Les possibilités scientifiques du voyage dans le temps

Les histoires de voyages dans le passé et dans l’avenir ont longtemps captivé notre imagination, mais la question de savoir si le voyage dans le temps est possible est une question épineuse qui va droit au cœur de la compréhension de ce que les physiciens veulent dire lorsqu’ils utilisent le mot « temps ».

La physique moderne nous apprend que le temps est l’un des aspects les plus mystérieux de notre univers, même si cela peut sembler simple à première vue. Einstein a révolutionné notre compréhension de ce concept, mais même avec cette compréhension révisée, certains scientifiques se demandent encore si le temps existe réellement ou s’il s’agit d’une simple « illusion obstinément persistante » (comme Einstein l’appelait autrefois). Quoi qu’il en soit, les physiciens (et les auteurs de fiction) ont trouvé des moyens intéressants de manipuler le temps pour envisager de le traverser de manière peu orthodoxe.

Temps et relativité

Bien qu’elle soit mentionnée dans The Time Machine (1895) de H.G. Wells, la science du voyage dans le temps n’a vu le jour que bien avant le XXe siècle, comme un effet secondaire de la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein (développée en 1915). La relativité décrit le tissu physique de l’univers en termes d’espace-temps quadridimensionnel, qui comprend trois dimensions spatiales (haut/bas, gauche/droite et avant/arrière) ainsi qu’une dimension temporelle. Selon cette théorie, qui a été prouvée par de nombreuses expériences au cours du siècle dernier, la gravité est le résultat de la flexion de cet espace-temps en réponse à la présence de la matière. En d’autres termes, étant donné une certaine configuration de la matière, le tissu spatio-temporel réel de l’univers peut être modifié de manière significative.

L’une des conséquences étonnantes de la relativité est que le mouvement peut entraîner une différence dans la façon dont le temps passe, un processus connu sous le nom de dilatation du temps. Le paradoxe classique des jumeaux est la manifestation la plus spectaculaire de ce phénomène. Dans cette méthode de « voyage dans le temps », vous pouvez vous déplacer dans le futur plus rapidement que la normale, mais il n’y a pas vraiment de retour en arrière. (Il y a une légère exception, mais nous y reviendrons plus loin dans l’article).

Voyager tôt dans le temps

En 1937, le physicien écossais W. J. van Stockum a appliqué pour la première fois la relativité générale d’une manière qui a ouvert la porte au voyage dans le temps. En appliquant l’équation de la relativité générale à une situation avec un cylindre rotatif infiniment long et extrêmement dense (un peu comme une perche de barbier sans fin). La rotation d’un objet aussi massif crée en fait un phénomène connu sous le nom de « traînage du cadre », c’est-à-dire qu’il entraîne en fait l’espace-temps avec lui. Van Stockum a découvert que dans cette situation, vous pouviez créer un chemin dans l’espace-temps en 4 dimensions qui commence et se termine au même point – ce qu’on appelle une courbe fermée semblable au temps – qui est le résultat physique permettant le voyage dans le temps. Vous pouvez partir dans un vaisseau spatial et suivre un chemin qui vous ramène exactement au même moment où vous avez commencé.

Bien que le résultat soit intriguant, la situation était assez artificielle, donc il n’y avait pas vraiment d’inquiétude à ce sujet. Une nouvelle interprétation, beaucoup plus controversée, était cependant sur le point de voir le jour.

En 1949, le mathématicien Kurt Godel – un ami d’Einstein et un collègue de l’Institute for Advanced Study de l’université de Princeton – a décidé de s’attaquer à une situation où l’univers entier est en rotation. Dans les solutions de Godel, le voyage dans le temps était en fait autorisé par les équations si l’univers était en rotation. Un univers en rotation pouvait lui-même fonctionner comme une machine à voyager dans le temps.

Maintenant, si l’univers était en rotation, il y aurait des moyens de le détecter (les faisceaux lumineux se courberaient, par exemple, si l’univers entier était en rotation), et jusqu’à présent, les preuves sont extrêmement solides qu’il n’y a pas de sorte de rotation universelle. Là encore, le voyage dans le temps est exclu par cet ensemble particulier de résultats. Mais le fait est que les choses dans l’univers tournent, et cela ouvre à nouveau la possibilité.

Le voyage dans le temps et les trous noirs

En 1963, le mathématicien néo-zélandais Roy Kerr a utilisé les équations de champ pour analyser un trou noir rotatif, appelé trou noir de Kerr, et a découvert que les résultats permettaient de trouver un chemin à travers un trou de ver dans le trou noir, en manquant la singularité au centre, et de le faire ressortir à l’autre extrémité. Ce scénario permet également d’obtenir des courbes temporelles fermées, comme le physicien théoricien Kip Thorne l’a réalisé des années plus tard.

Au début des années 1980, alors que Carl Sagan travaillait sur son roman Contact (1985), il a posé à Kip Thorne une question sur la physique du voyage dans le temps, qui a inspiré Thorne à examiner le concept d’utilisation d’un trou noir comme moyen de voyager dans le temps. Avec le physicien Sung-Won Kim, Thorne a réalisé que l’on pouvait (en théorie) avoir un trou noir avec un trou de ver le reliant à un autre point dans l’espace maintenu ouvert par une forme d’énergie négative.

Mais ce n’est pas parce que vous avez un vortex que vous avez une machine à voyager dans le temps. Supposons que vous puissiez déplacer une extrémité du trou de ver (l' »extrémité mobile »). Vous placez l’extrémité mobile sur un vaisseau spatial, et vous le lancez dans l’espace à une vitesse proche de celle de la lumière. La dilatation du temps s’enclenche, et le temps vécu par l’extrémité mobile est bien inférieur à celui vécu par l’extrémité fixe. Supposons que vous déplacez le bout mobile de 5 000 ans dans l’avenir de la Terre, mais que le bout mobile ne « vieillit » que 5 ans. Vous partez donc en 2010 après J.-C., par exemple, et vous arrivez en 7010 après J.-C.

Cependant, si vous voyagez par l’extrémité mobile, vous sortirez en fait de l’extrémité fixe en 2015 après JC (puisque 5 ans se sont écoulés depuis le retour sur Terre). Quoi ? Comment cela fonctionne-t-il ?

Eh bien, le fait est que les deux extrémités du vortex sont reliées. Quelle que soit la distance qui les sépare, dans l’espace-temps, elles sont toujours « proches » l’une de l’autre. Comme l’extrémité mobile n’a que cinq ans de plus que lorsqu’elle est partie, la traverser vous renvoie au point correspondant du vortex fixe. Et si une personne de 2015 après J.-C. traverse le vortex fixe, elle en sortira en 7010 après J.-C. par le vortex mobile. (Si quelqu’un passait par le vortex en 2012 après J.-C., il se retrouverait sur le vaisseau spatial quelque part au milieu du voyage et ainsi de suite).

Bien que ce soit la description la plus raisonnable physiquement d’une machine à voyager dans le temps, il y a encore des problèmes. Personne ne sait s’il existe des trous de ver ou de l’énergie négative, ni comment les rassembler de cette manière s’ils existent. Mais c’est (en théorie) possible.