Le dernier livre de Stephen Hawking suggère que le voyage dans le temps sera possible un jour
“Si l’on faisait une demande de subvention de recherche pour travailler sur les voyages dans le temps, elle serait immédiatement rejetée”, a écrit le physicien Stephen Hawking dans son livre posthume, Brief Answers to the Big Questions.
Il avait raison. Mais il avait aussi raison de dire que se demander si le voyage dans le temps est possible est une “question très sérieuse” qui peut encore être abordée scientifiquement.
Faisant valoir que notre compréhension actuelle ne peut l’exclure, Hawking, il semble, a été prudemment optimiste. Alors, où cela nous mène-t-il ? Nous ne pouvons pas construire une machine à remonter le temps aujourd’hui, mais le pourrions-nous à l’avenir ?
Commençons par notre expérience quotidienne. Nous tenons pour acquis la possibilité d’appeler nos amis et notre famille où qu’ils soient dans le monde pour savoir ce qu’ils font en ce moment.
Mais c’est quelque chose que nous ne pourrons jamais savoir. Les signaux qui transportent leurs voix et leurs images voyagent à une vitesse incompréhensible, mais il faut encore un temps limité pour que ces signaux nous parviennent.
Notre incapacité à accéder au “maintenant” de quelqu’un de lointain est au cœur des théories d’Albert Einstein sur l’espace et le temps.
Vitesse de la lumière
Einstein nous a dit que l’espace et le temps font partie d’une chose – l’espace-temps – et que nous devrions être aussi disposés à penser aux distances dans le temps que nous sommes des distances dans l’espace.
Aussi étrange que cela puisse paraître, nous répondons volontiers “environ deux heures et demie” quand on nous demande à quelle distance de Londres se trouve Birmingham. Ce que nous voulons dire, c’est que le voyage dure aussi longtemps à une vitesse moyenne de 80 km/h.
Mathématiquement, notre déclaration équivaut à dire que Birmingham est à environ 125 miles de Londres. Comme l’écrivent les physiciens Brian Cox et Jeff Forshaw dans leur livre Why does E=mc²? le temps et la distance “peuvent être échangés en utilisant quelque chose qui a la devise d’une vitesse”.
Le saut intellectuel d’Einstein était de supposer que le taux de change entre un temps et une distance dans l’espace-temps est universel – et c’est la vitesse de la lumière.
La vitesse de la lumière est la vitesse la plus rapide qu’un signal puisse atteindre, ce qui met une limite fondamentale à la rapidité avec laquelle nous pouvons savoir ce qui se passe ailleurs dans l’univers. Cela nous donne la “causalité” – la loi selon laquelle les effets doivent toujours venir après leurs causes.
C’est une épine théorique sérieuse du côté des protagonistes qui voyagent dans le temps. Pour moi, voyager dans le temps et déclencher des événements qui empêchent ma naissance, c’est mettre l’effet (moi) avant la cause (ma naissance).
Maintenant, si la vitesse de la lumière est universelle, nous devons la mesurer pour qu’elle soit la même – 299 792 458 mètres par seconde dans le vide – aussi vite que nous nous déplaçons nous-mêmes.
Einstein s’est rendu compte que la conséquence de la vitesse de la lumière étant absolue, l’espace et le temps eux-mêmes ne peuvent l’être. Et il s’avère que les horloges en mouvement doivent fonctionner plus lentement que les horloges fixes.
Plus vous bougez vite, plus votre horloge tourne lentement par rapport à celles que vous dépassez. Le mot “relatif” est la clé : le temps vous semblera passer normalement. Mais à tous ceux qui ne bougent pas, vous serez au ralenti.
Si vous alliez à la vitesse de la lumière, vous sembleriez figé dans le temps – en ce qui vous concerne, tous les autres seraient en avance rapide.
Et si nous voyagions plus vite que la lumière, le temps remonterait-il, comme nous l’a appris la science-fiction ?
Malheureusement, il faut une énergie infinie pour accélérer un être humain à la vitesse de la lumière, sans parler de son dépassement. Mais même si nous le pouvions, le temps ne reculerait pas. Au lieu de cela, il n’aurait plus de sens de parler du tout d’aller de l’avant et de l’arrière.
La loi de causalité serait violée et le concept de cause à effet perdrait son sens.
Vortex
Einstein nous a également dit que la force de gravité est une conséquence de la façon dont la masse déforme l’espace et le temps. Plus nous nous faufilons dans une région de l’espace, plus l’espace-temps est déformé et plus les horloges voisines sont lentes à fonctionner.
Si nous comprimons suffisamment de masse, l’espace-temps devient si déformé que même la lumière ne peut échapper à son attraction gravitationnelle et un trou noir se forme.
Et si vous vous approchiez du bord du trou noir – son horizon d’événements – votre horloge s’activerait infiniment lentement par rapport à celles qui sont loin d’elle.
Alors, pourrions-nous déformer l’espace-temps de la bonne façon pour le refermer sur lui-même et voyager dans le temps ?
La réponse est peut-être, et ce dont nous avons besoin est un vortex traversable. Mais nous devons aussi produire des régions à densité énergétique négative pour le stabiliser, ce que la physique classique du XIXe siècle ne permet pas. La théorie moderne de la mécanique quantique, cependant, pourrait éclaircir les choses.
Selon la mécanique quantique, l’espace vide n’est pas vide. Au lieu de cela, il est rempli de paires de particules qui entrent et sortent de l’existence. Si nous pouvons faire une région où moins de paires peuvent entrer et sortir que partout ailleurs, alors cette région aura une densité énergétique négative.
Cependant, trouver une théorie cohérente qui combine la mécanique quantique avec la théorie de la gravité d’Einstein reste l’un des plus grands défis de la physique théorique. Un candidat, la théorie des cordes (plus précisément la théorie M) peut offrir une autre possibilité.
La théorie M exige que l’espace-temps ait 11 dimensions : celle du temps et trois de l’espace dans lequel nous nous déplaçons et sept autres, invisibles et petites. Pourrions-nous utiliser ces dimensions spatiales supplémentaires pour raccourcir l’espace et le temps ? Hawking, au moins, était plein d’espoir.
Sauver l’histoire
Le voyage dans le temps est-il vraiment une possibilité ? Notre compréhension actuelle ne peut l’exclure, mais la réponse est probablement non.
Les théories d’Einstein ne parviennent pas à décrire la structure de l’espace-temps à des échelles incroyablement petites. Et bien que les lois de la nature soient souvent en totale contradiction avec notre expérience quotidienne, elles sont toujours cohérentes, laissant peu de place aux paradoxes qui abondent lorsque nous jouons avec les causes et les effets dans le voyage dans le temps de la science-fiction.
Malgré son optimisme ludique, Hawking a reconnu que les lois de la physique non découvertes qui remplaceront un jour celles d’Einstein pourraient conspirer pour empêcher les grands objets comme vous et moi de sauter dans le temps (et non de façon causale). Nous appelons cet héritage sa “conjecture de protection chronologique“.
Que l’avenir nous réserve ou non des machines à remonter le temps, nous pouvons nous réconforter en sachant que lorsque nous grimpons une montagne ou que nous roulons en voiture, nous changeons le cours du temps.
Peter Millington, chargé de recherche au sein du groupe de cosmologie des particules, École de physique et d’astronomie, Université de Nottingham.
Cet article est republié à partir de The Conversation. Lire l’article original.
Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche
