C.-S. Dongorozi (Roumanie)
SUR L ’ASYMÉTRIE DE L ’ESPACE-TEM PS
E quindi uscim m o a riveder le stelie.
D a n t e
Un simple m iroir plan fait de notre im age un ê tre étrange, non seule m en t ayant le eoeur à droite, le foie à gauche, etc., mais encore é ta n t entièrem ent constitué d ’anti-m atière: si nous nous approchions de l'être «en chair et os» correspondant à notre image dans un m iroir, nous se rions volatilisés avec lui dans une explosion incom parablem ent plus ,violente que celle produite p ar la bombe à l’hydrogène: le m ythe de Narcisse est un non-sens. En effet, avant la découverte de la non-con servation de la parité, on connaissait deux sortes distinctes de sym étrie: l’une par réflexion et l’au tre de charge (substitution des a n ti-p arti cules aux particules). Or, il s’est trouvé que la sym étrie dans la n atu re re v e t une forme plus subtile: il est nécessaire, pour garder la sym étrie, de passer de la m atière à l’anti-m atière lors de la réflexion dans un m i ro ir plan. Cela parce que la m atière évolue dans l’espace-temps, et l’anti-m atière dans l’anti-espace-tem ps x.
Le cadre de l ’espace et le cadre du temps s ’im posent à nous chaque fois que nous voulons ordonner nos sensations et suivre l’évolution des phénomènes dont elles nous révèlent l ’existence. Nous pouvons toujours im aginer un corps solide nous servant de corps de référence pour rep érer les positions des points de l’espace, p ar exem ple un ensemble de trois règles perpendiculaires entre elles et convenablem ent graduées qui m a térialiserait un systèm e de coordonnées cartésiennes. De même, le tem ps peut être défini en relation avec le m ouvem ent des astres p a r les cycles de systèm es périodiques appelés horloges. Avec ces règles et ces horloges o n pourra à chaque instant attrib u er des coordonnées précises à to u t
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point m atériel ou repérer exactem ent la position ou l’orientation dans l ’espace d ’un corps solide; plus généralem ent, on pourra représenter tous les phénomènes p ar des grandeurs 'bien localisées dans l’espace et dans le temps. Cette description se fera entièrem ent à l’aide d’équations diffé rentielles ou aux dérivées partielles perm ettan t de suivre la localisation e t l’évolution au cours du temps de toutes les grandeurs définissant l’é ta t du monde physique. On retrouvera ainsi la représentation habi tuelle des phénomènes dans la physique classique: on aboutira à con cevoir l’espace et le temps comme deux cadres im muables dans lesquels se localisent exactem ent et se déroulent inexorablem ent tous les aspects successifs du monde physique.
Une grave attein te à nos conceptions classiques sur l ’espace e t le temps a été apportée par le développement des idées relativistes. Le grand public s’est beaucoup intéressé à la théorie assez mal nommée de la relativité e t il en est su rto u t résulté q u ’on a dit beaucoup d ’inexac titudes et même de sottises à son sujet. La théorie de la relativité ne peut e tre vraim ent bien comprise que si l’on en suit dans le détail le développem ent m athém atique: vouloir l’expliquer en langage ordinaire, c ’est vouloir faire une com ptabilité sans chiffres. Au point de vue qui nous intéresse ici, son apport essentiel a été de m o n trer qu’il existe, en tre l’espace et le temps des physiciens, des relations jusqu’alors in soupçonnées et to u t à fait contraires à nos habitudes de penser. Les va riables d ’espace et de temps définies p a r les m ètres e t les horloges qu ’em ploient deux observateurs en mouvement relatif l’un par rapport à l ’au tre ne sont pas reliées en tre elles de la m anière q u ’on adm ettait sans discussion autrefois: elles dépendent les unes des autres d ’u ne façon qui n ’est pas du to u t conforme à nos intuitions usuelles: le temps et l ’espace sont relatifs à l’état de m ouvem ent de l’observateur, qui tran s porte avec lui son temps et son espace propres. L’espace et le temps n ’acquièrent d’existence que si on peut leu r attrib u er des propriétés physiques: ils s’évanouissent sans m atière et sans énergie. Ce qui est curieux dans cette affaire, c’est que les nouvelles conceptions relatives à l’interconnexion en tre espace e t temps o nt été imposées aux physiciens par la nécessité d ’expliquer des faits expérim entaux: p ar eux-mêmes, les physiciens n ’au raien t pas volontairem ent désiré adopter des idées aussi surprenantes et contraires à leurs intuitions usuelles, mais l’étude des phénomènes réels les y a conduit. Les conséquences qui découlent des nouvelles relations admises en tre les coordonnées d’espace et de tem ps des divers observateurs sont assez déconcertantes au prem ier abord, par exemple la m arche des horloges est d ’au tan t plus ralentie pour l’observateur au repos q u ’elles sont transportées avec une plus grande vitesse. A ssurém ent ces effets sont généralem ent très petits, in observables dans la p lup art des cas de l’expérience courante: ils ne de viennent notables que si les vitesses relatives deviennent très grandes,
de l’ordre de celle de la lum ière dan's le vide. Néanmoins, ces effets de relativité, comme on les nomme, ne sont point toujours négligeables; leu r existence entraine nécessairem ent certaines modifications des lois de la mécanique et les écarts qui en résu lten t p ar rap p o rt aux lois de la mécanique classique deviennent très im portants p o u r les corps anim és de vitesses voisines de la vitesse de la lum ière dans le vide. Les p ar ticules de la microphysique atteignent souvent des vitesses élevées de cet ordre, ce qui a permis de vérifier p a r l’expérience l’existence réelle de ces effets de relativité. La vitesse de la lum ière dans le vide joue d’ailleurs un rôle prim ordial dans cette théorie: elle y app arait comme la lim ite supérieure des vitesses q u ’un corps m atériel puisse attein dre. Un corps qui se déplacerait avec la vitesse de la lum ière s’ap latirait à tel point que son épaisseur deviendrait nulle, et le tem ps s’arrê te ra it com plètem ent pour un tel corps. P ostuler l’espace et le tem ps absolus, qui sont de pures conceptions abstraites et m étaphisiques de l’esprit, en dehors des faits d’observation, ressemble à l’a ttitu d e du philosophe qui, recherchant l’infinim ent petit, subdivise indéfinim ent p a r la pensée u n décim ètre cube de m atière sans s’appercevoir q u ’il est déjà parvenu à l’a tome à la vingt-huitièm e trisection. En physique relativiste, il ne fau t plus considérer l ’espace et le temps isolement, ni leu r donner un cara ctère universel: personne n ’a jam ais vu un lieu au trem en t q u ’en un certain
temps, ni u n temps autrem en t q u ’en u n certain lieu: l ’espace e n soi et le temps en soi doivent descendre au royaum e des om bres: seule, leur combinaison conserve une existence indépendante; cette com binaison a une signification physique précise: elle représente la form e d ’existence de la m atière e t exprim e quantitativem ent la liaison indissoluble en tre l’espace e t le temps. Il fau t donc, en quelque sorte, fondre l’espace et le tem ps en un continu à quatre dimensions, espace-tem ps d ’Einstein ou univers de Minkowski, où chaque observateur découpe à sa m anière son espace e t son temps. Dans se continu on localisera toujours exacte m ent tous les «événements» dont l’ensemble constitue l’histoire du monde physique. Tout le passé, le présent et l’avenir seront donc inscrits dans ce cadre spatio-tem porel et chaque observateur les v erra se succé der dans son propre présent suivant des lois rigoureuses se trad u isan t p a r des équations différentielles. Le cadre de l’éspace et du temps dé sormais unifié, l’espace e t le temps é ta n t devenus solidaires, continue de regner en m aître et le déterm inism e physique reste aussi rigoureux que pour le passé. La m atière n e se m anifeste que p ar des déformations de l’espace-temps. L ’idée centrale de la relativité généralisée consiste dans la possibilité de représenter les phénom ènes m atériels et énergé tiques p ar de simples variations dans les caractéristiques géom étriques locales d ’un espace-temps que l ’on ne considérera plus comme homo gène, mais comme com portant en ses différents points des courbures va riables (ou des torsions qui jouent le même rôle). La m étrique de l ’es
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pace-tem ps quadridim ensionnel courbé rend compte autom atiquem ent des effets de la gravitation et du rôle singulier de la vitesse des signaux lum ineux, qui fixe une lim ite supérieure à l’usage logique du concept de vitesse. Une horloge placée dans u n champ de gravitation intense retarde.
Les quatres coordonnées spatio-tem porelles d’une particule élém en taire form ent un té traèd re asym étrique: n 'ay an t ni plan ni centre de sym étrie, il n ’est pas superposable, p ar des m ouvem ents de translation ou de rotation, à un tétraèd re correspondant à son image vue dans u n m iroir plan. N’étan t pas superposables, les deux structures ne sont pas identiques: elles représenten deux énantiom ères, l ’un dextrogyere (+ ), l ’a u tre lévogyre (—). Les mom ents m agnétiques et les charges élec triques (quand celles-ci existent) des deux enantiom ères ont des valeurs absolues égales mais de signe contraire. E ntre l’espace - temps, form e d’existence de la m atière, et l’anti-espace - temps, form e d ’existence de l’anti-m atière, il y a les mêmes analogies et les mêmes différences q u ’ en tre la main droite et la m ain gauche.
La form ation des paires particules - anti-particules p ar bom barde m ent d’u n e cible avec des particules d’énergie cinétique suffisante n ’est pas due, comme on l’adm et généralem ent, à la conversion de l’énergie cinétique en masse, mais à la racémisation partielle des particules. Plus la vitesse de la particule élém entaire s’accroit, plus le tétraèd re spatio- -tem porel correspondant à cette particule s ’aplatit et sa composante tem porelle diminue. Dans le voisinage im m édiat des noyaux de la cible, dont la densité est considérable, cette com posante se contracte d ’au tan t plus. Si pendant son choc avec un noyau de la cible le tétraèd re spatio-tem porel correspondant à la particule se trouve dans u n e position favorable, la coordonnée du temps, très contractée, est déplacée vers la face du tetraèdre opposée au sommet où elle se trouvait avant le choc, les trois autres coordonnées, très aplaties, en étan t poussées, tou t comme un p a rapluie retourné p ar le vent, dans les positions correspondant à l’énan- tiom ère de la particule initiale. La racémisation est seulem ent partielle car, au m om ent de leur choc avec les noyaux de la cible, les particules n ’o n t pas toutes l’orientation nécessaire. Le processus d’inversion de la configuration est, naturellem ent, réversible 2.
La théorie u nitaire des particules élém entaires ne restera plus long temps sur les genoux des dieux.
