Oui, votre cerveau le sait. C’est lui qui l’a créé.
Je suis fasciné par le temps depuis aussi longtemps que je me souvienne. Dans mes cours de physique de premier cycle, le temps planait toujours en arrière-plan — c’était le « t » que les professeurs parsemaient dans leurs équations — mais il n’était jamais tout à fait clair de savoir ce qu’était réellement le temps. Des années plus tard, j’ai écrit un livre sur le temps, mais, même avec des chapitres sur Newton et Einstein, et une bonne dose de philosophie, quelque chose manquait.
Pour commencer, nous savons que les horloges et les montres fonctionnent, mais comment déterminons-nous l’heure ? Si vous regardez la télévision et qu’une pause publicitaire commence, vous savez que vous avez le temps d’aller aux toilettes ou peut-être de vous préparer un sandwich — en fait, vous pouvez probablement revenir devant l’écran juste au moment où les publicités se terminent. Qu’est-ce qui vous rend si bon pour juger de ces intervalles de temps ?
J’ai pensé que Dean Buonomano, étant neuroscientifique, pourrait avoir certaines réponses. Buonomano est connu pour avoir développé l’idée que le mécanisme clé n’est pas une structure unique semblable à une horloge dans le cerveau, mais plutôt des réseaux de neurones travaillant ensemble, appelés « dynamiques neuronales ».
Mais, selon Buonomano, le cerveau fait bien plus que suivre le temps ; en fait, on pourrait dire qu’il le crée. C’est grâce à notre cerveau que nous ressentons « l’écoulement » du temps, même si rien dans la physique n’indique un tel écoulement dans le monde extérieur. Peut-être encore plus crucialement, le cerveau nous permet de nous livrer à un « voyage mental dans le temps » — la capacité de se rappeler des événements passés et d’imaginer des événements futurs. Cette capacité, soutient-il, a été essentielle dans l’évolution de l’humanité, depuis la savane africaine jusqu’à la civilisation mondiale d’aujourd’hui.
Buonomano, un homme affable de 60 ans, est professeur aux départements de neurobiologie et de psychologie de l’Université de Californie à Los Angeles, où il dirige le Buonomano Lab. Son livre le plus récent est Your Brain is a Time Machine: The Neuroscience and Physics of Time (Votre cerveau est une machine à remonter le temps : la neuroscience et la physique du temps). Je me suis récemment entretenu avec lui par visioconférence.
Le neuroscientifique Dean Buonomano dit que la première conscience du temps qui passe, chez les premiers humains, a dû être traumatisante. Ils « ont dû regarder vers l’avenir et dire : “oh merde, je vais mourir” ».
Vous et moi avons tous deux écrit des livres sur le temps — mais vous êtes neuroscientifique et moi non, alors j’ai pensé que nous pourrions commencer par le cerveau. Même lorsque je suis dans une pièce sans horloges, j’ai ce qui semble être une conscience raisonnable du temps écoulé. Comment le cerveau fait-il cela ? J’imagine que ce n’est pas aussi simple que d’avoir une petite horloge dans le cerveau. Que se passe-t-il ?
Le cerveau possède des mécanismes fondamentalement différents pour mesurer le temps à différentes échelles. Vous avez une horloge circadienne ; c’est elle qui vous guide lorsque vous avez faim, qui vous dit quand vous coucher, quand vous lever. Mais cette horloge n’a pas de trotteuse ; elle ne peut pas « dire l’heure ». Elle ne va pas vous aider à déterminer le tempo d’une chanson que vous écoutez. Donc, cette horloge est indépendante des autres. Nous avons aussi d’autres horloges, d’autres minuteries, qui guident notre capacité à avoir cette conversation.
Nous savons que beaucoup de ces formes de mesure du temps reposent sur ce qu’on appelle une « horloge de population neuronale » — c’est un circuit de neurones où un neurone peut contacter et exciter un autre, puis un autre, et ainsi de suite. Vous pouvez les imaginer comme des dominos qui tombent. Si vous avez une longue ligne de dominos, vous pouvez l’utiliser comme une horloge, parce que vous pourriez marquer le temps en fonction du domino qui est en train de tomber. C’est ainsi que le cerveau détermine le temps à l’échelle de la milliseconde, grâce à ce que nous appelons la « dynamique neuronale ». Les neurones constituent un système dynamique, et ils créent des motifs spatio-temporels d’activité, et nous utilisons ces motifs pour mesurer le temps.
Bien que nous n’ayons pas une petite horloge dans nos cerveaux, peut-être avons-nous quelque chose comme un minuteur ?
Je pense que la manière la plus juste de le dire est que votre cerveau entier est un minuteur. Vous n’avez pas une petite horloge ; vous avez tout votre cerveau. Vous n’avez pas un minuteur centralisé. Tous les neurones, en effet, peuvent contribuer à la mesure du temps selon les besoins.
Vous avez mentionné nos horloges circadiennes corporelles. Pouvez-vous en donner une brève explication ?
Absolument. L’horloge circadienne est probablement le minuteur du cerveau que nous connaissons le mieux. C’est essentiellement un oscillateur biochimique. Il fonctionne comme une boucle de rétroaction négative dans laquelle vous produisez des protéines qui inhibent la production de plus de protéines — et, par conception, cette période est d’environ 24 heures. Et vous n’avez pas besoin d’un cerveau pour avoir une horloge circadienne. Les plantes en ont, et les bactéries aussi. C’est donc l’horloge la plus primitive, et à bien des égards la plus importante, parce qu’elle est synchronisée par la rotation de la Terre.
Alors, comment le sens du temps de mon cerveau se rapporte-t-il au temps de l’horloge — le temps mesuré par nos montres et nos horloges ?
Nous devons calibrer nos horloges internes, nos minuteurs internes, avec le temps « objectif » externe. Si votre horloge circadienne est décalée par rapport au temps externe, vous avez un décalage horaire. À plus courte échelle, tout ce que nous faisons consiste en quelque sorte à calibrer notre capacité à mesurer le temps et à l’accorder avec le monde objectif. Si vous êtes musicien, vous avez votre dynamique interne qui vous permet de générer ou produire une pièce musicale — mais vous avez aussi un métronome, n’est-ce pas ? Et ce métronome sert de calibration. Il y a des milliers d’années, nous n’avions pas ces horloges externes. Si vous essayiez d’attraper un objet en plein vol ou de lancer une lance sur un objet en mouvement — ce sont tous des problèmes de synchronisation, et vous devez chronométrer vos réponses motrices en fonction des lois de la physique et du monde extérieur.
Bien que le voyage dans le temps à la manière d’Hollywood reste une fiction, nous avons quelque chose qu’on appelle le voyage mental dans le temps. Qu’est-ce que c’est ?
Le voyage mental dans le temps désigne la capacité de revivre des choses qui se sont produites dans le passé et de simuler ou d’imaginer différents scénarios futurs. Le voyage mental dans le temps est l’une des capacités cognitives les plus fondamentales ou définissantes que les humains ont développées. C’est ce qui nous a vraiment permis d’arriver où nous sommes. Pensez à quelque chose d’aussi simple que l’agriculture — l’une des avancées technologiques les plus importantes que nous ayons jamais eues. C’est une idée simple, n’est-ce pas ? Planter une graine et ensuite récolter les bénéfices en termes d’assurance de nourriture dans le futur. Mais cette idée simple a réellement échappé à tous les autres animaux, et aux premiers humains pendant des millions d’années. Et pourquoi ? Je pense que c’est parce que cela implique le voyage mental dans le temps. Sans cette capacité, il est difficile de dire : « Eh bien, je vais planter cette graine aujourd’hui afin d’en récolter les bénéfices dans quelques mois ou années ». Donc, ce lien de cause à effet sur de longues périodes est quelque chose que la plupart des animaux sont largement incapables de faire.
La manière juste de le dire est que votre cerveau entier est un minuteur.
Pourquoi pensons-nous que cette capacité est unique aux humains ?
Elle est certainement unique par le degré auquel nous pouvons le faire. Il y a un certain débat pour savoir si d’autres animaux peuvent le faire. Maintenant, d’autres animaux accomplissent des actions orientées vers le futur ; un écureuil stocke de la nourriture, un castor construit un barrage, et les oiseaux construisent des nids. Mais, selon la plupart des récits, ce sont des comportements innés. Les animaux ne semblent pas conscients de la raison pour laquelle ils le font. C’est ainsi que fonctionne l’évolution ; elle crée des comportements innés pour que vous puissiez accomplir des actions orientées vers le futur sans avoir à comprendre pourquoi vous les accomplissez.
Cela dit, bien que cette capacité à voyager mentalement dans le temps et à voir l’avenir ait dû être incroyablement puissante, elle a aussi été incroyablement traumatisante. Certains premiers humains ont dû regarder vers l’avenir et dire : « oh merde, je vais mourir ». Ils ont vu qu’ils étaient mortels. Cette capacité cognitive à voyager mentalement dans le temps a peut-être initié ou déclenché le besoin de croyances surnaturelles, comme la religion. Les croyances surnaturelles ont peut-être été développées en partie pour faire face à notre capacité de voyager mentalement dans le temps et de voir que nous sommes mortels. Et quelle meilleure façon de le faire que de croire qu’il y a une vie après la mort ?
Je me demande si le développement du langage est lié à la capacité de voyager mentalement dans le temps ?
Je suis d’accord que le voyage mental dans le temps et le langage doivent être liés. Pour nous préparer à l’avenir, nous avons besoin de capacités linguistiques et de langage et de symboles pour planifier à l’avance et pour quantifier le temps qui passe. Je pense que ces choses ont coévolué.
Il est également intéressant de noter que, lorsque nous parlons du temps, dans de nombreuses cultures, nous utilisons des métaphores spatiales. Certains ont soutenu que nous avions des circuits [neuronaux] en place pour traiter l’espace — gauche, droite, nord, sud — essentiels pour suivre les animaux lors de leurs migrations sur de longues distances. Et ensuite, ces circuits pour l’espace ont été réquisitionnés ou transformés, et nous ont permis de voyager mentalement à travers le temps. Nous avons le passé, nous avons le présent, nous avons l’avenir. Et quand vous et moi parlons du temps, nous utilisons souvent des métaphores spatiales. Nous disons, « c’était une longue journée », ou « j’ai hâte de te voir », ou « Avec le recul, ce n’était pas ma meilleure idée ». Donc, c’est l’un des outils que nous utilisons pour voyager mentalement dans le temps, et cela va précisément dans le sens de votre remarque sur la relation entre le voyage mental dans le temps et le langage.
Fait intéressant, nous les utilisons aussi dans l’autre sens, en utilisant le temps pour décrire l’espace. Nous dirons des choses comme : « Le centre commercial est à 10 minutes d’ici ».
C’est un bon exemple, mais il n’y en a pas beaucoup. Je pense que nous spatialisons le temps bien plus que nous ne temporalisons l’espace.
Une chose très basique à propos de notre expérience du temps est qu’il semble s’écouler : le futur devient le présent, le présent disparaît dans le passé. Mais cet écoulement est plutôt insaisissable. Y a-t-il quelque chose dans le monde physique qui corresponde à cet écoulement ? Ou pourrait-il s’agir d’une création de l’esprit ?
Le temps se trouve au centre d’une tempête parfaite de mystères scientifiques non résolus impliquant le libre arbitre, la conscience et l’unification de la relativité et de la mécanique quantique. Il y a deux points de vue.
L’un est appelé le présentisme ; c’est la vue intuitive — l’idée que seul le présent est réel, et que le passé n’est plus réel et que le futur n’est pas encore réel. Et que nous pouvons agir dans le présent et modifier ou façonner l’avenir. C’est certainement la vision dominante à travers l’histoire. Mais en physique moderne, depuis Einstein, cette vision a commencé à changer.
Il existe désormais une tension entre les neurosciences et la physique, beaucoup de physiciens et de philosophes disant que les lois de la physique suggèrent que la vision présentiste est erronée, et que la bonne vision est l’éternalisme, aussi appelé la « théorie de l’univers-bloc ». Dans cette vision, le « maintenant » est au temps ce que le « ici » est à l’espace. Nous n’avons aucun problème à dire que nous existons tous deux dans l’espace, même si nous sommes éloignés ; vous êtes à Toronto et je suis à Los Angeles. Selon l’éternalisme, la même chose est vraie pour le temps. Il existerait d’autres « versions » de vous dans le passé ou dans le futur qui coexistent toutes.
La perception du temps est la manière dont l’évolution nous permet de comprendre le changement.
Je pense que la manière la plus intuitive pour les gens de comprendre cette notion — que tout le temps est déployé de cette façon — est à travers le concept du voyage dans le temps, c’est-à-dire la version hollywoodienne du voyage dans le temps. Selon le présentisme, le voyage dans le temps est absolument impossible, puisque vous ne pouvez pas voyager vers des moments qui n’existent pas. Donc, tous nos films préférés sur le voyage dans le temps, que ce soit Terminator ou Predestination, ne tiennent pas debout.
C’est une réponse un peu détournée, mais, selon l’éternalisme, notre sentiment subjectif de l’écoulement du temps est difficile à expliquer, et certains physiciens et philosophes le considèrent comme une illusion. En d’autres termes, puisque le temps ne s’écoule pas dans le sens normal [dans le monde physique], alors il doit s’agir d’une illusion imposée par le cerveau. Et c’est ce qui cause cette tension entre neurosciences et physique.
Restons un instant sur la différence entre le temps et l’espace : ils semblent vraiment très différents, n’est-ce pas ? Après tout, j’ai un certain contrôle sur ma position dans l’espace — je peux bouger d’un pas vers l’est ou d’un pas vers l’ouest, sans problème. Nous n’avons pas cette liberté de nous déplacer dans le temps.
Je pense que c’est l’une des raisons pour lesquelles certains philosophes et physiciens adoptent l’éternalisme. Les lois de la physique ne nous disent pas que le moment présent a quoi que ce soit de spécial. De plus, les lois de la physique sont généralement réversibles dans le temps. Vous pouvez appliquer les lois de Newton ou d’Einstein en avant ou en arrière, pour prédire le futur ou rétrodicter le passé. Et puis, avec la théorie de la relativité, nous avons prouvé qu’il n’y a pas de « maintenant » absolu. Si je voyageais dans un autre référentiel à très grande vitesse, il n’aurait aucun sens pour moi de demander : « Que fait Dan maintenant ? » parce que nos horloges tournent à des rythmes différents. Certains en ont conclu que, peut-être il n’y a pas de maintenant ; peut-être que tous les moments existent déjà « quelque part ».
Mais votre remarque sur le fait de pouvoir se déplacer dans l’espace, mais pas dans le temps est certainement importante, et elle soulève cette question de la flèche du temps. Et la physique a des réponses à cela. L’une de ces réponses concerne le fait que tout semble « s’écouler » dans la direction du futur, et cela est dû à la deuxième loi de la thermodynamique [qui dit que l’entropie, en gros le désordre d’un système, est toujours en augmentation], ainsi qu’au fait que l’univers a dû commencer dans un état de très faible entropie. Vous avez donc besoin de ces deux choses, agissant ensemble, pour expliquer la flèche du temps. Mais les lois de la physique ne prouvent ni l’une ni l’autre vision ; elles n’exigent ni l’éternalisme ni le présentisme. Ce sont seulement des interprétations.
J’essaie de me représenter cet « univers-bloc » suggéré par la vision éternaliste. Si le passé, le présent et le futur sont tous déployés comme un bloc, comment nos actions présentes peuvent-elles affecter l’avenir ? L’avenir n’est-il pas déjà « fixé » d’une certaine manière ?
C’est exactement cela. Selon la vision éternaliste, il n’y a pas de libre arbitre. Les choses ont déjà été, en un sens, prédéterminées, parce qu’elles se sont déjà produites en un sens. Il y a donc essentiellement très peu de place pour ce que la plupart des gens appelleraient le libre arbitre.
Les neurosciences sont le seul domaine où la chose étudiée est celle qui fait l’étude.
Donc l’éternalisme défie nos intuitions — mais le présentisme est aussi assez étrange. Nous nous souvenons du passé, nous imaginons le futur — mais il est difficile de cerner ce qui rend le moment présent plus réel que tous les autres moments.
Nous devons être conscients que ce que nous appelons « le présent » est en réalité une fenêtre d’intégration. Nous parlons donc maintenant de psychologie, de neurosciences. Lorsque vous m’entendez parler, il y a un délai [en raison de la vitesse finie du son], et votre cerveau intègre ce délai. Et si nous parlions en personne, vos yeux recevraient l’information visuelle de mes lèvres bougeant avant que vos oreilles n’entendent les ondes sonores produites par ces mêmes lèvres. Donc, votre cerveau intègre ; il n’y a pas de présent instantané unique. Il y a ce que nous appelons une fenêtre temporelle d’intégration, et ensuite le cerveau crée ce récit dans lequel toutes ces choses se produisent simultanément. Il y a une certaine flexibilité ; si vous êtes assis dans les places éloignées au concert, et que quelqu’un frappe les cymbales, vous le voyez, mais le son est retardé. Mais si vous êtes aux places proches et chères, le délai est bien moindre. La notion de présent, pour le cerveau, est flexible et adaptative. Mais je ne pense pas qu’elle soit mystérieuse au sens où l’est l’éternalisme.
Nous pourrions encore nous demander d’où vient notre impression de « l’écoulement » du temps.
Nous avons évolué pour avoir le sentiment que le passé n’est plus réel, que le présent est réel, et que le futur n’est pas encore réel, parce que c’est adaptatif. Mais pourquoi est-ce adaptatif ? Parce que c’est réel. C’est adaptatif parce que c’est ainsi que l’univers fonctionne réellement. L’argument n’est pas que tout ce que nous percevons correspond un à un au monde réel, mais la plupart du temps, oui. La couleur en est un bon exemple : la couleur n’existe pas réellement en physique, mais il existe une approximation de la couleur en termes de longueur d’onde de la lumière. L’astuce du cerveau, l’astuce de l’évolution, a été de nous permettre de créer de petits spectromètres. Notre perception consciente du temps était la manière dont l’évolution nous a permis de comprendre comment les choses changent dans le monde extérieur, comment le temps s’écoule effectivement. Et c’est adaptatif parce que cela capture bien une propriété réelle du monde physique.
Au bout du compte, nos cerveaux imposent-ils des limites à notre capacité à répondre à ces questions profondes ?
Je pense certainement que oui. Je ne vois pas comment il pourrait en être autrement. Nos cerveaux sont un produit de l’évolution, et l’évolution a sélectionné l’architecture cognitive de nos cerveaux pour survivre dans un monde où nous ne vivons plus vraiment. C’était un monde dans lequel nous luttions pour survivre, pour trouver de la nourriture, pour nous protéger, pour trouver un abri et pour nous reproduire. Nous n’habitons plus ce monde.
Je pense que tout dispositif de traitement de l’information a ses limites, et, dans le cas du cerveau humain, ces limites sont très claires. Par exemple, la mécanique quantique. De toute évidence, le cerveau n’a pas évolué pour avoir l’architecture cognitive correcte afin de comprendre si un photon est une onde ou une particule. Et tout le débat sur les différentes interprétations de la mécanique quantique est en réalité un débat de neurosciences, parce qu’il concerne vraiment les limitations du cerveau humain. Mais je pense que nous devons être conscients que les limitations du cerveau humain débordent sur d’autres domaines, et le temps en fait partie. Les neurosciences sont un domaine unique en ce sens que c’est le seul domaine de toute la science où la chose étudiée est celle qui fait l’étude. Et ce n’est pas une bonne configuration, car cela laisse place aux biais et aux limitations.
Mais laissez-moi dire une chose sur la manière de gérer ces limitations. Je pense que l’un des outils les plus puissants jamais inventés pour surmonter les limitations du cerveau est les mathématiques. Parce qu’une fois que vous pouvez décrire les choses dans un ensemble d’équations, peu importe si nous les comprenons, n’est-ce pas ? Vous pouvez simplement mettre ces équations dans un ordinateur, et l’ordinateur peut indiquer ce qui se passera dans le futur, ou ce qui pourrait se passer dans le futur, ou ce qui s’est passé dans le passé.
Les mathématiques nous permettent d’aller au-delà des limitations inhérentes au cerveau. C’est pourquoi la physique a été aussi puissante qu’elle l’est. Nous avons essentiellement la capacité de décrire tout ce qui se passe sur notre planète, à part vivre dans un collisionneur de particules ou à côté d’un trou noir, avec un degré de précision incroyable. Les mathématiques sont ce qui nous permet de le faire. Voilà de quoi parle réellement la lutte entre le présentisme et l’éternalisme : interpréter les mathématiques. C’est là que nous devons être plus conscients des limitations du cerveau humain.
Dan Falk est un journaliste scientifique basé à Toronto, dont les livres incluent The Science of Shakespeare et In Search of Time. Il coanime un balado appelé BookLab, qui critique des ouvrages de vulgarisation scientifique. Retrouvez-le sur BlueSky à @danfalk.bsky.social.
Texte original publié le 8 juillet 2025 : https://nautil.us/does-anybody-really-know-what-time-is-1223272/