L’univers-bloc qui grandit

Chaque affirmation porte son statut : Établi — corroboré par l’expérience ou l’histoire ; Débattu — cohérent mais non confirmé ; Spéculatif — hypothèse de travail.

Le 2 octobre, ce carnet refermait l’histoire de Howard Stein sur une phrase laissée en suspens : une troisième voie, où le bloc d’espace-temps existe mais croît, relevait d’un autre débat. Le voici. Pour le relativiste George Ellis, le passé est fixé, l’avenir n’existe pas encore, et le présent est le bord où l’un devient l’autre.

Un bloc qui a un bord

L’univers-bloc classique est un espace-temps à quatre dimensions donné d’un coup : passé, présent et futur y existent au même titre. Ellis en garde presque tout. Son univers-bloc évolutif, écrit-il, est exactement le même, à ceci près qu’il possède une frontière future — le présent — et que cette frontière n’est pas immobile : elle s’étend continuellement vers l’avenir. Établi

Il en tire trois énoncés. Le passé a été déterminé et il est fixé. Le futur est incertain et reste à fixer : en raison de l’incertitude quantique, il n’est pas vrai qu’il soit déterminé dès maintenant. Le présent est l’endroit où le changement a lieu, la frontière future de la région déterminée de l’espace-temps. L’espace-temps, dans ce tableau, grandit et incorpore toujours plus d’événements, qui se « concrétisent » à mesure que le temps avance le long de chaque ligne d’univers. Débattu

Un seul article de ce carnet avait nommé ce programme, le 12 juillet, parmi ceux qui « défendent au contraire un temps qui se fabrique réellement » — sans jamais l’exposer. Établi

Le texte et son auteur

L’article s’intitule The Evolving Block Universe and the Meshing Together of Times. Déposé en juillet 2014 sous la référence arXiv:1407.7243, il est paru la même année dans les Annals of the New York Academy of Sciences, volume 1326, pages 26 à 41. Établi

Son auteur n’est pas un philosophe venu à la physique, mais un relativiste. George Ellis a cosigné avec Stephen Hawking, en 1973, The Large Scale Structure of Space-Time, un traité consacré à la structure de l’espace-temps à grande échelle. Le texte de 2014 s’appuie notamment sur deux articles antérieurs d’Ellis : l’un paru en 2006 dans General Relativity and Gravitation, l’autre, avec T. Rothman, « Time and spacetime: The crystallizing block universe », paru en 2010 dans l’International Journal of Theoretical Physics. Établi

Trois échelles où le bloc ne tient pas

Ellis raisonne échelle par échelle, de la gravité quantique à la cosmologie, et conclut que l’univers-bloc est inadéquat sur trois d’entre elles. À l’échelle quantique d’abord : dans une expérience de fentes d’Young, l’endroit où chaque particule frappe l’écran n’est pas prévisible. Ces résultats individuels, écrit-il, sont essentiellement sans cause ; ils ne sont déterminés qu’au moment où ils se produisent. Débattu

À l’échelle de la vie quotidienne ensuite, où règne l’irréversibilité. À qui objecte qu’elle cache une réversibilité microscopique, Ellis oppose un exemple terre à terre : l’effacement des fichiers dans la mémoire d’un ordinateur. À l’échelle des structures astrophysiques enfin : les fluctuations aléatoires de l’inflation, dont les valeurs particulières, dit-il, n’ont été déterminées qu’au moment où elles sont apparues. Débattu

Il écarte au passage deux échappatoires. La décohérence, selon lui, ne supprime pas les superpositions : elle ne ramène pas à zéro tous les éléments diagonaux de la matrice densité sauf un. Et l’interprétation d’Everett, où toutes les issues se réalisent, ne ressemble en rien, écrit-il, à l’univers-bloc ordinaire. Débattu

La fusée tirée aux dés

L’argument le plus frappant est une expérience de pensée. Imaginez un engin dont la trajectoire est commandée par des désintégrations, donc par des événements quantiques imprévisibles. S’il est assez massif, il courbe l’espace-temps — et alors, conclut Ellis, c’est la structure future de l’espace-temps elle-même qui n’est ni déterminable ni prévisible à partir des données présentes. Débattu

Le point est subtil. L’univers-bloc ne dit pas seulement que les événements sont déjà là ; il dit que la géométrie l’est. Si une issue quantique peut modifier la géométrie à venir, le bloc ne peut pas être donné d’avance, sauf à admettre que l’issue l’était aussi. C’est précisément ce qu’Ellis refuse. Débattu

Et la simultanéité ?

L’objection classique est celle que ce carnet a racontée avec Stein : en relativité restreinte, la simultanéité dépend de l’état de mouvement de l’observateur. D’où l’objection : aucun « maintenant » ne serait privilégié, et un présent qui avance n’aurait pas de sens. Établi

La réponse d’Ellis est frontale. C’est la relativité générale qui décrit l’espace-temps, pas la relativité restreinte. Or l’univers réel ne contient nulle part de vide parfait — le rayonnement fossile baigne tout l’espace —, de sorte que l’espace-temps n’est nulle part plat : il existe partout des lignes de temps privilégiées. « L’espace-temps de Minkowski n’existe pas dans la réalité physique », écrit-il. Débattu

Ces lignes privilégiées, il les définit par la géométrie : ce sont les lignes propres du tenseur de Ricci, qui représentent, à une échelle de moyenne convenable, le mouvement moyen local de la matière. Le présent est alors la surface où le temps propre, mesuré le long de ces lignes depuis le début de l’univers, a la même valeur. Ellis précise que ces surfaces ne coïncident pas en général avec la simultanéité définie par signaux radar, et va jusqu’à écrire que la simultanéité est une construction purement psychologique. Débattu

Les deux réponses à l’argument de la simultanéité divergent donc. Stein garde la relativité telle quelle et contracte le présent en un point et un cône. Ellis garde un présent étendu, au prix d’un référentiel privilégié, et rejette le réalisme à propos de l’espace-temps de Minkowski. On peut rapprocher ce choix du théorème de Clifton et Hogarth, rappelé dans l’article sur Stein : son unicité vaut pourvu qu’on ne privilégie pas arbitrairement certaines trajectoires. Ellis en privilégie, et soutient que la matière les désigne. Débattu

Des temps qui s’engrènent

Le titre parle d’engrenage. Ellis distingue un temps global, lié à l’émergence de l’espace-temps lui-même et fixé à l’échelle des grandes structures, et un temps local, celui que l’on éprouve à l’échelle humaine et qui émerge de la physique quantique sous-jacente. Ils sont logiquement distincts, écrit-il, parce qu’ils ont des bases physiques différentes. Son résumé précise la répartition : la gravité quantique gouvernerait l’évolution de l’espace-temps lui-même, la théorie quantique des champs celle des événements qui s’y produisent. La question centrale du texte est la façon dont ces temps s’ajustent. Spéculatif

La flèche du temps reçoit une réponse directe : elle vient, selon Ellis, de ce que le futur n’existe pas encore alors que le passé existe. Mais il concède aussitôt qu’il faut des conditions initiales particulières au début de l’univers pour que le second principe vaille — une condition sur le passé. L’univers-bloc évolutif ne dispense donc pas de l’hypothèse du passé ; il lui laisse sa place. Débattu

Il revendique enfin un bénéfice inattendu. Créer une boucle temporelle fermée exigerait que la partie non encore déterminée de l’espace-temps empiète sur des régions déjà fixées. L’univers-bloc évolutif fournirait donc d’office la protection de la chronologie que Hawking avait posée comme conjecture. Débattu

Ce qu’Ellis laisse ouvert

Le texte se termine sur une liste de chantiers, et Ellis les nomme lui-même. Les surfaces de temps propre constant peuvent devenir de genre temps : il faut alors repenser la manière dont l’avenir se calcule à partir du présent. Il reste à examiner comment le schéma s’applique aux différentes échelles. Et enfin, il faut proposer une théorie viable de la réduction de la fonction d’onde. Établi

Ce dernier chantier touche à ce qu’Ellis appelle lui-même le cœur de l’écoulement local du temps : l’avenir indéfini devient le passé défini à mesure que la fonction d’onde se réduit. Or cette théorie de la réduction, il l’écrit, reste à proposer ; et la façon dont cela se produit, précise-t-il, ne pourra être éclaircie qu’avec elle. Débattu

La critique a visé ce point. En 2024, dans le Journal for General Philosophy of Science, P. J. Riggs juge que définir le présent par la réduction de la fonction d’onde échoue, et que l’exposé, tel qu’il est présenté, « ressemble à un raisonnement circulaire ». Il objecte aussi qu’un intervalle de temps propre ne dit pas à quel rythme le temps passerait. Sa cible principale est un travail plus récent d’Ellis et Drossel, mais il cite le texte de 2014. Débattu

Un débat qui traverse la physique

Parmi ceux qu’Ellis cite pour l’idée que le passage du temps serait une illusion figurent Huw Price, Julian Barbour — dont ce carnet a raconté, avec Koslowski et Mercati, le point de Janus —, Carlo Rovelli, Sean Carroll et P. C. W. Davies. Le débat sur le bloc n’oppose donc pas la physique à l’intuition : il traverse la physique elle-même. Établi

Ce que l’article établit n’est pas que le futur est ouvert. C’est une proposition argumentée : un présent physique, étendu dans l’espace, compatible selon son auteur avec la relativité générale — à condition d’accepter un référentiel privilégié et de faire reposer le devenir sur une réduction quantique encore sans théorie. Débattu

Le contenu de l’article, ses références et la critique de Riggs sont établis : les textes sont publiés. L’univers-bloc évolutif lui-même est débattu : il repose sur un référentiel privilégié, que l’objection tirée de la relativité restreinte écarte, et sur une réduction de la fonction d’onde dont Ellis reconnaît qu’elle attend encore sa théorie. L’engrènement des temps global et local, adossé à une gravité quantique qui n’existe pas encore, reste spéculatif.