Des astronomes proposent un endroit dans l’univers où le temps pourrait s’écouler différemment
De nouveaux calculs indiquent que des étoiles à neutrons pourraient présenter une « flèche du temps » inversée en raison des effets extrêmes de la gravité.
Lorsque nous pensons aux objets les plus extrêmes de l’univers, les trous noirs sont généralement les premiers qui nous viennent à l’esprit. Pourtant, il existe d’autres objets presque aussi extrêmes, mais auxquels peu de personnes pensent : les étoiles à neutrons. Ces objets apparaissent après l’effondrement gravitationnel du noyau d’étoiles massives qui explosent en supernovas. La matière restante est comprimée à des densités si élevées que les protons et les électrons se combinent pour former des neutrons.
Les phénomènes les plus mystérieux et complexes de l’univers sont souvent liés aux étoiles à neutrons. Parmi eux figurent les sursauts gamma, les magnétars et les pulsars, qui émettent des impulsions de rayonnement extrêmement régulières. Lorsque les pulsars ont été découverts dans les années 1960, les signaux étaient si précis et inhabituels que certains chercheurs ont même envisagé une origine extraterrestre. Plus tard, il a été découvert que le phénomène était causé par la rotation rapide des étoiles à neutrons.
Une étude récente propose quelque chose d’encore plus inhabituel concernant les étoiles à neutrons : la possibilité que la flèche du temps puisse se comporter de manière inversée. L’hypothèse est liée à l’intensité du champ gravitationnel de ces objets et aux effets de ce que l’on appelle l’entropie gravitationnelle. Alors que l’entropie conventionnelle est associée à l’augmentation du désordre, la gravité tend à concentrer la matière et à former des structures plus compactes. Les chercheurs suggèrent que cela pourrait modifier la manière dont l’évolution temporelle se produit localement dans ces systèmes.
Relativité générale
La relativité générale décrit la gravité comme la courbure de l’espace-temps provoquée par la présence de masse et d’énergie. Au lieu de traiter la gravité comme une force ou une interaction, la théorie montre que les objets massifs déforment la géométrie de l’espace-temps autour d’eux, et que cette déformation détermine la façon dont les corps et la lumière se déplacent. Les équations de champ d’Einstein relient des paramètres comme la masse, la densité d’énergie, la pression et le moment angulaire à l’intensité de la courbure.
La courbure prédite par la relativité générale affecte l’écoulement du temps dans les champs gravitationnels intenses. Plus la gravité est forte, plus le temps s’écoule lentement par rapport aux régions moins courbées de l’espace-temps : c’est ce qu’on appelle la dilatation gravitationnelle du temps. Près d’un trou noir, par exemple, le temps peut sembler presque « figé » pour un observateur lointain. Dans les étoiles à neutrons, bien que moins extrêmes, ces effets restent très puissants et observables.
Champ gravitationnel extrême
Dans la relativité générale, les champs gravitationnels intenses modifient la structure de l’espace-temps et, par conséquent, l’écoulement du temps. Plus la courbure produite par un objet massif est importante, plus le temps s’écoule lentement par rapport à d’autres régions. Des horloges situées à proximité de ces objets indiqueraient un temps plus lent par rapport à des observateurs éloignés. La propagation de la lumière, les orbites et même les processus physiques sont influencés par la géométrie relativiste.
Il est important de noter que, quelle que soit l’intensité de la courbure, le temps continue toujours d’avancer vers le futur. Dans les cas les plus extrêmes, comme à l’intérieur des trous noirs, les solutions mathématiques des équations relativistes peuvent indiquer que les coordonnées spatiales et temporelles échangent leurs rôles dans la description mathématique. Cela signifie simplement que la direction radiale vers la singularité devient inévitable. Autrement dit, se déplacer vers le centre devient aussi inéluctable qu’avancer vers le futur.
Mathématiques des étoiles à neutrons
Bien que ces effets soient généralement associés aux trous noirs, des études montrent que les étoiles à neutrons peuvent elles aussi présenter des comportements temporels différents. En particulier, des étoiles à neutrons instables ont été modélisées mathématiquement afin d’étudier l’évolution de la courbure de l’espace-temps. Les résultats suggèrent que certains paramètres de la relativité générale associés à l’entropie diminuent au cours de l’évolution du système. Cela contraste avec l’entropie, qui augmente normalement avec le temps.
En physique, la direction du temps est liée à l’augmentation de l’entropie, appelée flèche du temps. Dans les systèmes ordinaires, l’entropie augmente naturellement, reflétant l’évolution vers des états plus désordonnés. Cependant, l’étude suggère que, lors des effondrements gravitationnels d’étoiles à neutrons, l’entropie gravitationnelle pourrait diminuer localement. Cela ne signifie pas que le temps remonte vers le passé, mais indique que l’évolution temporelle du système pourrait suivre une dynamique opposée à l’intuition thermodynamique classique.
La physique reste cohérente
La possibilité d’une inversion locale de la flèche du temps dans les étoiles à neutrons ne représente pas une violation des lois de la physique. La deuxième loi de la thermodynamique s’applique de manière statistique et globale, décrivant la tendance des systèmes à augmenter leur entropie totale au fil du temps, même si des fluctuations locales peuvent se produire. Dans des scénarios gravitationnels extrêmes, la définition même de l’entropie devient plus complexe en raison de la contribution de la géométrie de l’espace-temps. La diminution locale de l’entropie gravitationnelle peut donc être mathématiquement cohérente dans le cadre de la physique.
L’essentiel est qu’au final, le comportement global continue de respecter l’augmentation totale de l’entropie. Ainsi, la causalité et la structure fondamentale de la physique demeurent préservées. Cette étude est surtout importante pour les nouveaux éclairages mathématiques qu’elle apporte sur la relation entre gravité, entropie et évolution temporelle. En analysant quantitativement des grandeurs géométriques de la relativité générale, les chercheurs montrent comment des champs gravitationnels extrêmes peuvent modifier des propriétés thermodynamiques locales.
Référence de l'article :
Bogani et al. 2026 Evolution of curvature and structure scalars during dissipative gravitational collapse of compact spheres The European Physical Journal C