Pour la plupart d’entre nous, voyager plus vite que la limite de vitesse cosmique – la vitesse de la lumière – est un fantasme de science-fiction qui brise le fondement même de la physique moderne. Mais aux yeux d’un étudiant de premier cycle en génie de l’Université de l’Alabama à Huntsville nommé Joseph Agnew, c’est une théorie qui mérite d’être étudiée.
L’idée est venue Agnew au lycée, quand il est tombé amoureux des lecteurs de chaîne qu’il a vus dans Star Trek. «J’ai pensé à une partie de la technologie postulée», dit-il, «et je me suis demandé quel pourrait être le soutien scientifique.»
Agnew n’est pas seulement un autre Trekkie aux yeux rêveurs. En septembre 2019, il a présenté un exposé sur le sujet lors d’une conférence sur le génie aérospatial. Rapports décrit le public d’Agnew comme «salle debout seulement», et l’événement a attiré une bonne affaire de l’attention des médias.
Il peut sembler remarquable qu’un morceau de science-fiction se soit retrouvé dans une conférence universitaire, mais Agnew est loin d’être le seul dans son intérêt. Il espère devenir l’une des dizaines d’ingénieurs et de physiciens théoriciens qui étudient sérieusement les transmissions par distorsion depuis plus de deux décennies. Mais contrairement à Agnew, la plupart des scientifiques considèrent que la distorsion n’est guère plus qu’une expérience de pensée, même si elle peut encore nous apprendre beaucoup.
«C’est techniquement solide, mais il y a eu des problèmes qui sont survenus à presque tous les niveaux.»
«Elle est toujours perçue à juste titre comme une idée hautement spéculative qui est intéressante pour illustrer certains points de la relativité générale mais complètement irréalisable», explique Jose Natarió, mathématicien et physicien théoricien à l’Instituto Superior Téchnico de l’Université de Lisbonne.
« Il est techniquement solide », explique Gerald Cleaver, physicien théoricien à l’Université Baylor, « mais il y a eu des problèmes qui se sont posés à presque tous les niveaux ».
Le domaine des études de transmission de chaîne a moins de 30 ans. En 1994, un physicien nommé Miguel Alcubierre, puis doctorante à l’Université de Cardiff au Pays de Galles, a proposé quelque chose de remarquable: un moyen de voyager plus vite que la vitesse de la lumière – aux yeux d’un observateur extérieur – sans faire étalage des lois de la physique.
La théorie de l’entraînement par distorsion d’Alcubierre ne fonctionne pas en poussant plus vite que la lumière. Au lieu de cela, son entraînement de distorsion crée une bulle qui déforme littéralement l’espace: le comprimant devant et l’étirant derrière. Si vous étiez dans un vaisseau spatial voyageant à l’intérieur d’une telle bulle, vous vous déplaceriez toujours sous la vitesse de la lumière, mais vous parcourriez essentiellement des distances qui ont été resserrées plus courtes, comme si vous montiez la crête d’une vague espace-temps.
«Un mécanisme de propulsion basé sur une telle distorsion locale de l’espace-temps ne demande qu’à recevoir le nom familier de« distorsion »de la science-fiction», écrivait Alcubierre dans son article original. Naturellement, parmi les physiciens et le grand public, le nom a fait son chemin.
« Il est toujours perçu à juste titre comme une idée hautement spéculative qui est intéressante pour illustrer certains points de la relativité générale, mais complètement irréalisable. »
Mais pour que la vision mathématique d’Alcubierre fonctionne, l’espace déformé aurait une énergie négative – en d’autres termes, inférieure à l’énergie nulle qui existe dans un vide parfait. Aussi bizarre que cela puisse paraître, ce n’est pas physiquement impossible. Afin d’obtenir cette énergie négative, la théorie de l’entraînement de chaîne d’Alcubierre invoque ce que les physiciens appellent la «matière exotique» – une sorte qui a une masse négative.
La matière exotique de masse négative serait assez particulière si vous la rencontriez sur Terre. À la fois mathématiquement et littéralement, cela agirait comme un opposé polaire de la matière de masse positive avec laquelle vous interagissez à chaque instant de votre vie. Si vous essayez de repousser une balle de matière exotique de masse négative, par exemple, elle viendra vers vous – et la gravité de la Terre, plutôt que de lier cette balle au sol, la repoussera dans l’espace.
Pour l’instant, la matière exotique de masse négative vit dans le domaine de l’hypothèse, mais cela ne déconcerte pas Agnew. «Certaines théories indiquent que des matières exotiques pourraient exister», dit-il.
Carlos Barceló, chercheur en gravité à l’Institut andalou d’astrophysique de Grenade, en Espagne, est d’accord. « Il est juste hypothétique que la matière exotique existe, mais il y a des situations théoriques qui indiquent la possibilité qu’elle pourrait être fabriquée. »
Agnew cite quelque chose appelé l’effet Casimir. Imaginez deux feuilles de métal neutres dans le vide, presque mais pas tout à fait touchant – à des nanomètres l’une de l’autre. Les photons dont les longueurs d’onde ne rentrent pas dans l’espace sont coupés, ce qui réduit l’énergie du vide; en fait, cet écart a en fait une énergie négative. Agnew ne précise pas comment l’effet Casimir pourrait être utilisé pour obtenir des matières exotiques, mais il dit que c’est « un indicateur potentiel de certaines de ces forces inconnues en jeu ».
En tout état de cause, le document original d’Alcubierre disait que, pour supporter l’énergie négative d’une bulle de chaîne de seulement 100 mètres de diamètre, vous auriez besoin de plus de matière exotique que la masse de l’Univers entier. Les calculs ultérieurs ont réduit ce nombre à la seule masse de Jupiter, mais c’est toujours une quantité stupéfiante de quelque chose que personne n’a jamais vu – du moins, à notre connaissance.
Néanmoins, pour les physiciens théoriciens, le papier d’Alcubierre est devenu comme une lampe dans l’obscurité. Depuis un quart de siècle, de nombreux mathématiciens, ingénieurs et physiciens ont tourné autour de sa théorie, la séparant puis la martelant.
L’un de ces physiciens était Jose Natarió. «Il semblait y avoir beaucoup d’arbitraire dans les choix [Alcubierre] faits», dit-il. «Je voulais voir s’il y avait de meilleurs choix.»
Puis, en 2001, Natarió montré que le lecteur de chaîne d’Alcubierre n’était qu’un lecteur de chaîne possible et que l’espace d’étirement et de compression d’Alcubierre n’était pas réellement nécessaire. Il a imaginé une alternative: une bulle de chaîne qui avance dans l’espace, comme il le dit, « un peu comme un poisson glisse dans l’eau sans la comprimer ni la dilater ».
Mais le mouvement de distorsion de Natarió n’a pas réussi à éliminer la dépendance d’Alcubierre à l’égard des matières exotiques de masse négative. De plus, son entraînement de distorsion a été confronté à d’autres obstacles qui ont empêché Alcubierre et ses lecteurs de devenir réalité.
Un problème est que les photons sortant du devant d’une bulle de distorsion, où l’espace est comprimé, sont décalés; ils ont des longueurs d’onde plus courtes. Cela signifie que les photons gagnent de l’énergie, mais afin de préserver la conservation de l’énergie, ils la siphonneraient de l’espace qui a déjà une énergie négative, déstabilisant la bulle entière.
«Dans mon journal», explique Natarió, «je prouve que ce problème se produit pour tous les lecteurs de chaîne.»
«À moins que l’on trouve un moyen de dompter ces instabilités», explique Barceló, «le lecteur de chaîne serait détruit en très peu de temps.»
Natarió met en évidence un autre problème. Même si vous avez réussi à créer une bulle de distorsion avec une énergie négative, il n’y a aucun moyen connu de la faire avancer dans l’espace, de la même manière que vous ne pouvez pas entendre un avion supersonique avant son arrivée. «On ne peut pas dire à l’espace de se déformer pour que la bulle de chaîne puisse avancer», dit-il.
Ces problèmes font que les déplacements en warp drive, comme nous l’imaginons, sont tout à fait impraticables. Agnew, un étudiant en génie, semble penser que ces obstacles sont surmontables et qu’une chaîne de distorsion est à portée de main. «Je suis convaincu qu’il y a plus à explorer», dit-il. « Il y a certainement des raisons d’espérer! »
Les physiciens théoriques ne sont pas tout à fait d’accord.
Créer un lecteur de chaîne aujourd’hui, dit Cleaver, est «impossible, pour être honnête».
« Vous ne pouvez pas dire à l’espace de se déformer pour que la bulle de distorsion puisse avancer. »
Il n’y a aucun moyen de construire un lecteur de distorsion, dit Natarió, « pas avec la technologie actuelle et peut-être pas avec une technologie future. »
«Les chances sont très faibles qu’une configuration comme celle-ci soit jamais construite», explique Barceló.
« Je ne pense pas que ce soit possible à moins que nous découvrions quelque chose de nouveau sur la physique fondamentale à l’avenir », dit Alcubierre lui-même. Aujourd’hui directeur de l’Institut des sciences nucléaires de l’Université nationale autonome du Mexique, Alcubierre n’a effectué aucun travail sur les transmissions par distorsion depuis ce premier article en 1994.
Joseph Agnew pense qu’il faudra quelque chose d’expérimental, «des progrès quantitatifs et physiquement représentatifs dans la recherche», afin de changer la façon dont les physiciens voient les pulsions de distorsion.
Par exemple, les ingénieurs de la NASA ont proposé expériences qui mesureraient la déformation de l’espace avec des lasers, mais jusqu’à présent, aucune expérience ne s’est avérée utile, et Cleaver a fait valoir que ces expériences sont imparfaites.
Pourtant, même si le lecteur de distorsion reste hors de portée des ingénieurs, cela ne signifie pas qu’ils sont une impasse cosmique. En étudiant les entraînements de distorsion théoriques, les physiciens ont pu en apprendre beaucoup sur la relativité et sur le fonctionnement de l’univers dans des circonstances extrêmes.
«J’ai toujours [été intéressé par] les raisons pour lesquelles la vitesse de la lumière ne peut pas être dépassée», explique Barceló. Pour lui, étudier les entraînements de distorsion est une façon d’explorer les horizons de la physique, où la limite de vitesse cosmique commence à se dégrader.
De plus, Cleaver dit qu ‘«il y a beaucoup de connexions entre [lecteurs de distorsion] et trous de ver», des «tunnels» théoriques reliant différents endroits dans l’espace-temps. À l’instar de la chaîne Warp d’Alcubierre, les trous de ver peuvent offrir un moyen de parcourir de grandes distances plus rapidement que la vitesse de la lumière. De plus, certaines théories des trous de ver dépendent de l’énergie négative pour rester ouvertes. Ces liens expliquent en grande partie pourquoi Cleaver appelle les lecteurs de chaîne «une idée très intéressante».
Et même si les transmissions par distorsion ne deviennent jamais plus qu’une expérience de pensée, de nombreux physiciens de la distorsion s’inspirent du même bien d’Agnew.
Comme le dit Cleaver, « je pense que nous sommes tous Star Trek Ventilateurs. »
GIPHY App Key not set. Please check settings