Comment renverser la flèche du temps ?

Des physiciens démontrent comment renverser la flèche du temps

L'expérience extraordinaire ouvre la porte à une nouvelle génération de dispositifs et révèle une relation plus profonde entre le temps, l'entropie et l'intrication.
> par Technologie émergente
22 décembre 2017

 
L'un des défis les plus curieux de la physique est de comprendre la nature du temps.

Au niveau microscopique, les lois de la physique sont symétriques par rapport au temps: elles fonctionnent aussi bien que le temps avance ou recule. Mais au niveau macroscopique, les processus ont tous une direction privilégiée. Le grand physicien Arthur Eddington a appelé cela la «flèche du temps».

Savoir pourquoi cette flèche pointe dans une direction mais pas l'autre est l'un des grands mystères scientifiques. La réponse standard est que la flèche du temps découle de la deuxième loi de la thermodynamique - ce désordre, ou entropie, augmente toujours dans un système fermé.
C'est pourquoi le lait se mélange facilement dans le thé mais ne sort jamais d'une infusion, pourquoi les œufs brouillés ne se déchirent jamais spontanément, et pourquoi votre tasse de café du matin chauffe vos mains comme vous le tenez et non l'inverse.

Mais il y a un autre facteur à l'œuvre - les conditions initiales de l'univers.

Pour des raisons inconnues, l'univers primitif était chaud et son énergie distribuée uniformément. C'est un état à faible entropie pour un système dominé par la gravité.
Au fil du temps, l'entropie a continuellement augmenté, et c'est ce qui a largement déterminé la flèche du temps.
Mais cela soulève une possibilité intéressante. Si les conditions initiales déterminent la flèche du temps, il est peut-être possible de créer des systèmes sur Terre avec des conditions initiales qui forcent la flèche du temps à tourner dans la direction opposée. Dans ces systèmes, les œufs pouvaient spontanément se désembrouiller et la chaleur pouvait s'écouler des objets froids vers les objets chauds.
Aujourd'hui, Kaonan Micadei à l'Université fédérale d'ABC au Brésil et quelques copains ont construit un tel système pour la première fois. Dans leur expérience, la flèche du temps court en sens inverse, ce qui leur permet d'observer un objet froid chauffer un objet plus chaud. Le travail soulève la possibilité d'une nouvelle génération de dispositifs dans lesquels la flèche du temps recule.
Le nouveau système exotique est un mélange de chloroforme dissous dans le dissolvant de vernis à ongles, ou d'acétone. Chloroform-CHCl 3 - se compose d'un seul atome de carbone, d'un seul atome d'hydrogène et de trois atomes de chlore.
Cela crée un terrain de jeu parfait pour les physiciens quantiques, qui sont capables de manipuler les spins nucléaires des noyaux simples de carbone et d'hydrogène en utilisant une technique appelée résonance magnétique nucléaire.
L'idée est d'aligner les noyaux en utilisant un fort champ magnétique. Les physiciens utilisent ensuite des impulsions radio pour retourner l'un des spins ou les deux, ce qui les met en corrélation ou enchevêtrés. Et en écoutant les signaux radio émis par les noyaux, les physiciens peuvent déterminer comment évoluent les états quantiques des noyaux.

En même temps, les noyaux de carbone et d'hydrogène sont en contact thermique, ce qui signifie que l'énergie thermique peut circuler de l'un à l'autre. L'équipe peut contrôler la température des deux noyaux en les chauffant sélectivement en utilisant la résonance magnétique nucléaire. Quand un noyau est plus chaud que l'autre, la chaleur passe naturellement du plus chaud au plus froid.
Dans la nouvelle expérience, Micadei et co ont observé le contraire. Et la clé est d'emmêler les noyaux à l'avance. L'intrication est l'étrange processus quantique dans lequel deux particules quantiques partagent la même existence. C'est ce phénomène que Micadei et co ont exploité pour créer l'ensemble unique de conditions initiales permettant de revenir en arrière.
Lorsque les noyaux sont enchevêtrés, la corrélation place des limites supplémentaires sur le comportement des particules, ce qui entraîne une sorte de moteur qui entraîne l'énergie thermique dans la direction opposée. "Nous observons un flux de chaleur spontané du froid au système chaud", explique l'équipe.

Cela a des implications importantes pour notre compréhension du temps et de sa relation avec l'intrication et l'entropie. "Nos résultats sur la flèche thermodynamique du temps pourraient aussi avoir des conséquences stimulantes sur la flèche cosmologique du temps", disent Micadei et co, laissant entendre que des corrélations similaires pourraient être responsables des conditions initiales de l'univers.
Un point important dans ce travail est que le phénomène n'est pas limité aux systèmes microscopiques. En effet, ces expériences de RMN fonctionnent sur une échelle macroscopique dans laquelle un grand nombre de molécules contribuent au signal observé. Ainsi, le résultat peut également permettre une nouvelle génération de dispositifs qui conduisent la chaleur des régions froides vers les régions chaudes.

Travail intéressant sur les fondamentaux du temps.

Ref: arxiv.org/abs/1711.03323 : Inverser la flèche thermodynamique du temps en utilisant des corrélations quantiques

source: https://www.technologyreview.com/s/609788/physicists-demonstrate-how-to-reverse-of-the-arrow-of-time/