Les scientifiques commencent à prendre au sérieux les moteurs à distorsion, en particulier ce concept

Il est difficile de vivre dans un univers relativiste, où même les étoiles les plus proches sont si éloignées et où la vitesse de la lumière est absolue.

Il n’est donc pas étonnant que les franchises de science-fiction utilisent couramment le FTL (Faster-than-Light) comme dispositif d’intrigue. Appuyez sur un bouton, et ce système de guidage fantaisiste – dont personne ne peut expliquer le fonctionnement – nous enverra vers un autre endroit dans l’espace-temps.

Cependant, ces dernières années, la communauté scientifique est devenue, à juste titre, enthousiaste et sceptique face aux affirmations selon lesquelles un concept particulier – le moteur à distorsion d’Alcubierre – pourrait en fait être réalisable.

Ce fut le sujet d’une présentation faite lors de l‘American Institute of Aeronautics and Astronautics Propulsion and Energy Forum, qui s’est du 19 au 22 août 2019 à Indianapolis.

Cette présentation était dirigée par Joseph Agnew – un ingénieur de premier cycle et assistant de recherche de l’Université d’Alabama au Centre de recherche sur la propulsion (PRC) de Huntsville.

Dans le cadre d’une session intitulée “L’avenir du nucléaire et les percées de la propulsion”, Agnew a partagé les résultats d’une étude qu’il a menée intitulée “Un examen de la théorie et de la technologie de la distorsion pour déterminer l’état de l’art et la faisabilité“.

Comme l’a expliqué M. Agnew devant une salle comble, la théorie qui sous-tend un système de propulsion à distorsion est relativement simple. Proposé à l’origine par le physicien mexicain Miguel Alcubierre en 1994, ce concept de système FTL est considéré par l’homme comme une solution hautement théorique (mais peut-être valable) aux équations du champ d’Einstein, qui décrivent comment l’espace, le temps et l’énergie dans notre Univers interagissent.

En termes simples, le système de propulsion Alcubierre permet de voyager en FTL en étirant le tissu de l’espace-temps en une vague, ce qui provoque la contraction de l’espace devant lui tandis que l’espace derrière lui se dilate. En théorie, un vaisseau spatial à l’intérieur de cette vague serait capable de chevaucher cette “bulle de distorsion” et d’atteindre des vitesses supérieures à la vitesse de la lumière. C’est ce que l’on appelle la “métrique d’Alcubierre“.

Interprétée dans le contexte de la Relativité Générale, l’intérieur de cette bulle de distorsion constituerait le cadre de référence inertiel de tout ce qui s’y trouve. De même, de telles bulles peuvent apparaître dans une région de l’espace-temps auparavant plate et dépasser la vitesse de la lumière. Comme le vaisseau ne se déplace pas dans l’espace-temps (mais qu’il se déplace lui-même dans l’espace-temps), les effets relativistes classiques (comme la dilatation du temps) ne s’appliqueraient pas.

En bref, la métrique Alcubierre permet de voyager en FTL sans enfreindre les lois de la relativité au sens classique du terme. Comme Agnew l’a dit à Universe Today par courriel, il s’est inspiré de ce concept dès le lycée et le poursuit depuis :

“Je me suis davantage plongé dans les mathématiques et les sciences et, par conséquent, j’ai commencé à m’intéresser à la science-fiction et à faire avancer les théories à une échelle plus technique. J’ai commencé à regarder Star Trek, la série originale et The Next Generation, et j’ai remarqué comment ils avaient prédit ou inspiré l’invention des téléphones portables, des tablettes et d’autres commodités. J’ai pensé à d’autres technologies, comme les torpilles à photons, les phaseurs et les moteurs à distorsion, et j’ai essayé de faire des recherches sur ce que la ‘science de Star Trek’ et son ‘équivalent dans le monde réel’ avaient à dire à ce sujet. Je suis ensuite tombé sur l’article original de Miguel Alcubierre, et après l’avoir digéré pendant un certain temps, j’ai commencé à chercher d’autres mots clés et articles et à approfondir la théorie.”

Bien que le concept ait été généralement rejeté parce qu’il était entièrement théorique et hautement spéculatif, il a reçu un nouveau souffle ces dernières années. Le mérite en revient en grande partie à Harold “Sonny” White, chef de l’équipe de propulsion avancée du Advanced Propulsion Physics Laboratory du Johnson Space Center de la NASA (alias “Eagleworks Laboratory”).

Lors du Symposium sur les 100 ans des vaisseaux spatiaux en 2011, White a partagé quelques calculs actualisés de la métrique d’Alcubierre, qui ont fait l’objet d’une présentation intitulée “Warp Field Mechanics 101“ (et d’une étude du même nom). Selon M. White, la théorie d’Alcubierre était solide mais nécessitait des tests et des développements sérieux. Depuis lors, ses collègues et lui ont fait ces mêmes choses au sein du laboratoire d’Eagleworks.

Dans le même ordre d’idées, Agnew a passé une grande partie de sa carrière universitaire à faire des recherches sur la théorie et la mécanique de la chaîne. Sous le mentorat de Jason Cassibry – professeur associé d’ingénierie mécanique et aérospatiale et membre du corps enseignant du Centre de recherche sur la propulsion de l’UAH – les travaux de M. Agnew ont abouti à une étude qui aborde les principaux obstacles et opportunités présentés par la recherche sur la mécanique des chaînes.

Comme l’a raconté Agnew, l’un des plus importants est le fait que le concept de “distorsion” n’est pas encore pris très au sérieux dans les milieux scientifiques :

“D’après mon expérience, la mention de la distorsion a tendance à faire glousser la conversation parce qu’elle est tellement théorique et tout droit sortie de la science-fiction. En fait, elle est souvent accueillie avec des remarques méprisantes et utilisée comme exemple de quelque chose de totalement farfelu, ce qui est compréhensible. Je sais que dans mon propre cas, je l’avais initialement regroupé, mentalement, dans la même catégorie que les concepts superluminiques typiques, car il est évident qu’ils violent tous l’hypothèse selon laquelle ‘la vitesse de la lumière est la vitesse ultime’. Ce n’est que lorsque j’ai approfondi la théorie que je me suis rendu compte qu’elle ne présentait pas ces problèmes. Je pense qu’il y aurait / aura beaucoup plus d’intérêt lorsque les individus se pencheront sur les progrès qui ont été réalisés. La nature historiquement théorique de l’idée est également en soi un élément dissuasif probable, car il est beaucoup plus difficile de constater des progrès substantiels lorsque vous examinez des équations plutôt que des résultats quantitatifs.”

Bien que le domaine en soit encore à ses débuts, un certain nombre de développements récents ont contribué à le faire progresser. Par exemple, la découverte d’ondes gravitationnelles naturelles (GWS) par les scientifiques du LIGO en 2016, qui a à la fois confirmé une prédiction faite par Einstein il y a un siècle et prouvé que la base de la force de distorsion existe dans la nature. Comme l’a indiqué Agnew, il s’agit peut-être de l’évolution la plus importante, mais pas la seule :

“Au cours des 5 à 10 dernières années environ, il y a eu beaucoup d’excellents progrès dans le domaine de la prédiction des effets anticipés de la force motrice, de la détermination de la façon dont on pourrait la faire naître, du renforcement des hypothèses et des concepts fondamentaux et, mon préféré, des moyens de tester la théorie en laboratoire.

La découverte de LIGO, il y a quelques années, a constitué, à mon avis, un énorme bond en avant pour la science, puisqu’elle a prouvé, de manière expérimentale, que l’espace-temps peut ‘se déformer’ et se courber en présence d’énormes champs gravitationnels, et que cela se propage à travers l’Univers d’une manière que nous pouvons mesurer. Avant, on comprenait que c’était probablement le cas, grâce à Einstein, mais nous en sommes maintenant certains.”

Puisque le système repose sur l’expansion et la compression de l’espace-temps, a déclaré M. Agnew, cette découverte a démontré que certains de ces effets se produisent naturellement. “Maintenant que nous savons que l’effet est réel, la question suivante, dans mon esprit, est de savoir comment l’étudier et le générer nous-mêmes en laboratoire”, a-t-il ajouté. “Il est évident qu’une telle chose représenterait un énorme investissement en temps et en ressources, mais elle serait très bénéfique.”

Bien sûr, le concept de moteur de distorsion nécessite un soutien supplémentaire et de nombreuses avancées avant que la recherche expérimentale ne soit possible. Il s’agit notamment de progrès en termes de cadre théorique ainsi que d’avancées technologiques. Si ces derniers sont traités comme des problèmes de “petite taille” au lieu d’un défi massif, a déclaré M. Agnew, alors les progrès sont certains :

“En substance, ce qu’il faut pour un moteur de distorsion est un moyen d’étendre et de contracter l’espace-temps à volonté, et de manière locale, par exemple autour d’un petit objet ou d’un vaisseau. Nous savons avec certitude que des densités d’énergie très élevées, sous forme de champs électromagnétiques ou de masse, par exemple, peuvent provoquer une courbure dans l’espace-temps. Cependant, notre analyse actuelle du problème montre qu’il en faut énormément pour y parvenir.

D’un autre côté, les domaines techniques devraient essayer d’affiner autant que possible les équipements et les procédés, afin de rendre ces hautes densités d’énergie plus plausibles. Je pense qu’il y a une chance qu’une fois que l’effet pourra être reproduit à l’échelle du laboratoire, cela conduira à une compréhension beaucoup plus profonde du fonctionnement de la gravité, et pourrait ouvrir la porte à certaines théories ou lacunes encore non découvertes. En résumé, je suppose que le plus grand obstacle est l’énergie, et avec elle viennent les obstacles technologiques, nécessitant des champs EM plus grands, des équipements plus sensibles, etc.”

La quantité d’énergie positive et négative nécessaire pour créer une bulle de distorsion reste le plus grand défi associé au concept d’Alcubierre. Actuellement, les scientifiques pensent que la seule façon de maintenir la densité d’énergie négative nécessaire à la production de la bulle est d’utiliser de la matière exotique. Les scientifiques estiment également que le besoin total en énergie serait équivalent à la masse de Jupiter.

Cependant, cela représente une baisse significative par rapport aux estimations antérieures de l’énergie, qui prétendaient qu’il faudrait une masse d’énergie équivalente à celle de l’Univers tout entier. Néanmoins, la quantité de matière exotique de la masse de Jupiter reste prohibitive. À cet égard, des progrès significatifs doivent encore être réalisés pour réduire les besoins en énergie à un niveau plus réaliste.

La seule façon prévisible d’y parvenir est de poursuivre les progrès de la physique quantique, de la mécanique quantique et des métamatériaux, explique M. Agnew. Quant à l’aspect technique des choses, de nouveaux progrès devront être réalisés dans la création de supraconducteurs, d’interféromètres et de générateurs magnétiques. Et bien sûr, il y a la question du financement, qui est toujours un défi lorsqu’il s’agit de concepts considérés comme “à la portée de tous”.

Mais comme le dit Agnew, ce n’est pas un défi insurmontable. Au vu des progrès réalisés jusqu’à présent, il y a des raisons d’être positif pour l’avenir :

“La théorie a jusqu’à présent confirmé qu’elle vaut la peine d’être poursuivie, et il est plus facile aujourd’hui qu’auparavant de fournir des preuves de sa légitimité. En termes de justification de l’allocation des ressources, il n’est pas difficile de voir que la capacité d’explorer au-delà de notre système solaire, et même au-delà de notre galaxie, serait un énorme bond en avant pour l’humanité. Et la croissance de la technologie résultant du dépassement des limites de la recherche serait certainement bénéfique.”

Tout comme l’avionique, la recherche nucléaire, l’exploration spatiale, les voitures électriques et les propulseurs de fusée réutilisables, le moteur à distorsion d’Alcubierre semble destiné à être l’un de ces concepts qui devront se frayer un chemin en amont. Mais si l’on en croit ces autres cas historiques, il pourrait éventuellement passer un point de non-retour et sembler soudain tout à fait possible !

Et compte tenu de notre préoccupation croissante pour les exoplanètes (un autre domaine en pleine explosion de l’astronomie), les gens ne manquent pas d’espérer envoyer des missions dans les étoiles proches pour rechercher des planètes potentiellement habitables. Et comme le montrent les exemples cités ci-dessus, il suffit parfois d’un bon coup de pouce pour que les choses se mettent en place…

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Source : Universe Today – Traduit par Anguille sous roche