Three ways to travel faster than light (and why physics says they are impossible)

Nobody took the idea of warp drive seriously until 1994, when a theoretical physicist Miguel Alcubierre proposed a method that could, within the realm of known physics, warp space to travel faster than light.

La découverte d’Alcubierre a mis les physiciens théoriques en ébullition. Les voyages FTL pourraient-ils être possibles ?

Même la NASA s’y est intéressée.

Supposons que je veuille faire quelque chose de « simple » comme envoyer une sonde robotisée vers Alpha Centauri pour la vérifier et faire un rapport. Alpha du Centaure se trouve à environ 4,37 années-lumière. Disons quatre pour simplifier. Il faut donc 4 ans à un rayon lumineux pour y arriver depuis la Terre. À moins que je puisse aller plus vite que la lumière, un voyage aller-retour prend au moins 8 ans ! Et ce, à la vitesse de la lumière, sans compter le temps nécessaire pour accélérer jusqu’à cette vitesse et ralentir à Alpha du Centaure. Notre sonde la plus rapide, la Parker Solar Probe de la NASA, lancée en 2018, n’atteindra qu’une vitesse maximale de 200 kilomètres par seconde. La vitesse de la lumière est 1500 fois plus rapide !

Parvenir à une sonde même proche de cette vitesse serait impressionnant, mais, si je peux aller plus vite que la lumière, peut-être beaucoup plus vite, je pourrais réduire ce temps d’aller-retour à des mois, voire moins.

Une telle possibilité avait déjà été envisagée au sein de la communauté des physiciens des décennies auparavant avec des recherches sur ce qu’on appelle communément les « trous de ver ». Comme l’idée d’Alcubierre, les trous de ver sont une distorsion de l’espace, mais au lieu d’être une bulle qu’un vaisseau emporte avec lui, ils sont des passages dans l’espace qui peuvent vous emmener d’un point à un autre en un temps bien plus court que de traverser l’espace normal, comme un train à grande vitesse.

Les trous de ver avaient été découverts en 1916, un an seulement après qu’Einstein ait publié sa théorie de la gravité appelée relativité générale. Comparés à la théorie de la distorsion, ils sont anciens mais à peine moins exotiques.

Les trous de ver figurent également dans Star Trek mais, à l’exception de celui construit par les extraterrestres dans DS9, ils sont considérés comme instables. Dans la franchise de science-fiction plus proche de l’avenir, Stargate, en revanche, ils sont le moyen de rigueur pour voyager vers d’autres étoiles et galaxies.

Pour ceux d’entre nous qui envisagent une humanité future voyageant vers les étoiles à des vitesses FTL, une question brûlante se pose : laquelle a le plus de chances de devenir une réalité ? Les lecteurs Alcubierre de type Warp drive ou les portes des étoiles ?

Regardons les différences :

Le lecteur Alcubierre déforme l’espace de sorte que tout ce qui se trouve à l’intérieur de sa bulle sera accéléré non pas par un moyen de propulsion mais par la compression de l’espace lui-même. C’est comme une mini-forme de la façon dont l’univers s’étend mais à l’envers et localement dans la bulle. Comme il déforme l’espace et ne se déplace pas dans l’espace, il peut aller plus vite que la lumière.

Au cours des 26 dernières années, un grand nombre de critiques ont été publiées sur l’idée d’Alcubierre : Elle aura besoin d’un univers d’énergie. Elle générera un rayonnement intense détruisant à la fois ce qui se trouve à l’intérieur de la bulle de distorsion et ce qui se trouve devant elle. Elle la rendra impossible à contrôler car on ne peut pas envoyer de messages de l’arrière du vaisseau vers l’avant sans dépasser la vitesse de la lumière. Il faudra une bulle si fine qu’elle serait en dehors de la physique connue.

Mais tout cela semblait être des problèmes d’ingénierie ou du moins potentiellement soluble. Sûrement un ingénieur intelligent dans le futur pourrait concevoir des moyens de les contourner. Faire une bulle plus intelligente qui nécessite moins d’énergie. Utiliser les bulles de distorsion d’Alcubierre pour envoyer des messages à l’avant du vaisseau. Peut-être qu’une protection pourrait être développée pour les radiations ou elles pourraient être déviées ou aspirées d’une manière ou d’une autre. Et qui dit qu’on ne peut pas fabriquer une bulle super fine ? Toujours est-il que les trous de ver sont peut-être le chemin le plus facile vers les étoiles.

Un trou de ver est comme un tunnel mais avec une dimension de plus que d’habitude. Il est constitué de deux ouvertures en forme de boule séparées dans l’espace. Contrairement aux représentations de Stargate et Star Trek, l’ouverture n’est pas un disque bidimensionnel mais une boule dans laquelle on peut entrer de n’importe quelle direction. Les deux boules sont reliées par une ouverture appelée « gorge » qui est la surface d’une sphère qui existe en dehors de l’espace normal. Cette sphère est analogue à un joint circulaire entre deux tuyaux, mais dans une dimension supplémentaire.

En entrant dans une boule, vous ne passez pas par un tunnel ordinaire. Vous entrez plutôt dans un espace déformé où, au lieu de traverser la boule et de ressortir de l’autre côté, la direction que vous suivez est courbée en dehors de l’espace normal. Cette courbure vous fait passer par la gorge et ressortir par l’autre boule. Vous ne voyez jamais les « murs » du tunnel parce que les murs sont tridimensionnels, et vous passez tout le temps « sur » le mur comme une fourmi rampant à l’intérieur d’un sablier. (Vous pouvez même envoyer un signal en ligne droite depuis l’intérieur et il fera le tour et reviendra vers vous). C’est difficile à visualiser, ce qui explique probablement pourquoi la science-fiction y parvient rarement.

Les premières solutions de vortex aux équations d’Einstein, y compris celle qu’Einstein lui-même a découverte dans les années 1930, étaient impossibles à traverser parce que la « gorge » du vortex était pincée plus rapidement que même la lumière ne pouvait y voyager. Ce n’est qu’en 1973 qu’Homer Ellis a découvert un trou de ver « traversable », un trou de ver dans lequel on peut réellement voyager, dans les équations d’Einstein.

Comme la distorsion, la construction d’un trou de ver s’avérerait également être un défi. Pour créer une distorsion aussi importante de l’espace-temps, il faudrait relier deux trous noirs (un pour chaque extrémité). Pour ce faire, il faut fusionner les deux singularités des trous noirs tout en gardant les trous noirs eux-mêmes séparés. Ensuite, vous devez faire exploser la singularité fusionnée à partir d’un point en une gorge sphérique pour une ouverture.

La théorie quantique pourrait aider à cela grâce à « l’intrication » où les objets peuvent être connectés ensemble à distance. D’autres ont suggéré que des trous de ver quantiques naturels pourraient apparaître dans le vide de l’espace dans un royaume subatomique appelé la mousse quantique et être encouragés à s’élargir pour permettre à quelque chose de passer. Jusqu’à présent, aucun de ces mécanismes ne s’est avéré physiquement possible à la taille nécessaire pour permettre le passage d’un objet classique comme une sonde. Les trous de ver s’avèrent être un sujet difficile.

Une troisième méthode que je n’ai pas encore vue dans la science-fiction est le tube de Krasnikov. Cette idée a été proposée en 1995 comme une alternative au moteur d’Alcubierre. Dans celui-ci, un vaisseau déformerait l’espace en allant à la vitesse subluminique d’une étoile à une autre. Au lieu de rendre le voyage plus court comme un trou de ver, le tube est une machine à remonter le temps.

Voyons comment cela fonctionne :

Supposons que ma sonde spatiale robotisée se rende à 99% de la vitesse de la lumière jusqu’à Alpha Centauri. Parcourir 4 années-lumière à cette vitesse représente 4,04 ans pour nous, mais pour la sonde, cela ne représente que 7 mois. La raison est liée à la relativité et au paradoxe des jumeaux. On retrouve ce principe dans la série de livres Ender d’Orson Scott Card. Ender et sa sœur voyagent tellement qu’ils vivent des milliers d’années de temps terrestre.

Le tube de Krasnikov est conçu pour déformer le temps derrière la sonde afin que les gens sur Terre n’aient pas à attendre aussi longtemps le retour de la sonde. Une fois que la sonde a atteint sa destination et est prête à revenir, elle entre dans le tube et repart par le même chemin qu’à l’aller. La seule différence est que, pendant son voyage, le temps s’écoule en sens inverse. Ce qui a pour effet de lui permettre d’arriver peu de temps après son départ !

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