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Comment construire une machine à remonter le temps Ce ne serait pas facile, mais cela pourrait être possible

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machine remonter temps

Par Paul Davies

Ce voyage est un thème de science-fiction populaire depuis que HG Wells a écrit son célèbre roman The Time Machine en 1895. Mais peut-on vraiment le faire? Est-il possible de construire une machine qui transporterait un être humain dans le passé ou le futur?

Pendant des décennies, les voyages dans le temps ont dépassé les limites d’une science respectable. Ces dernières années, toutefois, le sujet est devenu une industrie artisanale chez les physiciens théoriciens. La motivation a été en partie récréative – voyager dans le temps est amusant à penser. Mais cette recherche a aussi un côté sérieux. Comprendre la relation entre cause et effet est un élément clé des tentatives de construction d’une théorie unifiée de la physique. Si un voyage dans le temps sans restriction était possible, même en principe, la nature d’une telle théorie unifiée pourrait être radicalement affectée.

Notre meilleure compréhension du temps provient des théories de la relativité d’Einstein. Avant ces théories, le temps était largement considéré comme absolu et universel, identique pour tous, quelles que soient leurs circonstances physiques. Dans sa théorie spéciale de la relativité, Einstein a suggéré que l’intervalle mesuré entre deux événements dépend de la façon dont l’observateur se déplace. De manière cruciale, deux observateurs qui se déplacent différemment auront des durées différentes entre les deux mêmes événements.

L’effet est souvent décrit à l’aide du paradoxe jumeau. Supposons que Sally et Sam sont des jumeaux. Sally monte à bord d’une fusée et se dirige à grande vitesse vers une étoile proche, se retourne et retourne sur Terre, tandis que Sam reste chez lui. Pour Sally, la durée du voyage peut être, par exemple, d’un an, mais quand elle revient et quitte le vaisseau spatial, elle découvre que 10 ans se sont écoulés sur Terre. Son frère a maintenant neuf ans de plus qu’elle. Sally et Sam n’ont plus le même âge, bien qu’ils soient nés le même jour. Cet exemple illustre un type limité de voyage dans le temps. En effet, Sally a sauté neuf ans dans l’avenir de la Terre.

Décalage horaire

L’effet, connu sous le nom de dilatation temporelle, se produit chaque fois que deux observateurs se déplacent l’un par rapport à l’autre. Dans la vie quotidienne, nous ne remarquons pas de distorsions temporelles étranges, car l’effet devient dramatique uniquement lorsque le mouvement se produit à une vitesse proche de celle de la lumière. Même à la vitesse d’un avion, la dilatation du temps dans un trajet typique ne représente que quelques nanosecondes – ce n’est guère une aventure de la taille de Wellsian. Néanmoins, les horloges atomiques sont suffisamment précises pour enregistrer le décalage et confirmer que le temps est réellement étiré par le mouvement. Par conséquent, voyager dans le futur est un fait avéré, même s’il a jusqu’à présent été assez décevant.

Pour observer des variations temporelles dramatiques, il faut regarder au-delà du domaine de l’expérience ordinaire. Les particules subatomiques peuvent être propulsées presque à la vitesse de la lumière dans les grandes machines à accélérateur. Certaines de ces particules, telles que les muons, ont une horloge intégrée car elles se désintègrent avec une demi-vie définie; Conformément à la théorie d’Einstein, on observe que les muons à l’intérieur des accélérateurs se désintègrent au ralenti. Certains rayons cosmiques subissent également des déformations temporelles spectaculaires. Ces particules se déplacent tellement près de la vitesse de la lumière que, de leur point de vue, elles traversent la galaxie en quelques minutes, même si, dans le cadre de référence de la Terre, elles semblent prendre des dizaines de milliers d’années. Si la dilatation du temps ne se produisait pas, ces particules ne pourraient jamais arriver ici.

La vitesse est un moyen d’avancer dans le temps. La gravité en est une autre. Dans sa théorie générale de la relativité, Einstein a prédit que la gravité ralentit le temps. Les horloges fonctionnent un peu plus rapidement dans le grenier que dans le sous-sol, qui est plus proche du centre de la Terre et donc plus profondément dans un champ gravitationnel. De même, les horloges fonctionnent plus rapidement dans l’espace que sur le sol. Encore une fois, l’effet est minuscule, mais il a été directement mesuré à l’aide d’horloges précises. En effet, ces effets de distorsion temporelle doivent être pris en compte dans le système de positionnement global. Les marins, les chauffeurs de taxi et les missiles de croisière risquent de se retrouver à plusieurs kilomètres du parcours.

À la surface d’une étoile à neutrons, la gravité est si forte que le temps est ralenti d’environ 30% par rapport au temps terrestre. Vu d’une telle étoile, les événements ici ressembleraient à une vidéo en avance rapide. Un trou noir représente l’ultime chaîne de temps; à la surface du trou, le temps s’est arrêté par rapport à la Terre. Cela signifie que si vous tombiez dans un trou noir à proximité, dans le bref intervalle qui vous a pris pour atteindre la surface, toute l’éternité passerait dans l’univers plus large. La région dans le trou noir est donc au-delà de la fin des temps, en ce qui concerne l’univers extérieur. Si un astronaute pouvait zoomer très près d’un trou noir et revenir indemne – certes une perspective fantaisiste, pour ne pas dire téméraire -, il pourrait sauter très loin dans l’avenir.

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J’ai la tête qui tourne

À ce jour, j’ai discuté de la nécessité d’avancer dans le temps. Pourquoi ne pas revenir en arrière? C’est beaucoup plus problématique. En 1948, Kurt Gdel de l’Institute for Advanced Study de Princeton, dans le New Jersey, produisit une solution des équations du champ gravitationnel d’Einstein décrivant un univers en rotation. Dans cet univers, un astronaute pouvait voyager dans l’espace afin d’atteindre son propre passé. Cela vient de la façon dont la gravité affecte la lumière. La rotation de l’univers traînait la lumière (et donc les relations de causalité entre objets), permettant ainsi à un objet matériel de voyager en boucle fermée dans un espace qui est aussi une boucle fermée dans le temps, sans jamais dépasser la vitesse de lumière dans le voisinage immédiat de la particule. La solution de Gdel a été écartée comme une curiosité mathématique – après tout, les observations ne montrent aucun signe que l’univers dans son ensemble tourne. Son résultat servit néanmoins à démontrer que remonter dans le temps n’était pas interdit par la théorie de la relativité. En effet, Einstein a avoué qu’il était troublé par l’idée que sa théorie pourrait permettre un voyage dans le passé dans certaines circonstances.

D’autres scénarios ont été trouvés pour permettre de voyager dans le passé. Par exemple, en 1974, Frank J. Tipler, de l’Université de Tulane, avait calculé qu’un énorme cylindre d’une longueur infinie qui tournait sur son axe à une vitesse proche de celle de la lumière pouvait permettre aux astronautes de visiter leur propre passé, encore une fois en faisant glisser la lumière autour du cylindre dans une boucle. En 1991, J. Richard Gott de l’Université de Princeton avait prédit que les chaînes cosmiques – des structures qui, selon les cosmologues, auraient été créées au tout début du big bang – pourraient produire des résultats similaires. Cependant, au milieu des années 80, le scénario le plus réaliste pour une machine à remonter le temps est apparu, basé sur le concept de trou de ver.

Dans la science-fiction, les trous de ver sont parfois appelés stargates; ils offrent un raccourci entre deux points de l’espace largement séparés. Sautez dans un trou de ver hypothétique, et vous pourriez sortir quelques instants plus tard de l’autre côté de la galaxie. Les trous de ver s’inscrivent naturellement dans la théorie générale de la relativité, selon laquelle la gravité déforme non seulement le temps mais aussi l’espace. La théorie permet l’analogie d’itinéraires alternatifs routiers et tunnels reliant deux points de l’espace. Les mathématiciens se réfèrent à un tel espace comme multiplié connecté. Tout comme un tunnel passant sous une colline peut être plus court que la rue de surface, un trou de ver peut être plus court que le trajet habituel à travers un espace ordinaire.

Le trou de ver a été utilisé comme un dispositif de fiction par Carl Sagan dans son roman de 1985, Contact. Invité par Sagan, Kip S. Thorne et ses collègues du California Institute of Technology ont entrepris de déterminer si les trous de ver étaient compatibles avec la physique connue. Leur point de départ était qu’un trou de ver ressemblerait à un trou noir en tant qu’objet d’une gravité redoutable. Mais contrairement au trou noir, qui offre un aller simple et nul, un trou de ver aurait une sortie et une entrée.

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Dans la boucle

Pour que l’empoisonnement puisse être parcouru, il doit contenir ce que Thorne a appelé la matière exotique. En réalité, il s’agit là d’une chose qui générera une antigravité pour combattre la tendance naturelle d’un système massif à s’imploser dans un trou noir sous son poids intense. L’antigravité, ou répulsion gravitationnelle, peut être générée par une énergie ou une pression négative. On sait que des états d’énergie négative existent dans certains systèmes quantiques, ce qui suggère que les lois de la physique n’écartent pas la matière exotique de Thorne, même s’il est difficile de savoir s’il est possible d’assembler suffisamment de substances antigravitantes pour stabiliser un trou de ver.

Bientôt, Thorne et ses collègues se rendirent compte que si un trou de ver stable pouvait être créé, il pourrait être rapidement transformé en une machine à remonter le temps. Un astronaute qui en a traversé une pourrait sortir non seulement ailleurs dans l’univers, mais aussi ailleurs, dans le futur ou dans le passé.

Pour adapter le trou de ver au voyage dans le temps, l’une de ses bouches pourrait être remorquée jusqu’à une étoile à neutrons et placée près de sa surface. La gravité de l’étoile ralentirait le temps près de la bouche de ce ver, de sorte qu’une différence de temps entre les extrémités du vortex s’accumule progressivement. Si les deux bouches étaient ensuite garées à un endroit pratique dans l’espace, cette différence de temps resterait figée à l’intérieur.

Supposons que la différence était de 10 ans. Un astronaute traversant le trou de ver dans une direction sauterait 10 ans plus tard, tandis qu’un astronaute passant dans la direction opposée sauterait 10 ans plus tard. En revenant à son point de départ à grande vitesse dans un espace ordinaire, le deuxième astronaute pourrait rentrer chez lui avant son départ. En d’autres termes, une boucle fermée dans l’espace pourrait également devenir une boucle dans le temps. La seule restriction est que l’astronaute ne pouvait pas revenir à une époque antérieure à la construction du trou de ver.

La création du trou de ver est un problème majeur qui empêche de créer une machine à remonter le temps dans un ver. Peut-être l’espace est-il enfilé avec de telles structures naturellement – des reliques du big bang. Si tel est le cas, une super-civilisation peut en ordonner une. Alternativement, les trous de ver peuvent naturellement exister sur de petites échelles, appelée longueur de Planck, environ 20 facteurs de 10 aussi petit qu’un noyau atomique. En principe, un tel trou de ver minute pourrait être stabilisé par une impulsion d’énergie et ensuite gonflé d’une manière ou d’une autre aux dimensions utilisables.

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Censuré!

En supposant que les problèmes d’ingénierie puissent être résolus, la production d’une machine à remonter le temps pourrait ouvrir la boîte à une paradoxe de Pandore. Prenons, par exemple, le voyageur temporel qui visite le passé et assassine sa mère lorsqu’elle était jeune fille. Comment pouvons-nous donner un sens à cela? Si la fille meurt, elle ne peut pas devenir la mère du voyageur temporel. Mais si le voyageur temporel n’était jamais né, il ne pourrait pas revenir en arrière et assassiner sa mère.

De tels paradoxes se produisent lorsque le voyageur temporel tente de changer le passé, ce qui est évidemment impossible. Mais cela n’empêche pas quelqu’un de faire partie du passé. Supposons que le voyageur temporel revienne et sauve une jeune fille d’un meurtre et que cette fille grandisse pour devenir sa mère. La boucle causale est maintenant cohérente et non plus paradoxale. La cohérence causale peut imposer des restrictions à ce qu’un voyageur dans le temps est capable de faire, mais elle n’exclut pas le voyage dans le temps en soi.

Même si les voyages dans le temps ne sont pas strictement paradoxaux, ils sont certainement étranges. Considérez le voyageur temporel qui avance d’un an et lit un nouveau théorème mathématique dans une future édition de Scientific American. Il note les détails, revient à son époque et enseigne le théorème à un étudiant, qui le rédige ensuite pour Scientific American. Cet article est bien entendu celui-là même que le voyageur temporel a lu. La question se pose alors: d’où vient l’information sur le théorème? Pas du voyageur temporel, parce qu’il l’a lu, mais pas de l’étudiant non plus, qui l’a appris du voyageur temporel. Les informations semblaient provenir de nulle part, sans raison.

Les conséquences étranges du voyage dans le temps ont conduit certains scientifiques à rejeter cette notion. Stephen Hawking de l’Université de Cambridge a proposé une conjecture de protection chronologique, qui interdirait les boucles de causalité. Parce que la théorie de la relativité est connue pour permettre des boucles causales, la protection de la chronologie nécessiterait un autre facteur pour empêcher les voyages dans le passé. Quel pourrait être ce facteur? Une suggestion est que les processus quantiques vont venir à la rescousse. L’existence d’une machine à remonter le temps permettrait aux particules de s’intégrer dans leur propre passé. Les calculs suggèrent que la perturbation qui s’ensuivrait deviendrait auto-renforçante, créant une vague d’énergie qui détruirait le trou de ver.

La protection de la chronologie n’est encore qu’une hypothèse, le voyage dans le temps reste donc une possibilité. Une résolution finale de la question peut devoir attendre l’union réussie de la mécanique quantique et de la gravitation, peut-être à travers une théorie telle que la théorie des cordes ou son extension, appelée théorie M. Il est même concevable que la prochaine génération d’accélérateurs de particules puisse créer des trous de ver subatomiques qui survivent assez longtemps pour que les particules proches puissent exécuter des boucles causales passagères. Ce serait loin de la vision d’une machine à remonter le temps de Wells, mais cela changerait à jamais notre image de la réalité physique.

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L’AUTEUR

PAUL DAVIES est directeur de Beyond: Centre des concepts fondamentaux en sciences de l’Université d’Arizona. Physicien théoricien et cosmologue de profession, il travaille également dans le domaine de l’astrobiologie. Il est l’un des auteurs les plus prolifiques d’ouvrages de physique de niveau populaire. Ses recherches scientifiques portent sur les trous noirs, la théorie des champs quantiques, la nature de la conscience, ainsi que l’origine et l’évolution de la vie.

Cet article a été publié sous le titre « Comment construire une machine à remonter le temps » dans SA Special Editions 17, 1s, 28-33 (Juillet 2012)

doi: 10.1038 / scientificamerican0407-28sp

https://www.scientificamerican.com/article/how-to-build-a-time-machine-2007-04/


Comment construire une machine à explorer le temps ?


7075421-LDans ce livre Paul Davies propose le schéma de principe d’un système permettant le voyage dans le temps en créant un trou de ver :

  1. un collisionneur crée un plasma quark-gluon. Les accélérateurs d’ions lourds comme le LHC du CERN peuvent produire ces plasmas, à une température de 1013 kelvin.
  2. un « imploseur » comprimerait ensuite ce plasma par un facteur 1019 pour atteindre la température de Planck, ce qui formerait éventuellement un minuscule trou de ver. L’énergie nécessaire n’est pas élevée grâce au très faible volume, mais la technologie n’est pas disponible actuellement. Davis propose d’utiliser un dispositif Z-pinch amélioré, en le ceinturant d’une sphère de bombes thermonucléaires.
  3. un « inflateur » est ensuite chargé d’agrandir le trou de ver par de l’ “énergie négative”, correspondant au niveau d’énergie que l’on trouve entre les plaques de l’effet Casimir. Paul Davies propose diverses idées liées à l’énergie du vide ou à l’énergie sombre, mais l’inflateur est certainement le composant le plus hypothétique de la machine…
  4. le trou de ver étant créé, le « différenciateur » est chargé de créer une différence temporelle entre ses deux extrémités. On peut soit accélérer une extrémité A, chargée, à vitesse relativiste dans un accélérateur de particules, soit la placer dans le champ gravitationnel d’une étoile à neutrons, pendant que l’extrémité B vieillit en même temps que les expérimentateurs, mettons pendant 10 ans.

En entrant dans l’extrémité B, et en ressortant en A, le voyageur remontera dans le temps de 10 ans, soit au moment de la création de la machine.

Une telle machine permet d’expliquer le “paradoxe de Hawking” selon lequel, si le voyage temporel était possible, nous aurions la visite de voyageurs temporels. En effet, la machine de Davies ne permet pas de remonter avant le moment de sa construction.

Références :

Comment construire une machine à explorer le temps ?


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3 réponses »

  1. Mais qu’ont ils détraqué dans les années 70. Si cela est possible, 20 ans en 1960. quel bonheur, même l’air sentait bon, surtout en été, et l’odeur des 403, des DS.

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