Gravité et écoulement du temps

[invite81a34241]

Bonjour,

Ingénieur en retraite, j’ai toujours été intéressé par l’évolution des connaissances en physique, que j’essaie (tant bien que mal) de suivre.

L’évolution du débat sur la gravité m’a perturbé, car, si , comme le prétend E Verlinde, la gravité n’est qu’une propriété émergente, cela veut dire qu’elle n’a peut être pas de sens au niveau sub-atomique. Mais, par ailleurs, la relativité générale relie le gravité à l’écoulement du temps.

Du coup cela m’a profondément perturbé, car*:

1) que penser de l’écoulement du temps en l’absence de gravité*?

2) Que penser de l’écoulement du temps dans l’expérience de pensée d’Einstein, de l’ascenseur en chute libre qui annule la gravité*; que dit l’horloge atomique*? (car il y a bien un champ de gravité, même si les passagers de l’ascenseur ne le ressentent pas*!
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[mach3]

pour éviter une dispersion voire un passage à la trappe de vos questions, je me permets d'ouvrir un nouveau sujet.
mach3, pour la modération.

[invite81a34241]

(merci). Bon, je sais que poser des questions , c'est plus facile que d'y répondre (d'autant que pour la question 1, il faudrait sans doute la poser à E Verlinde ...).


Si je précise la question 1, le problème est de savoir comment Verlinde fait coexister une gravité "macroscopique" (émergente), et donc le temps qui va avec, avec au même endroit, pas de gravité du tout (donc de temps !), au niveau microscopique

Pour la question 2, je suppose que Einstein dirait que l'horloge dans l'ascenseur , tout comme les passagers, ne ressentant pas la gravité, adopte un temps "gravité zéro". Mais du coup ça soulève alors une autre question, car (je me place en théorie relativiste orthodoxe) si la gravité zéro est associée à un temps G Zéro, celui-ci acquiert alors un statut quelque peu privilégié, et ce, dans tout l'univers, ce qui ne me paraît pas ... très orthodoxe .....

[Sethy]

Je ne suis pas physicien mais j'ai l'impression qu'il y a une mécompréhension de ta part.

Chacun à son temps propre qui s'écoule à la même vitesse. Quel que soit son référentiel, une bougie se consumera exactement à la même vitesse. Même dans un environnement sans gravité, la bougie se consumera exactement à la même vitesse.

Ce qui diffère, c'est la vitesse à laquelle on verra se consumer la bougie des autres et là, c'est fonction des effets relativistes (vitesse relative et gravité).

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite81a34241]

euh ... ce n'est pas ce que j'ai compris du problème : où qu'elle soit, une horloge "est persuadée de battre la seconde", en effet, et un être humain, où qu'il soit, ne remarque rien d'anormal concernant l'écoulement du temps. Il n'empêche que lorsqu'on réunit les deux horloges qui ont eu des destins différents, elles n'indiquent pas la même heure .... (ou les deux individus n'ont pas le même âge (paradoxe des jumeaux))

[Deedee81]

Salut,

Vous dites la même chose Car :

où qu'elle soit, une horloge "est persuadée de battre la seconde"

Justement, c'est ça le temps propre (d'où la remarque de Sethy).

[invite81a34241]

(merci). Bon, je sais que poser des questions , c'est plus facile que d'y répondre (d'autant que pour la question 1, il faudrait sans doute la poser à E Verlinde ...).


Si je précise la question 1, le problème est de savoir comment Verlinde fait coexister une gravité "macroscopique" (émergente), et donc le temps qui va avec, avec au même endroit, pas de gravité du tout (donc de temps !), au niveau microscopique

Je m'attendrai à ce que Verlinde me réponde avec une analogie : regarde la pression, qui est également une grandeur émergente. Je pense que tu ne vois aucun problème à ce qu'elle soit parfaitement définie en un point donné de façon macroscopique, mais qu'elle n'a plus de sens au niveau subatomique AU MEME ENDROIT, puisqu'à ce niveau tu seras bien incapable de la mesurer ou de la définir. Donc : Plus possible de définir la gravité ---> plus possible de définir un temps. Et du coup on retombe sur la thèse de C Rovelli : le temps n'existe pas !

[gts2]

Même dans un environnement sans gravité, la bougie se consumera exactement à la même vitesse.

Cela est un raisonnement de mécanicien, un thermodinamicien dirait probablement tout à fait autre chose, mais vu le cadre (qqch du genre gravité quantique), le thermodinamicien n'a rien à faire là.

[invite81a34241]

Salut,

Vous dites la même chose Car :


Justement, c'est ça le temps propre (d'où la remarque de Sethy).

Bon, j'essaie de formuler un peu différemment (en général, ça aide ...). Il est impossible de définir un temps "absolu" dans l'univers, car chaque horloge en un point donné de l'univers va avancer à un rythme qui dépend du champ de gravité et de l'accélération du lieu où elle se trouve, ce qui rend la synchronisation impossible. Toutefois, on peut parfaitement définir le temps indiqué par une horloge en gravité zéro, et alors ce temps devient quelque part quelque chose "d'absolu", auquel on peut se référer, où que l'on se trouve. Sans bien pouvoir le formuler clairement, je pense que ça a quelque chose à voir avec la question du référentiel galiléen "absolu", non ?

[Deedee81]

Salut,

Bon, j'essaie de formuler un peu différemment (en général, ça aide ...). Il est impossible de définir un temps "absolu" dans l'univers, car chaque horloge en un point donné de l'univers va avancer à un rythme qui dépend du champ de gravité et de l'accélération du lieu où elle se trouve, ce qui rend la synchronisation impossible. Toutefois, on peut parfaitement définir le temps indiqué par une horloge en gravité zéro, et alors ce temps devient quelque part quelque chose "d'absolu", auquel on peut se référer, où que l'on se trouve. Sans bien pouvoir le formuler clairement, je pense que ça a quelque chose à voir avec la question du référentiel galiléen "absolu", non ?

Le problème est justement le "en gravité zéro". Ce n'est évidemment pas impossible, on peut imaginer un univers où la matière serait dans une certaine zone et où très très très loin, l'espace-temps devient quasiment de Minkowski. C'est même une approximation souvent utilisée.

Mais outre que ce n'est pas le cas de l'univers tel que nous l'observons (il est globalement homogène et isotrope, défini par une variété de Friedmann-Lemaître, avec une courbure totale non nulle partout (la courbure spatiale, elle, est proche de zéro)), en plus, tous les observateurs inertiels étant équivalent et le temps relatifs entre ces différents observateurs étant différent, il est impossible de définir un référentiel absolu sauf de manière purement arbitraire.

Notons toutefois que le principe cosmologique (univers homogène et isotrope) permet la définition d'un temps "commun" de référence, c'est le temps cosmologique.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Temps_cosmique
(vrai seulement en première approximation, l'univers n'étant pas homogène à petite échelle)

Concernant la question initiale, même avec un espace-temps émergent (ce qui est tout à fait possible et même probable), cela ne change rien à l'échelle des atomes, des ascenseurs (Einstein), etc....
Tout comme le caractère émergent de la température (qui vient de l'agitation thermique des particules) n'empêche pas de faire de la thermométrie ou comme le caractère émergent des propriétés atomiques (qui viennent des particules et de la mécanique quantique) n'empêche pas de faire de la chimie.

Faire le lien entre tout ça :
espace-temps émergent - relativité générale - relativité restreinte
(et j'oublie en passant la mécanique quantique et la gravité quantique)
peut être assez complexe et nécessite de bien connaitre chaque théorie.

Un exemple. Quel lien y a-t-il entre la relativité générale (donc avec gravité) et la relativité restreinte (donc sans gravité) ? (et donc le temps sans gravité, une de tes questions).
En fait c'est "simple", c'est le principe d'équivalence qui peut se traduire en langage moderne comme :
"En chaque point de la variété espace-temps l'espace-temps tangent est un espace-temps de Minkowski".
Ce qui nécessite de savoir ce que sont les variétés, l'espace-temps de Minkowski, les espaces tangents.... et pourquoi on peut exprimer le principe d'équivalence comme ça.
Ce qui cette fois n'est pas simple du tout.

L'idéal est d'y aller pas à pas en potassant la relativité restreinte (même à un niveau vulgarisé mais alors de haut niveau et très complet), puis la relativité générale, puis la mécanique quantique et là on peut plonger la tête la première dans les marais sombres de la gravité quantique (c'est dans ce domaine là qu'on a cette histoire d'espace-temps émergent).

[invite81a34241]

Merci ! je vais essayer de méditer ça ...

[invite81a34241]

c'est vrai qu'avec l'expansion de l'univers, la notion de référentiel galiléen en prend un coup, là ..... Je note que la notion d'espace-temps émergent (donc incluant temps, gravité, etc ...) vous semble probable (à moi aussi). Il reste quand même à caractériser à partir de quel moment ça émerge, sachant que la frontière risque d'être floue ... sacré travail en perspective .....

[Deedee81]

Il reste quand même à caractériser à partir de quel moment ça émerge, sachant que la frontière risque d'être floue ... sacré travail en perspective .....

C'est clair que ce n'est pas évident :
- Non seulement ça dépend des théories de gravité quantique (et il y en a de nombreuses)
- Non seulement ces théories sont non validées
- Mais en plus c'est très compliqué

Ce que je connais le mieux est la gravité quantique à boucles. Là, la structure fondamentale est représentée par les réseaux de spin : https://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9seau_de_spin
Et les grandeurs géométriques (surface, volume,....) sont quantifiés (l'opérateur longueur/durée est mal défini mais "faisons comme si"), elles sont représentées par des opérateurs avec un spectre. Typiquement pour la longueur/durée on a un spectre qui commence à la longueur/durée de Planck. Donc trèèèèèèèèèès petit (même par rapport aux dimensions caractéristiques en physique des particules, comme avec le LHC : de l'ordre du milliardième de milliardième de mètre). Et le spectre a tendance à se "resserrer" assez vite (un peu comme le spectre de l'énergie d'un électron dans un atome). Après quelques dizaines de fois la longueur/durée de Planck on a spectre quasiment continu.

De plus, les réseaux de spins sont "atemporels", pour avoir un temps distinct il faut passer aux mousses de spin (ce qui d'ailleurs pose encore des difficultés techniques).
Enfin, au niveau "big bang", il existe plusieurs modèles (et j'aime beaucoup celui avec une émergence se caractérisant comme une transition du second ordre avec le temps macroscopique comme paramètre d'ordre. Ce n'est pas le modèle le plus populaire). Je n'ai même pas de référence (j'avais juste vu évoqué ce modèle dans une synthèse d'un des grands symposiums sur les boucles il y a une vingtaine d'années).


On a donc une émergence du temps mais trèèèèèès très loin de toute possibilité actuelle de vérification expérimentale. A l'échelle habituelle, même en physique atomique, l'espace et le temps sont continus et se comportent comme les disent les théories habituelles (physique classique, relativité restreinte, relativité générale).

Et la partie plus "fondamentale" est encore assez mal comprise (et encore moins validée).

[invite81a34241]

Mes connaissances ne me permettent pas de vous suivre sur tous ces points. Mais je remarque que selon les propriétés physiques, l'émergence ne se situe pas au même moment (par exemple, la pression ou la température cessent de perdre un sens bien avant la longueur de Planck). Le fait que le temps perde un sens peut je pense résoudre certains paradoxes le la physique quantique (les questions sur la vitesse ou la position n'ont plus de sens). J'aime bien l'approche relationnelle de Rovelli sur ces sujets (même s'il reste en effet à expliquer d'où sort la vitesse constante de la lumière ...).

Je ne sais pas si c'est autorisé sur ce site (on verra bien ...), je me permets un peu de pub sur un roman de science-fiction dont je suis l'auteur (gratuit dans le monde Apple, sinon me demander le PDF ...).
########## non, désolé, indique le dans ton profil (mais pas dans la signature !!!!)

[Deedee81]

je remarque que selon les propriétés physiques, l'émergence ne se situe pas au même moment (par exemple, la pression ou la température cessent de perdre un sens bien avant la longueur de Planck).

En effet. Tout dépend des grandeurs, des mécanismes....

Le fait que le temps perde un sens peut je pense résoudre certains paradoxes le la physique quantique (les questions sur la vitesse ou la position n'ont plus de sens).

Aurais-tu une idée des paradoxes en question ? (en principe il n'y a pas de paradoxe sauf "mauvaise interprétation").

J'aime bien l'approche relationnelle de Rovelli sur ces sujets

Moi aussi. Mais attention, ce n'est qu'une interprétation de la mécanique quantique donc par définition non réfutable (par l'expérience).

(même s'il reste en effet à expliquer d'où sort la vitesse constante de la lumière ...).

Ah tiens, toi aussi tu t'es fait cette réflexion

Personnellement, j'aime bien l'interprétation des états relatifs :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9orie_d%27Everett
ou mieux : https://plato.stanford.edu/entries/qm-everett/

Mais la version dire "théorie nue", sans l'ontologie des mondes multiples (que je n'aime pas pour diverses raisons). Et je complète ça d'une analyse relationnelle "à la Rovelli" mais en rejetant le conté trop positiviste de Rovelli, j'admets l'existence d'un "observateur global théorique" auquel correspond l'espace d'états (espace de Hilbert) de tout l'univers (une hérésie dans l'approche de Rovelli pure et dure).

Ouppppppppps, non, pas de pub ici ! Strictement interdit, même non commerciale !!!!

[invite81a34241]

Puisqu'on est dans la pub (enfin, moi ..) je me permets de recommander l'ouvrage de Gabriel Chardin "l'insoutenable gravité de l'univers". ouvrage remarquable, qui donne , outre une perspective historique, l'état des connaissances (considérées comme acquises) , mais aussi ce qui relève de la spéculation.

L'auteur penche pour une explication par l'antimatière de l'expansion de l'univers (ceci étant suspendu aux résultats de l'expérience GBAR sur le caractère répulsif de l'interaction matière-antimatière). Le chapitre sur le principe de Mach est également fascinant ....

[Zefram Cochrane]

même s'il reste en effet à expliquer d'où sort la vitesse constante de la lumière.

Bonjour peut-être un élément de réponse à cette question:
Si on prend comme définition de base qu'une vitesse la distance parcourue par un mobile en une durée. Vu qu'il y a deux durées possibles durée propre et durée coordonnées nous avons donc deux définition de vitesse possible.
Pour distance parcourue en une durée coordonnée cela correspond pour la lumière, cela correspond à la vitesse de la lumière c.
Pour la distance parcourue en une durée propre cela correspond à la célérité qui est égale au facteur de Lorentz multiplié par la vitesse coordonnée.
Or la célérité de la lumière est oo, ce qui veut dire que la célérité de la lumière est indéterminée, d'où la vitesse coordonnée c= 1s.l/s d'où la constance de la vitesse de la lumière.

[Deedee81]

Gabriel Chardin "l'insoutenable gravité de l'univers"

Je ne connaissais pas. J4ai été jeter un oeil, m'a l'air très bien

Bonjour peut-être un élément de réponse à cette question:

Je ne suis pas d'accord avec ton explication. Tu parles de durées propres et de durées coordonnées, tu te places donc d'emblée dans un cadre théorique. Les présupposés de ce cadre risquent de se morder la queue.

Je m'étais déjà étendu sur la question de "c" constant, on doit pouvoir retrouver ça dans les archives.

Mais attention, c'est de toute façon hors sujet car la question de umrk se posait dans un contexte bien précis : l'interprétation relationnelle de Rovelli dans laquelle toute "propriété universelle" est proscrite (et dans ce cas comment expliquer l'existence des "constantes" ????)

[Sethy]

Bon, j'essaie de formuler un peu différemment (en général, ça aide ...). Il est impossible de définir un temps "absolu" dans l'univers, car chaque horloge en un point donné de l'univers va avancer à un rythme qui dépend du champ de gravité et de l'accélération du lieu où elle se trouve, ce qui rend la synchronisation impossible.

Ton erreur se situe ici. Ce que tu écris n'es pas exact.

En effet, son battement n'est en aucun cas influencé par la champ de gravité ou l'accélération (et d'ailleurs, l'accélération, par rapport à quoi ? son propre référentiel ?). Il bat à sa propre vitesse, point.

C'est en comparaison avec d'autres horloges qu'il y a des décalages, dont l'ampleur s'explique par l'accélération et la gravité.

Une bonne manière de s'en convaincre est de raisonner "par l'absurde". Si on admet en effet que le temps propre (le temps que met la bougie à se consumer) est le même partout, et que la gravité locale influe sur ce temps, alors elle doit influer 2x. Une fois dans un sens et une fois dans l'autre pour se compenser exactement puisque la bougie se consume dans la même laps de temps.

[invite81a34241]

le temps que met la bougie à se consumer) est le même partout, ...

.

ça c'est ce que tu affirmes (implicitement, je pense, parce qu'un observateur de cette bougie mesurera le même temps, ce qui ne prouve rien, puisqu'il est lui-même assujetti à ce temps local ...

[Sethy]

ça c'est ce que tu affirmes (implicitement, je pense, parce qu'un observateur de cette bougie mesurera le même temps, ce qui ne prouve rien, puisqu'il est lui-même assujetti à ce temps local ...

Tout à fait. Mais s'il compare avec une horloge, avec le temps que prend la cuisson d'un oeuf, avec celui de la cuisson de pâtes, tout sera totalement cohérent et ce même, à l'aune de la durée de sa propre existence.

Les temps de cuisson du livre de cuisine restent valable dans tous les référentiels, tout comme les minuteries de cuisine.

On peut évidemment faire tout les raisonnements sur ce qu'on ne peut pas mesurer et inventer toutes les théories dont les effets s'annulent au point de se compenser exactement, mais alors on fait plus de la métaphysique que de la physique.

[Deedee81]

Croisement avec Sethy.

ça c'est ce que tu affirmes (implicitement, je pense, parce qu'un observateur de cette bougie mesurera le même temps, ce qui ne prouve rien, puisqu'il est lui-même assujetti à ce temps local ...

Mais oui, mais c'est ça qu'il dit.

Localement, le temps s'écoule partout de la même manière. Si je comparer mes battements de coeur à ma montre etc.... Tout va concorder.

Ce n'est qu'en comparant le temps à deux endroits différents qu'on voit des écarts.
Notons qu'on ne peut le faire que, soit par échange de signaux (lumineux, radios,...) soit par rencontre et comparaison directe.

Dans ce cas on a deux effets :
- L'effet typique en relativité restreinte, chacun voit l'autre "aller plus lentement" (l'horloge va plus lentement). C'est réciproque. C'est d'ailleurs lié au principe de relativité.
Notons que cet effet existe aussi en RG évidemment.
- L'effet gravitationnel, non réciproque. Celui qui est en gravité faible voir l'autre aller plus lentement et celui en gravité forte voir l'autre aller plus vite.
C'est une conséquence de la conservation de l'énergie (redshift et blue shift pour des rayons lumineux sortant ou entrant dans le puits de potentiel gravitationnel).
Le cas du redshift cosmologique est en fait analogue.

Les deux peuvent se décrire de manière unifiée à l'aide des trajectoires dans l'espace-temps courbe. Mais la séparation en deux est plus facile à comprendre.

[invite81a34241]

Plutôt que "le temps que met la bougie à se consumer) est le même partout", formulation qui laisse entendre l'existence d'une mesure absolue du temps dans tout l'univers, je dirais "tout observateur, où qu'il se trouve, mesure un même temps de combustion local"; Ce n'est pas pareil !

[Sethy]

Plutôt que "le temps que met la bougie à se consumer) est le même partout", formulation qui laisse entendre l'existence d'une mesure absolue du temps dans tout l'univers, je dirais "tout observateur, où qu'il se trouve, mesure un même temps de combustion local"; Ce n'est pas pareil !

OK, la formulation était maladroite, mais l'important n'était pas là.

[Deedee81]

C'est vrai qu'avec l'habitude on peut manquer de précision, je ne m'en étais pas rendu compte non plus. Mais je crois qu'on s'est compris

[invite81a34241]

= on a des observateurs qui aboutissent, où qu'ils se trouvent, au même résultat de mesure, mais tous avec une unité de temps différente !

[Deedee81]

= on a des observateurs qui aboutissent, où qu'ils se trouvent, au même résultat de mesure, mais tous avec une unité de temps différente !

Excuse-moi, mais là je ne pige pas. Tout le monde utilise les unités S.I. (bon, c'est vrai qu'elles ont variés au cours du temps, mais à une époque donnée tout le monde utilise les mêmes unités).

[invite81a34241]

je veux dire par là q'une "seconde" à un endroit n'est pas la même "seconde" à un autre endroit

(je suis très surpris de toute cette discussion, ,elle revient à nier la contraction des longueurs en relativité restreinte. En relativité restreinte, le "mètre" raccourcit, et pourtant c'est toujours localement un mètre, c'est ça que je veux dire)

[Deedee81]

je veux dire par là q'une "seconde" à un endroit n'est pas la même "seconde" à un autre endroit
(je suis très surpris de toute cette discussion, ,elle revient à nier la contraction des longueurs en relativité restreinte. En relativité restreinte, le "mètre" raccourcit, et pourtant c'est toujours localement un mètre, c'est ça que je veux dire)

Attention, si tu veux dire qu'en comparant à distance ils vont obtenir des résultats différents, alors oui.

Si tu veux dire "dans l'absolu", c'est non. Ainsi, la seconde (ou le mètre) sont basés sur des procédures physiques réalisées localement (en principe (*) ) et qui sont les mêmes partout.

Et c'est basé sur un principe fondamental :
Le principe de relativité qui dit que tous les référentiels sont équivalents (les inertiels en RR, tous en RG).
Et ce principe est logique car en gros il revient à dire que peu importe le système de coordonnées qu'on choisit (ou le système de référence), ce choix est humain et la physique ne doit pas en dépendre.
En RR c'est évident, en RG c'est plus délicat et se traduit par ce qu'on appelle l'invariance par difféomorphisme (et c'est pas trivial, même Einstein s'était planté au début )

Donc si dans un référentiel on crée un étalon de temps par la procédure X, peu importe le référentiel, c'est toudi la même unité.

(*) en pratique on passe par des unités secondaires, c'est plus facile. Par exemple un mètre ruban est construit avec un étalon en métal lui-même obtenu par copie d'un étalon national lui-même construit à partir des procédures définies par le Bureau des Poids de Mesures.

[Sethy]

je veux dire par là q'une "seconde" à un endroit n'est pas la même "seconde" à un autre endroit

Avant de comparer des situations entre elles, tu dois clarifier, le point de vue isolé.

Isolément, il n'y a pas de contraction du temps, des longueurs, etc. La gravité n'a aucun effet, l'accélération (par rapport à quoi ?) non plus.

Cuire un oeuf prend exactement (pour peu qu'on regarde sur une minuterie à côté de la casserole) exactement 10 minutes partout (à l'intérieur du concorde, de la navette, sur terre, sur la lune, etc. bon évidemment à condition d'avoir une pression d'1 atmosphère pour que l'eau bouille à 100°C).

"Localement", la physique est la même partout.

Est-ce que ça, c'est clair ?