Savez-vous ce qu’est une zeptoseconde (et comment sommes-nous arrivés à une mesure toujours plus précise du temps) ?

J'ai un jour restauré une pièce d'horlogerie des années 1950 pour un client qui ne cessait de s'extasier sur la complexité de mon travail, tout en refusant de payer. Il a rechigné lorsque je lui ai présenté la facture dont nous avions convenu au préalable. Il a ensuite déblatéré sur la nature philosophique du temps, tout en continuant à refuser de payer.

C'est au cours de ce récit nostalgique, tourné vers le ciel, que j'ai vu le garde-temps leur échapper et heurter le sol en marbre. Le verre minéral s'est brisé, entraînant les aiguilles dans une spirale. La lumière du soleil couchant d'hiver entrait à flots, ses rayons anguleux et tranchants me rappelant la façon dont nos ancêtres marquaient le temps qui passe.

Le temps était suffisamment important pour nos ancêtres pour qu'ils se donnent la peine de construire un monument préhistorique extraordinaire, Stonehenge. La première partie de cet énorme calendrier solaire a été construite vers 2400-2200 av. J.-C.

Mais il est loin d'être unique : des observatoires solaires primitifs sont disséminés dans le monde entier, notamment les tumulus de Chankillo au Pérou (construits en 250-200 av. J.-C.) et l'arrangement de pierres Wurdi Youang des Aborigènes australiens (âge inconnu). Des sociétés du monde entier, séparées par des milliers de kilomètres, ont créé indépendamment des sites pour marquer le passage du temps.

C'est une question de temps

Au fur et à mesure que les communautés se sont développées pour devenir des villes, des empires et des États, et que les sociétés se sont séparées, le temps est devenu plus important et a été divisé en heures.

Les Sumériens (4100-1750 av. J.-C.), établis en Mésopotamie (Irak actuel), ont calculé que la journée durait environ 24 heures et que chaque heure durait 60 minutes. Ils utilisaient le soleil, les étoiles et les horloges à eau pour mesurer le temps. Les horloges à eau utilisaient l'écoulement progressif de l'eau d'un récipient à l'autre pour mesurer le temps.

Les Égyptiens de l'Antiquité ont également introduit un système horaire de 24 heures vers 1550-1069 av. J.-C. Mais la durée de ces "heures" variait en fonction de la période de l'année - elle était plus longue en été qu'en hiver. Ces mesures du temps étaient basées sur le soleil, avec 12 parties pendant le jour et 12 autres pendant la nuit. Les Égyptiens ont commencé à utiliser un cadran solaire pour représenter ce système temporel vers 1000-800 av. J.-C. Les cadrans solaires ne pouvant donner l'heure la nuit, ils utilisaient des horloges à eau après la tombée de la nuit.

En Europe, l'évolution de la mesure du temps s'est quelque peu embrouillée au cours des siècles autour de 700-1300 après J.-C., car tous les dispositifs de mesure du temps sont regroupés dans le même mot latin, Horologium, dans les documents écrits européens.

L'économiste et historien David S. Landes affirme dans son livre Revolution in Time que les prières chrétiennes monastiques étaient plus rigides que celles du judaïsme et de l'islam, utilisant les cieux pour dicter l'heure de la prière à travers les sept heures canoniques de l'Église catholique. Par exemple, la sexte était censée être récitée à midi. La période de temps entre ces prières canoniques est devenue égale en durée en raison de la rigidité des heures de prière.

Il est possible que les garde-temps aient été plus importants en Europe centrale, car le temps plus nuageux aurait rendu plus difficile le repérage du soleil et des étoiles.

Temps de prière

Si les archives historiques ne nous permettent pas de savoir avec certitude si ce sont des moines qui ont fabriqué les premières horloges mécaniques, nous savons qu'elles sont apparues pour la première fois au XIVe siècle.

Elles sont mentionnées pour la première fois dans le traité Tractatus Astrarii, ou Planetarium, du médecin, astronome et ingénieur mécanique italien Giovanni de Dondi. De Dondi affirme que les premières horloges utilisaient la gravité comme source d'énergie et étaient actionnées par des poids.

Ces horloges n'étaient pas aussi précises que celles que nous connaissons aujourd'hui - elles indiquaient probablement l'heure avec une précision de 15 à 30 minutes par jour. Ces premières horloges ont commencé à apparaître dans les centres-villes, mais comme elles n'avaient pas de cadran, elles utilisaient des cloches pour signaler les heures. Ces signaux ont commencé à organiser les horaires des marchés et les besoins administratifs de chaque ville.

C'est au XVe siècle que l'on voit apparaître en Europe des ressorts enroulés comme méthode de libération de l'énergie pour les horloges. Cela n'améliorait en rien la précision, mais permettait de réduire la taille de l'horloge. Il suffit de regarder les peintures à l'huile où les montres des sujets sont fièrement exposées.

Le scientifique néerlandais Christian Huygens a appliqué pour la première fois le pendule à une horloge vers 1656. Cela a permis d'améliorer la précision des horloges à 15 secondes près par jour, car chaque oscillation prenait désormais presque exactement le même temps pour s'accomplir.

En conséquence, le temps pouvait être utilisé avec plus de précision dans les observations scientifiques, y compris celles des étoiles. Cela signifie également que les horloges peuvent désormais afficher une aiguille des minutes précise.

La mesure du temps dans d'autres parties du monde

Ailleurs dans le monde, certains dispositifs de mesure du temps remontent à plusieurs siècles. Au XIIIe siècle, on trouve des preuves de l'utilisation d'engrenages pour contrôler le mouvement des composants des astrolabes arabes, des appareils qui pouvaient calculer le temps et aider les navigateurs à déterminer leur position. Et bien avant cela, le mécanisme grec antique d'Antikythera, considéré comme le premier ordinateur au monde, est daté d'environ 100 ans avant J.-C. (il a été découvert en 1901 après J.-C.). Ces deux dispositifs permettaient de prédire le mouvement des planètes.

En Chine, l'horloge astronomique de Su Song, datée de 1088 après J.-C., était alimentée par de l'eau. Ainsi, si l'horloge a été inventée en Europe au XIVe siècle, les sociétés arabes et chinoises étaient bien plus avancées technologiquement à cette époque que leurs homologues chrétiennes occidentales.

Aujourd'hui, où que nous soyons dans le monde, le temps est une construction unifiée - et la recherche de mesures toujours plus précises se poursuit. En 2021, les scientifiques ont identifié un nouvel intervalle de temps le plus court, la zeptoseconde, qui correspond au temps nécessaire à une particule de lumière pour traverser une molécule d'hydrogène.

Dans la société moderne, le temps est généralement organisé à la minute, voire à la seconde (pensez aux horaires des trains, à la manière dont nous documentons les transactions, ou à l'établissement de records dans le domaine du sport). Cela fait naître en nous l'obsession d'être à l'heure. Les gens prennent rendez-vous avec un ami et se dépêchent d'arriver à destination lorsqu'ils ont une minute ou trop de retard. Mais au fond, qu'est-ce que quelques minutes entre amis ?

La version originale de cet article a été publiée sur The Conversation.