Dans le bon sens

[jojo17]

Bonjour,
Le principe de causalité implique t-il forcément une flèche du temps ?

Merci,
Bonne journée.
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[ThM55]

C'est une question qui peut être piégeuse car elle mélange des considérations physiques et une longue tradition philosophique qui peut être en contradiction avec ce que la physique moderne nous dit. Je vais essayer d'y répondre dans le cadre de la physique. N'hésitez pas à critiquer ma réponse, elle est sûrement imparfaite.

Le principe de causalité dit que "la cause précède l'effet". Par sa formulation même, qui contient le verbe précéder, il suppose un ordonnancement dans le temps. Mais il suppose aussi qu'on puisse clairement distinguer ce qui est une cause et ce qui est un effet. Or, ces deux notions (ordre dans le temps et cause+effet) disparaissent dans les lois fondamentales, qu'elles soient classiques ou quantiques. Ce sont des notions qui relèvent des conditions initiales et de conventions.

Un exemple est donné par les phénomènes de diffusion, ou de déviation par une force: un corps A (astéroïdes, noyau atomique, ...) approche d'un autre, B, qui est initialement au repos. Au départ ils sont très éloignés l'un de l'autre et n'exercent l'un sur l'autre qu'une force négligeable, donc ils vont en ligne droite à vitesse constante. Mais quand A s'approche de B, il exerce une force sur B et le met en mouvement. Mais B exerce aussi une force sur A, ce qui cause une modification de sa trajectoire. Quel est l'effet et quelle est la cause? Ce n'est pas évident. D'ailleurs si je raisonne en terme de relativité des repères inertiels, je peux en choisir un autre dans lequel c'est A qui est immobile au départ et B est en mouvement inertiel. Ce n'est donc pas l'état initial de mouvement ou de repos qui détermine la cause ou l'effet. De plus, les lois du mouvement sont réversibles sous le renversement du temps t->-t (transformation T ; en réalité c'est le produit CPT qui est invariant: C=conjugaison de charge, P=parité, mais si l'interaction est électromagnétique ou gravitationnelle et qu'elle n'implique pas des antiparticules, C et P sont conservées séparément et donc T aussi). Cela montre qu'on ne peut pas dans cette situation séparer l'effet de la cause, ni les ordonner dans le temps.

Mais si je formule la question d'une manière légèrement différente, cela devient possible: je pars de la situation initiale où j'ai un corps B, un noyau atomique, immobile. Il n'y a pas d'autre noyau en mouvement, mais B est dans la cible d'un accélérateur d'ions. A l'instant t=0, j'allume l'accélérateur d'ions qui projette un autre noyau A vers B. Cela met B en mouvement. La différence c'est que j'ai mis en œuvre une action sur un système macroscopique, l'accélérateur de particules (avec sa source d'énergie, la montée en tension, etc). Le système global est causal: c'est mon action d'allumer l'accélérateur qui a causé l'effet, la mise en mouvement du noyau B. Le noyau B ne s'est pas mis en mouvement en prévision de mon action. Mais ce n'est pas le principe de causalité qui a implique la flèche du temps dans cette situation, c'est le contraire: macroscopiquement, le temps a une direction, c'est ce qui implique que ce qu'on peut identifier comme une cause doit précéder ce qu'on peut identifier comme un effet. Du point de vue de la thermodynamique ou de la physique statistique, l'accélérateur de particules éteint était proche de l'état d'équilibre. Le fait de le mettre sous tension l'a fait s'éloigner de cet état d'équilibre et c'est cela qui crée une irréversibilité qui en fin de compte accélère une particule A et grâce à des champs magnétiques la dirige vers B. on peut aussi noter que l'effet inverse, deux particules en mouvement relatif qui interagissent de telle manière que l'une d'elle soit mise au repos après l'interaction, est un phénomène rare, peu probable.

Les systèmes macroscopiques (mécaniques et électroniques) doivent être représentés par des modèles causaux. C'est d'ailleurs une contrainte forte sur les modèles de systèmes électroniques comme les filtres ou les amplificateurs: la sortie du système à l'instant t ne peut dépendre que des valeurs de l'entrée à des temps antérieurs.

[jojo17]

Merci pour ta réponse.
Mais alors du coup, une autre question: comment interpréter la brisure de symétrie de C, P et T, avec l'invariance de CPT?
Comment intégrer le sens dans une invariance dimensionnelle ?

[ThM55]

C'est quoi une invariance dimensionnelle?

En fait si on écrit par exemple les équations de champ de particules de spin 1/2 (pour les leptons, les quarks etc), les équations des champs libres sont invariantes séparément sous C (conjugaison de charge, remplacement des particules par leur antiparticule), sous P (parité; renversement des axes spatiaux) et sous T (renversement du temps). Mais on peut - et on doit - écrire dans certains lagrangiens des termes d'interaction entre ces champs, qui violent certaines de ces symétries. Par exemple la parité n'est pas respectée dans l'interaction faible ou électrofaible, les spineurs droits et gauches n'apparaissent pas de façon symétrique. Pourquoi? Comment l'interpréter? Je n'en sais rien, c'est un fait expérimental. Il y a peut-être des gens qui ont trouvé la raison profonde de ce fait, mais je ne la connais pas.

Cependant, il est impossible d'écrire des termes qui conservent l'invariance de Lorentz et qui violent la symétrie combinée CPT. C'est un théorème mathématique qui relève de la représentation du groupe de Lorentz. Reste la symétrie CP: elle est "légèrement" violée comme l'a montré une célèbre expérience sur la désintégration de mésons, pour laquelle Cronin et Fitch on eu le prix Nobel. Si on admet que la symétrie CPT est conservée, et si CP ne l'est pas toujours, alors T ne l'est pas toujours. Mais c'est plus difficile d'en tirer des conclusions et cela n'explique pas la flèche du temps qui apparaît statistiquement au niveau macroscopique. Celle-ci provient de l'existence d'états à faible entropie dans les conditions initiales (ce qui est un fait expérimental dont l'explication profonde n'est pas du tout évidente mais qui ne peut pas non plus être rattachée clairement à une asymétrie sous T).

Il y a eu des spéculations dans diverses directions à ce sujet: certains ont imaginé que la violation de CP pourrait expliquer pourquoi l'univers est apparu avec de la matière et très peu ou pas du tout d'antimatière. Il y aussi des spéculations sur l'origine de cette asymétrie, mais cela relève de la physique au delà du modèle standard, donc pas encore confirmée expérimentalement.

[A voir en vidéo sur Futura]

[jojo17]

Merci.

C'est quoi une invariance dimensionnelle?

L'invariance dimensionnelle des lois de la physique, une autre façon de parler de symétrie (je suppose, je ne sais pas trop, j'ai lu ça sur wikipédia, et ça m'a parlé pour exprimer la symétrie T.
Mais tu as très bien compris ce que j'avais en tête, notamment la brisure de symétrie T et la flèche du temps.

[ThM55]

Je n'ai jamais entendu parler d'invariance dimensionnelle, mais bon.

La flèche du temps macroscopique existe indépendamment de la non-invariance sous T. On l'explique très bien sans l'utiliser.

[oxycryo]

non, la flèche du temps est thermodynamique et gravitationnelle, qui sont les forces qui donne l'apparence du mouvement temporel, car étant des êtres thermodynamique, naissant grandissant et mourant, nous "fléchons" les évènements en passé et futur, ce relativement à notre "temporalité" thermodynamique...

la causalité est une étude parallèle a ceci, la recouvre ou en déborde, mais ou sa droite d'étude repose sur l'idée que toute fait est une conséquence d'un évènement antérieur, une cause... soit qu'ici nous replaçons les l' évènementialité dans la flèche non du temps, mais de la logique physique ou chimique, thermodynamique et gravitationnelle d'où nous déduisons la flèche temporelle... car même si un homme est touché par une balle et s'effondre, et que nous entendons le coups de feu après qu'il soit au sol, nous replaçons la seconde conséquence (locale) comme originellement concomitante avec le tir de la balle, même si les informations reçues se font en décalé, nous ne déduisons jamais que c'est la chute de l'homme qui à provoqué le tir de la balle et le claquement du coup de feu...

se sont les causalités thermodynamiques et gravitationnelle qui ayant un sens nous permettent de reconstruire la causalité chronologique évènementielle... en la replaçant dans un repère temporel, dimension Temps qui se doit de respecter le chronologisme, le déroulé des contraintes physiques ... sinon causalement et localement uniquement, c'est la chute de l'homme qui provoque le coup de feu, puisque l'information du coup de feu interviens "après la chute" )... la conséquence étant toujours temporellement postérieure la cause... mais physiquement pas toujours, selon le point de vue de l'observateur... et oblique à les replacer correctement dans leur déroulé physique contraint

[stefjm]

Je n'ai jamais entendu parler d'invariance dimensionnelle, mais bon.

L'analyse dimensionnelle?

https://sbb169ee77282477c.jimcontent...name/homog.pdf

[jojo17]

Je l'ai trouvé ici https://fr.wikipedia.org/wiki/Fl%C3%A8che_du_temps

[pachacamac]

Je suis d'accord avec Wikipédia qui dit " La flèche du temps fait partie des problèmes non résolus de la physique "