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"Si quelqu'un faisait une demande de subvention de recherche pour travailler sur un voyage dans le temps, il serait immédiatement renvoyé", écrit le physicien Stephen Hawking dans son livre posthume Brief Answers to the Big Questions. Il avait raison. Mais il avait également raison de dire que demander si le voyage dans le temps est possible est une «question très grave» qui peut encore être abordée scientifiquement.
Faisant valoir que notre compréhension actuelle ne pouvait pas l'exclure, Hawking, semblait-il, se montrait prudemment optimiste. Alors, où cela nous laisse-t-il? Nous ne pouvons pas construire une machine à remonter le temps aujourd'hui, mais pourrions-nous à l'avenir?
Commençons par notre expérience quotidienne. Nous prenons pour acquis la possibilité d'appeler nos amis et notre famille, où qu'ils se trouvent dans le monde, pour savoir ce qu'ils vont faire. maintenant. Mais c'est quelque chose que nous ne pouvons jamais savoir. Les signaux qui transportent leurs voix et leurs images voyagent d'une vitesse incompréhensible, mais il faut encore un temps fini 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 avec enthousiasme à «environ deux heures et demie», quand quelqu'un demande à quelle distance se trouve Birmingham de Londres. Ce que nous voulons dire, c'est que le trajet prend autant de temps à une vitesse moyenne de 50 milles à l'heure.
Mathématiquement, notre déclaration équivaut à dire que Birmingham se situe à environ 125 km de Londres. Comme les physiciens Brian Cox et Jeff Forshaw écrivent dans leur livre Pourquoi 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 d’un temps à 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 parcourir, ce qui limite fondamentalement le temps nécessaire pour savoir ce qui se passe ailleurs dans l'univers. Cela nous donne la «causalité» – la loi qui agit doit toujours venir après leurs causes. C'est une épine théorique grave aux côtés des protagonistes qui voyagent dans le temps. Pour moi, voyager dans le temps et mettre en mouvement des événements qui empêchent ma naissance, c’est de mettre l’effet (moi) avant la cause (ma naissance).
Maintenant, si la vitesse de la lumière est universelle (dans le vide de l'espace vide), nous devons la mesurer pour qu'elle soit la même: 299 792 458 mètres par seconde (983571056 pieds par seconde) – quelle que soit notre vitesse de déplacement. Einstein s'est rendu compte que la vitesse de la lumière étant absolue, le temps et l'espace ne peuvent l'être en soi. Et il s'avère que les horloges en mouvement doivent être plus lentes que les horloges fixes.
Si je volais à une vitesse incroyable dans un vaisseau spatial et si je revenais sur Terre, il me faudrait moins de temps que pour tous ceux que j'ai laissés derrière moi. Tous les gens à qui je suis retourné concluraient que ma vie avait fonctionné comme au ralenti – j'aurais vieilli plus lentement qu'eux – et je conclurais que le leur avait fonctionné comme si c'était en avance rapide.
Et si nous devions voyager plus rapide que la lumière, le temps passerait-il à reculons 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 serait pas tout simplement en arrière. Au lieu de cela, il ne serait plus logique de parler du tout d'avant en arrière. Le droit de causalité serait violé et le concept de cause à effet perdrait son sens.
Trous de ver
Einstein nous a également dit que la force de gravité est une conséquence de la manière dont la masse déforme l’espace et le temps. Plus la masse est importante dans une région de l’espace, plus l’espace-temps est déformé et plus les horloges proches lentes tic-tac. Si nous comprimons suffisamment de masse, l'espace-temps devient tellement déformé que même la lumière ne peut échapper à son attrait gravitationnel et un trou noir se forme. Et si vous vous approchiez du bord du trou noir – son horizon d’événements – votre horloge taperait infiniment lentement par rapport à ceux qui en sont éloignés.
Pouvons-nous donc réduire l'espace-temps de la bonne manière pour le refermer sur lui-même et remonter dans le temps?
La réponse est peut-être, et le gauchissement dont nous avons besoin est un trou de ver traversable. Mais nous devons également produire des régions de densité d'énergie négative pour la stabiliser, ce que la physique classique du XIXe siècle empêche. La théorie moderne de la mécanique quantique pourrait cependant ne pas l'être.
Selon la mécanique quantique, l'espace vide n'est pas vide. Au lieu de cela, il est rempli de paires de particules qui apparaissent et disparaissent. Si nous pouvons créer une région dans laquelle moins de paires sont autorisées à entrer et à sortir que partout ailleurs, alors cette région aura une densité d'énergie négative.
Cependant, trouver une théorie cohérente combinant 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 nécessite que l’espace-temps ait 11 dimensions: celle du temps et celle de l’espace dans lequel nous nous déplaçons et sept autres, recroquevillées de manière invisible. Pourrions-nous utiliser ces dimensions spatiales supplémentaires pour raccourcir l'espace et le temps? Hawking, au moins, était plein d’espoir.
Sauver l'histoire
Alors, le voyage dans le temps est-il vraiment une possibilité? Notre compréhension actuelle ne peut pas l’exclure, mais la réponse est probablement non.
Les théories d’Einstein ne décrivent pas la structure de l’espace-temps à une échelle incroyablement petite. Et même si les lois de la nature peuvent souvent être complètement en contradiction avec notre expérience quotidienne, elles sont toujours cohérente – ne laissant que peu de place aux paradoxes qui abondent lorsque nous nous mêlons de cause à effet dans la science-fiction sur les voyages dans le temps.
Malgré son optimisme enjoué, Hawking reconnut que les lois de la physique non découvertes qui supplanteront un jour Einstein peuvent conspirer pour empêcher les objets volumineux comme vous et moi d’avancer à travers le temps. Nous appelons cet héritage sa «conjecture de protection de la chronologie».
Que l'avenir nous réserve ou non des machines à remonter le temps, nous pouvons nous réconforter en sachant que lorsque nous gravissons une montagne ou accélérons dans nos voitures, nous modifions le sens du temps.
Alors, "prétendez être un jour voyageur du temps" (8 décembre), rappelez-vous que vous l'êtes déjà, mais pas de la manière que vous pourriez espérer.
Peter Millington est chargé de recherche au sein du groupe de cosmologie des particules au Université de Nottingham École de physique et d'astronomie. Les opinions exprimées dans cet article sont celles de l'auteur.
Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.
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