Le postulat qui explique la flèche du temps — et qui n’a peut-être aucun sens

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Toute explication de la flèche du temps finit par s’appuyer sur la même pierre : l’Univers a commencé dans un état d’entropie extraordinairement basse. On appelle cela l’hypothèse du passé. En 2006, un philosophe des sciences a publié un article dont le titre annonce la couleur — « même pas fausse » — pour soutenir que cet énoncé, tel qu’on le formule, n’a pas de sens bien défini. Et que ce n’est pas si grave.

Un postulat qui ne parle que d’un seul instant

Le nom vient du philosophe de la physique David Albert, qui l’a baptisé ainsi dans Time and Chance (2000) : l’hypothèse du passé est la clause que la physique glisse en silence sous ses lois — sans elle, la thermodynamique ne démarre pas. Les lois fondamentales ne distinguent pas les deux sens du temps ; l’expérience, elle, les distingue impitoyablement. Pour combler l’écart, on postule que l’Univers est parti d’un macro-état d’entropie très basse, et que quatorze milliards d’années n’en sont que la lente dilapidation. Établi

Ce n’est pas un théorème. C’est une condition initiale, et elle possède un statut inconfortable : celui d’une loi qui ne dit rien de la manière dont les choses évoluent, et tout d’un instant unique, celui du bord. Roger Penrose a rendu célèbre l’estimation de son improbabilité, en mesurant l’écart entre l’entropie que portait le rayonnement primordial et celle, immensément plus grande, d’un cosmos qui aurait tout confié aux trous noirs. Débattu

La phrase de Pauli, retournée contre la cosmologie

John Earman n’attaque pas la flèche du temps. Il attaque la phrase. Dans Studies in History and Philosophy of Modern Physics (2006), il conteste ce qu’il appelle un dogme : l’idée que la cosmologie moderne aurait achevé le programme de Boltzmann en lui fournissant enfin l’état initial de basse entropie dont il avait besoin. Sa formule, empruntée à Wolfgang Pauli, est restée : l’affaire n’est pas fausse, elle est même pas fausse. Débattu

Il faut mesurer exactement l’étendue de la charge, car elle est plus étroite et plus profonde qu’il n’y paraît. Earman ne nie pas qu’une asymétrie observée qui ne découle pas des lois doive trouver son origine dans les conditions initiales ; il ne nie pas non plus qu’en un certain sens du mot entropie, l’Univers primordial ait été dans un état de basse entropie. Ce qu’il refuse est précis : que pour les cosmologies décrites par la relativité générale classique, il existe un sens bien défini dans lequel l’entropie de Boltzmann de l’Univers primordial possède une valeur très basse. Débattu

Où la définition se dérobe

L’entropie de Boltzmann n’est pas un nombre qui flotte dans la nature : elle se calcule en comptant les micro-états compatibles avec un macro-état, ce qui suppose un espace des états, une mesure sur cet espace, et un découpage en macro-états. Pour un gaz dans une boîte, tout cela existe. Pour un champ gravitationnel dynamique, qui est lui-même la scène et l’acteur, chacun de ces trois ingrédients devient problématique. Earman soutient que le concept est alors mal défini, ou si sévèrement amputé qu’il ne peut plus porter le poids qu’on lui fait porter. Débattu

La confusion est d’autant plus tenace qu’elle est facile. David Wallace, dans The British Journal for the Philosophy of Science (2010), en démonte trois ressorts : il faut distinguer le rôle de la gravitation dans un calcul d’entropie de l’entropie de la gravitation elle-même ; l’effondrement gravitationnel augmente bien l’entropie, mais ce n’est en général pas parce que la matière qui s’effondre voit la sienne croître ; et la validité de la seconde loi ne repose pas sur la mécanique statistique de l’effondrement gravitationnel. Trois précisions techniques, trois glissements courants. Débattu

Le second coup : même vraie, elle n’expliquerait pas assez

Earman porte un deuxième argument, indépendant du premier, et c’est peut-être le plus dérangeant. Supposons la difficulté levée : admettons que l’état initial de l’Univers possède une entropie de Boltzmann bien définie, et basse. Cela ne suffirait toujours pas à expliquer pourquoi la thermodynamique fonctionne aussi bien qu’elle le fait pour les systèmes qui nous intéressent — un glaçon dans un verre, un moteur, une tasse de café. Entre la valeur globale d’une grandeur cosmologique et le comportement fiable d’un système de laboratoire, il manque un pont, et ce pont n’est pas fourni. Débattu

C’est une critique de structure, pas de détail. Elle vise le geste qui consiste à croire qu’une condition posée au bord du temps se transmet mécaniquement à chaque casserole d’eau chaude.

Ce que la critique ne détruit pas

On attendrait un désastre. Earman conclut à l’inverse. Si le rôle de l’entropie de Boltzmann dans nos inférences sur le passé a été considérablement surestimé, alors l’échec du programme de Boltzmann ne met pas en danger notre connaissance du passé. Nous savons que la tasse était chaude, que le dinosaure a vécu, que la lettre a été écrite, et nous le savons par des chaînes de traces et d’inférences ordinaires qui n’ont jamais eu besoin de compter des micro-états cosmologiques pour tenir debout. Débattu

La démolition porte sur le fondement revendiqué, pas sur l’édifice. C’est une figure rare, et instructive : un résultat négatif qui, au lieu d’ouvrir un gouffre, révèle qu’il n’y avait pas de gouffre à cet endroit — seulement une justification mal placée.

Ce que le désaccord nous apprend

L’hypothèse du passé reste, en pratique, la position par défaut de la cosmologie : une condition initiale constatée, non expliquée. Les grands programmes qui tentent de la dissoudre — les bourgeons temporellement symétriques, les modèles à point de Janus, les cosmologies à symétrie CPT — travaillent tous à la remplacer par quelque chose de plus explicatif. La critique d’Earman se situe en amont de ces tentatives, et c’est ce qui la rend précieuse : avant de demander pourquoi l’Univers a commencé dans un état si spécial, il faut s’assurer que la question est bien posée. Craig Callender a formulé la même exigence dans « The Past Hypothesis Meets Gravity », au volume collectif Time, Chance and Reduction (Ernst et Hüttemann éds., Cambridge University Press, 2010), en confrontant directement l’hypothèse du passé à la gravitation. Débattu

Le débat n’est pas clos, et il ne se tranchera pas par des intuitions bien tournées. Il se tranchera, s’il se tranche, par des calculs explicites sur des modèles précis — ce qu’Earman lui-même appelait de ses vœux. En attendant, une leçon tient : dans cette région de la physique, la difficulté n’est pas de trouver la réponse, mais de s’assurer que l’énoncé a un sens.

Statut au 24 juillet 2026. Le cadre de Boltzmann et la nécessité d’une condition initiale de basse entropie pour rendre compte de la flèche du temps sont établis. La question de savoir si l’entropie de Boltzmann de l’Univers primordial est un concept bien défini en relativité générale est débattue depuis 2006 et n’a pas reçu de réponse consensuelle. Sources : Earman, J., « The « Past Hypothesis » : Not Even False », Studies in History and Philosophy of Modern Physics 37(3), 399-430 (2006) ; Wallace, D., « Gravity, Entropy, and Cosmology : In Search of Clarity », The British Journal for the Philosophy of Science 61(3), 513-540 (2010) ; Albert, D., Time and Chance, Harvard University Press (2000).