Et si le temps n’était pas une caractéristique fondamentale de l’univers, mais quelque chose qui émerge des relations entre systèmes quantiques ? Giovanni Barontini, professeur de physique à l’Université de Birmingham, a construit une expérience de laboratoire qui suggère exactement cela.
En utilisant environ 24 000 atomes de rubidium-87 refroidis à quelques milliardièmes de degré au-dessus du zéro absolu, Barontini a créé un condensat de Bose-Einstein (BEC) et l’a divisé en deux à l’aide d’une fine feuille de lumière laser. Les deux moitiés, l’une observée (le « secteur lumineux »), l’autre délibérément laissée non observée (le « secteur sombre »), étaient hermétiquement isolées de leur environnement sans aucune horloge externe disponible. C’était, en effet, un analogue miniature de l’équation de Wheeler-DeWitt qui trouble les théoriciens de la gravité quantique : elle n’avait pas de paramètre temporel intégré.
« Le temps accélérait, ralentissait, ou même s’arrêtait, selon ce que faisait le système », a déclaré Barontini à Live Science.
Temps entropique
La clé de la compréhension était de définir le temps non pas à partir d’une horloge externe, mais à partir de l’échange d’entropie entre les deux moitiés du système. Alors que les atomes traversaient la barrière laser entre les secteurs, l’entropie passait du secteur lumineux au secteur sombre, ou vice versa ; Barontini mesurait ce flux toutes les 2 millisecondes pendant 120 millisecondes et l’utilisait pour construire ce qu’il appelle le « temps entropique » (τ, tau).
Lorsque l’entropie circulait rapidement entre les moitiés, le temps entropique s’accélérait. Lorsque l’échange ralentissait, l’horloge ralentissait. Lorsque les deux moitiés atteignaient l’équilibre, sans qu’aucune entropie supplémentaire ne puisse être échangée, l’horloge interne s’arrêtait complètement.
Dans un régime à faible hauteur de barrière, le secteur lumineux traversait des cycles répétés d’expansion et d’effondrement, imitant un univers subissant des Big Bangs et des Big Crunchs alternés. De façon cruciale, le temps entropique ne s’écoulait pas entre un effondrement et le bang suivant, car aucune entropie n’était échangée pendant cette période sans transition.
« Le temps et la flèche du temps, peut-être naissent-ils simplement de l’ignorance », a déclaré Barontini. « Pour avoir le temps et observer, il faut renoncer à certains degrés de liberté. »
De l’analogue à la théorie
L’expérience, publiée sous forme de Lettre dans Physical Review Research (Vol. 8, L022047, juin 2026), est explicitement décrite comme un mini-univers analogue de Wheeler-DeWitt. L’équation de Wheeler-DeWitt, centrale à la gravité quantique canonique, suggère qu’au niveau le plus fondamental, la fonction d’onde de l’univers n’évolue pas dans le temps, le temps lui-même est absent. Le système de Barontini fournit un banc d’essai physique pour cette idée, même s’il ne peut pas sonder directement la gravité quantique.
En utilisant la variable de temps entropique, Barontini a dérivé une équation de Schrödinger dépendante du temps (iℏ ∂_τ ψ = …) et a montré qu’elle reproduisait avec précision les observations expérimentales. « C’était assez surprenant de voir comment tout s’emboîtait parfaitement. Très nettement, d’une certaine manière. Ce qui n’arrive pas si souvent dans les expériences », a-t-il déclaré.
L’article note plusieurs mises en garde importantes. L’hamiltonien est structurellement analogue aux modèles de minisuperespace, mais il s’agit d’une simulation à atomes froids, pas d’une véritable expérience de gravité quantique. Le système évite les singularités car le centre de la barrière de potentiel empêche le secteur lumineux de jamais connaître la densité infinie d’un véritable Big Bang ou Big Crunch. Certaines « ondulations » dans les données de temps entropique ont été causées par un échantillonnage grossier dans le champ d’horloge, ce qui signifie que l’ordre n’est pas parfaitement monotone en tous points.
Ce que cela signifie pour la nature du temps
L’expérience de Barontini est une preuve de concept, la première démonstration que des systèmes quantiques contrôlés peuvent servir de bancs d’essai pour des questions fondamentales sur le temps. L’idée que le temps émerge des corrélations quantiques, plutôt que d’exister en tant que paramètre fondamental, a été explorée théoriquement pendant des décennies. Mais c’est la première expérience directe testant ce principe.
L’énigme profonde est la suivante : les équations fondamentales de la mécanique quantique traitent le temps comme un paramètre, mais les équations fondamentales de la relativité générale (la formulation de Wheeler-DeWitt) suggèrent qu’il n’y a pas de temps du tout. Quelque chose doit combler cet écart. Le temps entropique de Barontini, défini par la perte d’information entre systèmes quantiques couplés, offre un candidat concret et testable.
« C’est quelque chose que l’on penserait normalement impossible à tester », a déclaré Barontini. « Ce sont des choses que nous pouvons faire très simplement, en utilisant les outils que nous avons déjà pour concevoir nos systèmes. »
Traduit par Lydie
Sources
1. Live Science, “Time was speeding up, slowing down, or even stopping, physicist demonstrates a key theory of time by building a mini-universe in his lab” (7 July 2026). https://www.livescience.com/physics-mathematics/time-was-speeding-up-slowing-down-or-even-stopping-physicist-demonstrates-a-key-theory-of-time-by-building-a-mini-universe-in-his-lab
2. Barontini, G., “Testing the problem of time with cold atoms”, Physical Review Research 8, L022047 (2026). DOI: 10.1103/1h9j-df4k
3. arXiv preprint: arXiv:2509.07745 (v3, 11 June 2026)