Temps
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La mesure du temps

Comme on l’a vu, un problème essentiel a consisté (et consiste encore, par exemple en physique quantique) à choisir le rôle que le temps va jouer dans un système de lois. La façon dont le concept de temps est pensé a une implication très forte sur le résultat d’ensemble : le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) peut-être un paramètre (Un paramètre est au sens large un élément d'information à prendre en compte pour prendre une décision ou pour effectuer un calcul.) immuable (mécanique classique), ou une grandeur malléable au gré des phénomènes (relativité générale). Il peut être donné a priori ou construit, pour apporter une réponse sur-mesure à un problème. Mais quelle que soit la conceptualisation du temps, le problème de sa mesure demeure. Trivialement, l’homme a une expérience faible du temps comparée aux concepts qu’il peut imaginer pour le définir : il a simplement l’intuition d’un temps qui s’écoule, et il n’est pas surprenant qu’il ait de tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) temps cherché à utiliser cette propriété de son univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) comme repère. Cela suppose de pouvoir mesurer le temps, donc de la quantifier.

Paradoxalement, le temps est un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par...) de mesure très simple. Il est de dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce de...) un : pour exprimer une date, un seul nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) suffit. Ce n’est évidemment pas le cas de l’espace tridimensionnel. Cette propriété singulière du temps implique cependant une première complexité : le temps doit-il être schématiquement représenté par une droite (temps linéaire) ou un cercle (Un cercle est une courbe plane fermée constituée des points situés à égale distance d'un point nommé centre. La valeur de cette...) (temps cyclique) ? La physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...), et la cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.) en premier lieu, a apporté la notion de flèche du temps, donc d’un temps linéaire, mais il n’en fut pas toujours ainsi. L’Éternel Retour, l’Âge d’Or sont des illustrations de la croyance en un temps cyclique.

Les premières mesures du temps

Une façon triviale de mesurer le temps, à laquelle on ne pense pas toujours, consiste à simplement compter. La capacité à séquencer le cours du temps par des intervalles réguliers est certainement la marque d’une propriété plus profonde, mais ce sont surtout ses applications qui sont ici intéressantes. On peut distinguer deux approches, qui ont bien sûr coexisté : on peut, comme lorsqu’on compte, créer des points de repères, marquer des moments ; on peut aussi décider de créer des durées limitées, en utilisant par exemple une quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de...) finie. Ainsi, le temps de parole (La parole, c'est du langage incarné. Autrement dit c'est l'acte d'un sujet. Si le langage renvoie à la notion de code, la parole renvoie à celle de corps. La parole est singulière et opère un acte de langage qui s'adresse à un...) à l’Agora était-il mesuré équitablement par l’écoulement d’une quantité bien connue d’eau dans une clepsydre. En fait, les deux façons de faire se rejoignent, car marquer deux moments distincts revient à mettre à jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport...) la durée intermédiaire, si bien que le cœur du problème n’est autre que celui-ci : est-il possible de définir une durée « de base », une unité de mesure ?

C’est l’histoire de la seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La...) et de sa définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.), toujours plus précise.

Mesure moderne du temps

Depuis 1967, la seconde est définie à partir d’un phénomène physique :

le temps nécessaire à un rayon lumineux bien défini pour effectuer 9 192 631 770 oscillations.

Ce rayon lumineux servant à définir la seconde est celui dont la fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité...) provoque une excitation bien déterminée d’un atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est...) de césium-133 (transition entre les deux niveaux hyperfins de l’état de base de cet atome). Ceci signifie qu’en une seconde, il y a 9 192 631 770 périodes de ce « pendule » atomique ou horloge atomique dont la fréquence d’horloge est proche des 10 gigahertz.

Ainsi pour mesurer 1 seconde il suffit de savoir produire cette émission et d’en mesurer la fréquence. Cette émission pourrait, par sa longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de l’objet...) d’onde (3,261226 cm), donner une unité de longueur (Il existe de nombreuses unités de longueur ne faisant pas partie du système international. Certaines sont utilisées dans des domaines scientifiques pour simplifier les expressions,...) puisqu’il faut 306 633 = (9 192 631 770299 792 458) périodes spatiales pour faire un mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international (SI). Il est défini, depuis 1983, comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en...). Ceci souligne le fait qu’en l’état actuel des connaissances, la vitesse de la lumière (La vitesse de la lumière dans le vide, notée c (pour « célérité », la lumière se manifestant macroscopiquement comme un phénomène ondulatoire), est une constante physique, et...) dans le vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.) est constante et indépendante du référentiel, et constitue de fait l’étalon « naturel » dont sont dérivés l’étalon-temps et l’étalon-longueur.

En fait, selon les connaissances actuelles de la mécanique quantique (Fille de l'ancienne théorie des quanta, la mécanique quantique constitue le pilier d'un ensemble de théories physiques qu'on regroupe sous l'appellation...), les rayons lumineux absorbables par un type d’atome ont toujours la même fréquence, pour une excitation (transition) donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction, d'un...). Et selon les connaissances actuelles de la relativité générale (La relativité générale, fondée sur le principe de covariance générale qui étend le principe de relativité aux référentiels non-inertiels, est une théorie...), cette mesure sera toujours la même pour un observateur immobile par rapport aux atomes en question.

Avant la décision de la Conférence générale des poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre. Elle est égale à l'opposé de la...) et mesures de 1967 de définir l’unité de temps en fonction d’un phénomène atomique, le temps a longtemps été défini en fonction de phénomènes d’origine astronomique. La seconde est issue historiquement du jour (période de révolution de la terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse...) sur elle-même), qui est subdivisé en heures (L'heure est une unité de mesure  :), minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la...) et secondes. Le coefficient (En mathématiques un coefficient est un facteur multiplicatif qui dépend d'un certain objet, comme une variable (par exemple, les coefficients d'un polynôme), un...) 9 192 631 770 de la définition ci-dessus vise à donner à la seconde sa valeur historique.

Mais en fait, la science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai au sens large. L'ensemble de connaissances,...) moderne a montré que les phénomènes astronomiques tels que la durée de rotation de la Terre sur elle-même, ou la révolution de la Terre autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter,...) du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une...), n’ont pas une durée constante, et ne sont donc pas un bon support pour définir une unité de temps. Par exemple, la rotation de la Terre sur elle-même ralentit (très lentement), en particulier à cause des effets de marée (La marée est le mouvement montant (flux ou flot) puis descendant (reflux ou jusant) des eaux des mers et des océans causé par l'effet conjugué des forces de gravitation de la Lune et du Soleil.) de la Lune (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du système solaire avec un diamètre de 3 474 km. La...). De même, l’orbite de la Terre autour du Soleil se modifie avec le temps, car le Soleil a tendance à perdre de la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la masse grave)....) de par son rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu...) (égalisé par les réactions nucléaires qui ont lieu en son centre) à la raison de 4,3 millions de tonnes/s ; auquel se rajoute son « vent solaire » d’environ 1 million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui précède un million un...) de tonnes/s.

La réalisation de la première horloge atomique en 1947 a permis d’adopter par la suite la définition de la seconde que nous connaissons, et qui est plus rigoureuse, d’un point (Graphie) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et...), que la définition historique basée sur des phénomènes astronomiques.

La plupart des horloges modernes, (montres, ordinateurs, etc.), utilisent des cristaux de quartz ayant une fréquence d’oscillation stable pour définir leur base de temps. La fréquence employée est quasi exclusivement 32 768 Hz (215), ce qui permet d’obtenir très simplement la seconde. Ces petits quartz en coupe XY sont appelés « quartz horlogers ».

Les temps définissant les durées nécessaires à réaliser une tâche dans une usine sont généralement mesurés en centième d’heure (ch) ou décimilliheure (dmh). Ces besoins divers expliquent les options des chronomètres modernes.

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