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Voyager plus vite que la lumière? Impossible! ... Vraiment?

Laurent Olivier, le 16 juin 2013, 22h40

Explorer l'univers à des vitesses plus rapides que celle de la lumière est une des idées les plus fascinantes de la science fiction. Plus jeune, j'étais émerveillé de voir s'enfuir le Faucon Millénium de l'emprise de l'Empire galactique dans Star Wars. C'est grâce à l'hyperpropulsion du vieux vaisseau (constamment en panne) que l'équipage arrivait toujours à s'enfuir au dernier moment en semant ses ennemis à grande vitesse.

Vision d'artiste d'un vaisseau propulsé par distorsion spatiale, par Gabrielle Olivier
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Vision d'artiste d'un vaisseau propulsé par distorsion spatiale, par Gabrielle Olivier Vision artistique d'un vaisseau propulsé par distorsion spatiale, par Les Bossinas (Cortez III Service Corp.), 1998, NASA.jpg

• Vidéo explicative ici!!

Plus récemment, dans le dernier Star Trek au cinéma, vous avez pu vous émerveiller en voyant l'Entreprise passer d'un monde à l'autre plus vite que la lumière! Mais, peut-on réellement voyager plus rapidement que la vitesse de la lumière? Est-ce seulement de la science fiction? La plupart des gens ayant une bonne culture scientifique vous diront avec raison: «C'est impossible! La théorie de la relativité d'Einstein l'interdit». Pourtant, la NASA étudie sérieusement la faisabilité de voyages supraluminiques!

Un rayon provenant du Soleil prend environ 8 minutes pour arriver jusqu’à notre œil. La lumière ne voyage pas instantanément et prend un certain temps à se propager. C'est pourtant ce qui se déplacerait le plus rapidement dans l'univers selon les théories d'Einstein. Pourquoi dit-on qu'on ne peut pas aller plus vite que la lumière? Vous savez par expérience que plus un objet est massif, plus sa mise en mouvement est difficile et plus son accélération demande d'énergie. Pousser votre automobile tombée en panne est beaucoup plus exigeant énergétiquement que de pousser votre panier d'épicerie. En relativité, plus la vitesse de l'objet accéléré augmente, plus sa «masse» augmente et plus il faut d'énergie pour continuer de l'accélérer. Plus on va vite, plus il est difficile d'accélérer. Par exemple, dans le LHC à Genève, les particules accélérées à 99.9999991% de la vitesse de la lumière ont une masse 7000 fois plus élevée que si elles étaient au repos. En relativité, la vitesse limite est la vitesse de la lumière. En théorie, à cette vitesse, l'objet accéléré se serait tellement alourdit qu'il possèderait une «masse» infinie! Bien difficile de continuer à le faire accélérer au-delà de la vitesse de la lumière...

Il existerait cependant une astuce! Si on ne peut pas se déplacer plus vite que la lumière dans l'espace, déformons l'espace plus vite que la lumière! Mais qu'est-ce que ça veut dire? Imaginez un voyageur dans un aéroport. Même en étant pressé, il ne peut courir plus vite qu'une certaine vitesse limite à cause du poids de ses bagages. Comment fait-il pour aller plus vite? Il court sur les immenses tapis roulants de l'aéroport. Sa vitesse effective dépasse sa vitesse limite à cause du sol qui se déplace sous ses pieds. De manière analogue, pourrait-on déformer l'espace sous un vaisseau spatial pour lui permettre de dépasser sa vitesse limite, la vitesse de la lumière? Après tout, après le Big Bang, l'espace-temps ne se serait-il pas déjà dilaté plus vite que la vitesse de la lumière?

D'un point de vue théorique, c'est peut-être possible! En 1994, Miguel Alcubierre, un physicien mexicain, inventa un modèle mathématique cohérent avec les équations d'Einstein permettant de déformer l'espace-temps autour d'un vaisseau pour le propulser (de manière analogue au tapis roulant de notre voyageur dans l'aéroport) (son article ici!). Dans cette théorie, le moteur du vaisseau contracterait l'espace à l'avant du vaisseau et l'allongerait derrière (image ici!). Cette distorsion formerait une «vague» dans l'espace-temps sur laquelle le vaisseau «surferait».

Comme un voyageur se tenant sur un tapis roulant, le vaisseau resterait immobile dans l'espace alors que l'espace lui-même se déplacerait en-dessous de lui. Génial! Le seul ennui est que toute cette théorie est très spéculative. Elle suppose l'existence de particules exotiques encore jamais observées (avec une masse négative) et une quantité colossale d'énergie.

Malgré tout, la NASA s'intéresse de près à cette théorie de distorsion. Un chercheur en particulier, Harold «Sonny» White, du NASA Johnson Space Center est très actif dans le domaine. Selon lui, «un tel système de propulsion pourrait permettre à un vaisseau d'atteindre Alpha du Centaure en deux semaines malgré les 4,3 années-lumières qui nous séparent» [1].

White a imaginé de nouvelles géométries pour générer la distorsion. Il pense avoir grandement facilité la faisabilité du dispositif imaginé par Alcubierre et diminué drastiquement l'énergie requise pour créer une distorsion. Dans son laboratoire, il tente actuellement de mesurer de minuscules bulles de distorsion grâce à son interféromètre White-Juday à distorsion de champ. Il affirme que «[s]es découvertes permettent de faire passer un tel projet d'impraticable à plausible et méritent de plus amples recherches» [2]. Il s'agit encore d'expériences à petite échelle, mais c'est un pas dans la bonne direction.

Pour l'instant, toutes ces théories ne sont que de la science fiction puisqu'aucune expérience n'a encore démontré la faisabilité de ces techniques. Mais, la science fiction n'est-elle pas la science de demain? L'auditoire de Star Trek dans les années soixante considérait toutes les communications sans fil de l'équipage comme de la pure science fiction. Un demi-siècle plus tard, nous sommes tous équipés d'un téléphone intelligent.

Continuons de rêver et nous verrons bien!

8 commentaires

Portrait de goulu

Plusieurs remarques:

D'abord il existe plusieurs solutions aux équations d'Einstein ( http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89quation_d'Einstein#Solutions_de_l.27.C3.A9quation ) ce qu'i ne veut pas dire qu'elles "existent". Vous avez bien raison de dire, et il faut le souligner, que c'est l'expérience qui fait la différence entre une jolie théorie physique et la réalité.

A ce sujet, merci pour votre lien vers l'interféromètre de White-Juday.

Là où je suis un peu moins d'accord, c'est sur "Après tout, après le Big Bang, l'espace-temps ne se serait-il pas déjà dilaté plus vite que la vitesse de la lumière ?". En fait ce qui s'est (apparemment) passé à ce moment là était plus compliqué que ça, et ne violait pas la relativité. Comme dit sur http://nrumiano.free.fr/Fcosmo/cg_inflation.html : "L'augmentation de taille de l'univers a eu lieu à une vitesse bien supérieure à celle de la lumière : ceci ne viole pas la théorie de la relativité, parce qu'aucune information n'a été déplacée pendant l'inflation, seulement une caractéristique géométrique."

Aussi, à propos de parallèles science/SF je pense qu'il faut se garder de confondre les impossibilités techniques (on ne sait pas faire, mais c'est possible) des impossibilités physiques (l'univers ne le permet pas, jusqu'à preuve du contraire). La radio était connue à l'époque de Star Treck, mais on ne savait pas la miniaturiser. Par contre les communications vaisseau/planètes étaient instantanées et ça c'est impossible (jusqu'à preuve du contraire).

La raison pour laquelle je ne crois pas que le warp drive d'Alcubierre puisse fonctionner est que nous ne recevons pas de visiteurs extra-terrestres. Il y a une jolie nouvelle de SF sur ce thème sur laquelle j'avais écrit http://www.drgoulu.com/2011/11/06/la-route-que-nous-navons-pas-prise/

Le voyage interstellaire est très difficile. je pense que c'est "Le Grand Filtre" http://www.drgoulu.com/2012/12/28/le-grand-filtre/

Portrait de alexis_reymbaut

Je suis d'accord avec tout ça, mais c'est vrai que cette notion de transfert d'information n'est pas forcément la plus facile à saisir et à maîtriser.

Je me permets d'ouvrir une parenthèse pour dire que ça me fait penser aux expériences de "téléportation quantique" d'Alain Aspect en France (je trouve ces mots un peu mal choisis, pouvant induire en erreur le grand public, on devrait plus parler d' "intrication à grande distance"). Il a réussi à intriquer des photons à plusieurs mètres voire plusieurs kilomètres de distance. Ainsi, en altérant l'état quantique d'un photon, il altérait instantanément l'état quantique de l'autre vu qu'une fois intriqués, ces photons ne formaient plus qu'un seul objet quantique.

Je me suis alors demandé s'il n'y avait pas de problème avec cet instantanéité mais je me suis rendu compte après réflexion que l'information ne passait pas instantanément car les scientifiques avaient besoin de se parler pour constater la "téléportation quantique", ce qui va bien moins vite que la vitesse de la lumière.

En tout cas, c'est quand même un très bel article, merci Olivier !

Portrait de Laurent Olivier

Je suis heureux que l'article te plaise!

Tu pourrais peut-être écrire un peu sur la téléportation quantique et dire où ils en sont.
Ça pourrait être bien intéressant comme billet! ;)

Portrait de flashcordon

C'est marrant, j'en ai aussi écrit un qui va être publié ici la semaine prochaine ^^ (lesenseofwonder.blogspot.com.au/2013/03/lintrication-quantique-ou-le-reve-de-la_30.html?m=1) Les références peuvent certainement vous être utiles pour aller plus loin ! En tout cas j'apprécie beaucoup le ton de l'article :-)

Portrait de Laurent Olivier

Merci du commentaire et du lien!

Ton blog a l'air intéressant! Je vais m'y aventurer un peu :p

Au plaisir de lire tout ça la semaine prochaine!

Portrait de alexis_reymbaut

Ouais, je vais y penser, il faudrait que je me renseigne plus que ce que j'ai écrit mais c'est une super idée ! ;-)

Portrait de Laurent Olivier

Je compte sur toi alors!! ;)

Portrait de Laurent Olivier

Je suis bien conscient qu'il existe plusieurs solutions possibles, mais physiquement non-démontrées aux équations d'Einstein. Le but ici était de tenter de rattacher la science de la science fiction populaire au monde réel.

Lorsque je parle de l'inflation de l'Univers, je n'affirme pas que les principes de la relativité ont déjà été violés. Je ne fais que mentionner qu'historiquement, l'espace se serait déjà dilaté à grande vitesse (selon le paradigme inflationniste), alors pourquoi ne pas tenter de réessayer ceci expérimentalement. Bien sûr, j'utilise le conditionnel. Si on considère que notre univers est issu de collisions de membranes comme dans la théorie des cordes, une telle phase ne s'est pas produite.

Je suis en désaccord avec vous. Je crois qu'on peut se garder un peu d'espoir et que tant que l'impossibilité technique n'est pas démontrée (et encore là on peut se tromper) on peut bien rêver.

Ce n'est pas parce que nous ne recevons pas la visite d'extra-terrestres qu'un tel système de navigation n'existe pas. Il faut d'abord qu'ils existent, considérer la probabilité qu'une telle race passe près de la Terre. Il faudrait aussi qu'ils s'intéressent à nous et viennent nous voir... (belle nouvelle en passant)