tu disais "acceptable en première analyse" (à propos de la vérification expérimentale des prédictions). Mais oui ! Et sur ce forum ça doit s'arrêter là puisque le but de la physique est d'établir des théories validées par l'expérience et l'observation. Et donc, si tu veux aller au-delà, tu n'es plus dans le domaine de la physique mais plutôt celui de la métaphysique ou de la philosophie. Ce n'est pas un tort mais si (d'aventure) c'est cet aspect là qui t'intéresse il serait sans doute préférable d'aller sur un forum de philosophie où tu trouveras les gens vraiment qualifié dans ce domaine. J'ai bien dit SI c'est cela qui t'intéresse, hein ?, je n'essaie pas de t'éjecter

Tout cela est très bien dit et donc que je co-signe ce texte sans aucune réserve.

Mariposa

le vendredi 7 mai 2010 13H24 heure GMT

[Galuel]

Mais dans ce cas il faut considérer 5 dimensions, dont deux de temps, dont une globale et l'autre locale, et ça change fondamentalement l'approche même de la causalité.

Et ça n'apparaît pas telles que les théories sont présentées, en tout cas ni dans la RG, ni dans la MQ, peut-être dans la théorie des cordes mais je ne connais pas les concepts.

[Deedee81]

Mais dans ce cas il faut considérer 5 dimensions, dont deux de temps, dont une globale et l'autre locale, et ça change fondamentalement l'approche même de la causalité.

Ca ne correspond pas vraiment au concept de dimension en physique et math Mais, oui, ça change totalement l'approche de la causalité et en RG c'est même particulièrement délicat (et on peut même avoir des inconsistances, voir l'exemple type : l'univers de Godel, il est dans Wikipedia).

Et ça n'apparaît pas telles que les théories sont présentées, en tout cas ni dans la RG, ni dans la MQ, peut-être dans la théorie des cordes mais je ne connais pas les concepts.

Heu.... Pas sur d'avoir pigé le sens de la phrase.

Si si, ça apparait en RG, sauf que tu n'utilises pas le mot "dimension" dans le même sens (en physique c'est le nombre de coordonnées nécessaires pour repérer sans ambiguité un événement, sans plus, et en RG il y en a quatre, tout comme en physique classique, même si on peut définir un temps local et, par exemple, un temps cosmologique. A noter que ce dernier n'existe qu'en présence de symétries globales particulières).

Bon weed end à tous,

[Galuel]

Ca ne correspond pas vraiment au concept de dimension en physique et math Mais, oui, ça change totalement l'approche de la causalité et en RG c'est même particulièrement délicat (et on peut même avoir des inconsistances, voir l'exemple type : l'univers de Godel, il est dans Wikipedia).

La dimension est bien un axe de "liberté"...

L'exemple type est celui-ci : la température, ou bien encore on imagine un élément tournant très vite sur un très petit espace. Selon la température ou la vitesse de cet élément, il parcourra sa "ligne d'Univers" plus ou moins vite. Il y a bien là un axe de liberté supplémentaire aux 4 dimensions d'espace et de temps "globaux". Et seul un élément considéré comme parfaitement immobile à une température donné aura un temps propre parfaitement égal au temps global.

C'est donc un choix purement conceptuel que de dire que l'objet est à une certaine température, ou a une certaine vitesse, ou de dire qu'il se déplace selon une cinquième dimension, et qu'on ne voit donc que sa projection.

Si si, ça apparait en RG, sauf que tu n'utilises pas le mot "dimension" dans le même sens (en physique c'est le nombre de coordonnées nécessaires pour repérer sans ambiguité un événement, sans plus, et en RG il y en a quatre, tout comme en physique classique, même si on peut définir un temps local et, par exemple, un temps cosmologique. A noter que ce dernier n'existe qu'en présence de symétries globales particulières).,

Il me semble donc bien justement que l'ambiguïté persiste pour qualifier "l'événement" si je ne précise pas quel temps propre lui est associé. Selon le type d'événement j'ai alors affaire à une pure projection instantanée, ou bien à une ligne d'Univers comobile avec l'observateur (dans le cas temps propre = temps global).

[doul11]

bonsoir,

La dimension est bien un axe de "liberté"...

L'exemple type est celui-ci : la température

a ce compte là on peut rajouter l'hygrométrie, le vent, ...

qu'est-ce que la température ? ni plus ni moins qu'un déplacement de particules dans l'espace et le temps : Température, tout ce qui ce passe au niveau macroscopique s'explique avec 4 dimensions, dans l'infiniment grand aussi, et dans l'infiniment petit sûrement aussi, sinon je me demande pourquoi les physiciens qui travaillent sur les théories des cordes ce donne du mal pour compactifiée des théories a 11 dimensions ?

[Galuel]

qu'est-ce que la température ? ni plus ni moins qu'un déplacement de particules dans l'espace et le temps : Température, tout ce qui ce passe au niveau macroscopique s'explique avec 4 dimensions, dans l'infiniment grand aussi, et dans l'infiniment petit sûrement aussi, sinon je me demande pourquoi les physiciens qui travaillent sur les théories des cordes ce donne du mal pour compactifiée des théories a 11 dimensions ?

C'est effectivement un déplacement dans l'espace et le temps selon une description causale particulière, définie dans un repère à 4 dimensions.

Si par contre je la décris comme une observation dans un espace à 5 dimensions entre l'observateur et son objet d'observation, je décris une causalité différente, où je dois tenir compte non plus d'une vitesse 4-dimensionnelle, mais d'une vitesse 5-dimensionnelle comprenant 4 dimensions globales et une locale.

Exactement comme si au lieu d'avoir des plans superposés pour décrire l'Univers, je définis un enchevêtrement de courbes unidimensionnelles finies, ayant un début et une fin et qui correspondent à l'Histoire de vie de l'objet considéré. Les plans ne sont alors plus que la manifestation d'une projection 4 dimensionnelle de cet espace de courbes finies.

[doul11]

bonjour,

oui, d'un point de vue mathématique on peut construire des espace avec autant de dimensions que l'on veut, mais quelle est l'utilité de rajouter une 5éme dimension, alors que 4 suffisent ?

[invite6754323456711]

bonjour,

oui, d'un point de vue mathématique on peut construire des espace avec autant de dimensions que l'on veut, mais quelle est l'utilité de rajouter une 5éme dimension, alors que 4 suffisent ?

Ce semble très technique. Un point de vue 10-Chapitre 7 Relativité à 5 dimensions p.387-464

Patrick

[doul11]

merci, mais ce document ne m'est pas accessible a cause de mon niveau en mathématiques (aucune connaissance en topologie)

[invite6754323456711]

(aucune connaissance en topologie)

C'est plus un cas particulier de la topologie, a savoir les variétés différentiables. Il s'agit de variétés sur lesquelles il est possible d'effectuer les opérations du calcul différentiel et intégral.

Une variété différentielle se définit d'abord par la donnée d'une variété topologique, espace topologique localement homéomorphe à l'espace euclidien . Les homéomorphismes locaux sont appelés cartes et définissent des systèmes de coordonnées locales. La structure différentielle est définie en exigeant certaines propriétés de régularité des applications de transition entre les cartes. Cette structure permet par exemple de donner une définition globale de la notion d'application différentiable.

Patrick