Des physiciens ont une solution théorique pour voyager plus vite que la lumière

Voyager dans l’espace à la vitesse de la lumière ou à vitesse supraluminique appartient aujourd’hui au domaine exclusif de la science-fiction. En physique, cela relève de la théorie. Sur la base de notre niveau technologique actuel, une mise en pratique se confronterait de toute façon à un nombre incroyable d’obstacles matériels. Mais restons dans le domaine de la physique théorique. La SF a proposé deux types de solutions pour voyager si vite : l’hyperespace et la distorsion. La science s’est conceptuellement emparée de ces deux idées.

Concentrons-nous sur le moteur à distorsion, très présent dans toute la franchise Star Trek, au point que les scénaristes aient développé un manuel technique sur le sujet pour que les séries restent cohérentes. En 1994, le physicien Miguel Alcubierre a développé des formules mathématiques rendant compatible, en théorie, cette propulsion face à la relativité d’Einstein. C’est la métrique d’Alcubierre.

Et si on surfait sur l’espace-temps ?

La métrique d’Alcubierre ne repose pas sur une accélération à proprement parler du vaisseau. La propulsion consisterait plutôt à générer, tout autour, un champ d’énergie pliant l’espace-temps.

La torsion opérée dans l'espace par le moteur à distorsion.

Source : CC BY-SA 3.0

Derrière le vaisseau, l’espace se dilate et donc s’étend. Devant le vaisseau, l’espace se contracte, un peu comme s’il s’effondrait devant vous. On crée donc une vague dans l’espace-temps, littéralement comme si l’on surfait dessus. Le vaisseau lui-même n’avance pas à la vitesse de la lumière, il est dans une « bulle », mais la façon dont l’espace-temps se contracte tout autour permet à cette bulle de se déplacer d’un point A à un point B plus vite que le ferait la lumière.

Comment le moteur à distorsion est censé tordre l'espace-temps comme une vague.

Source : Graphique issu de la chaîne Youtube Arvin Arsh, traduit en français

Telle quelle, cette proposition ne brise aucune loi de la physique. Mais il y a un bémol. Dans les calculs d’Alcubierre, courber ainsi l’espace-temps pour voyager à vitesse supraluminique nécessite de l’énergie à masse négative, c’est-à-dire une énergie dont la densité est plus faible que le vide. La différence masse négative/positive serait à percevoir un peu comme la différence charge électrique négative/positive. C’est en opposant une masse négative devant et une masse positive derrière que l’on pourrait étirer l’espace-temps pour créer la distorsion.

Sauf que le principe de masse négative, imaginé par Einstein, relève encore aujourd’hui d’une pure hypothèse en physique classique (une hypothèse qui fait d’ailleurs concurrence à la matière noire).

Pour aller plus loin

Pourrait-on voyager dans le temps sans causer de paradoxe ?

Peut-on se passer de la masse négative ?

Un groupe international de scientifiques, appelé Applied Physics, s’est penché sur le problème du moteur à distorsion, afin de contourner le problème de la masse négative. Leurs travaux ont été publiés début 2021 dans la revue Classical and Quantum Gravity (PDF complet).

« De nombreux scientifiques connaissent la métrique d’Alcubierre et pensent que les moteurs à distorsion ne sont pas physiquement possibles en raison du besoin d’énergie négative, note l’astrophysicien Alexey Bobrick, coauteur de l’étude. Cela n’est cependant plus exact ; nous sommes allés dans une direction différente de celle de la NASA et d’autres, et nos recherches ont montré qu’il existe en fait plusieurs autres classes de moteurs de distorsion dans la relativité générale. »

Dans leur papier, les physiciens présentent donc différentes formules qui soutiennent des distorsions spatiotemporelles ne nécessitant pas de masse négative « et qui, par conséquent, deviennent physiquement possibles ». Le papier d’Applied Physics développe ainsi une base mathématique très globale sur un potentiel moteur à distorsion — jusqu’à poser les équations montrant que plus le vaisseau sera plat devant et derrière, moins cela nécessiterait d’énergie. Il faudrait que le vaisseau ressemble davantage à une pièce de monnaie tenue debout (le plat vers l’avant/arrière) ou à une sorte de bouclier, plutôt qu’à la représentation classique des vaisseaux spatiaux en forme longue comme un avion.

Les auteurs admettent toutefois que « les exigences de masse » impliquées dans les modèles développés sont bien au-dessus de ce qui est techniquement faisable aujourd’hui. Imaginez bien que, pour réussir à tordre l’espace-temps, il faut faire peser dessus une masse énorme. Prenez la masse totale de la planète Terre (5,972 × 10^24 kg, soit des milliers de milliards de milliards de tonnes), comprimez tout cela dans une petite boite de 10 centimètres, et votre impact sur la courbure de l’espace-temps ne dépassera pas une heure à l’échelle d’une année — en clair, vous ne courberez pas grand-chose.

Pour aller plus loin

Cette machine génère des formules mathématiques encore inédites jusqu’ici

Pour les auteurs, malgré tous les points aveugles de l’étude (générer l’accélération, trouver la masse nécessaire…), il est en tout cas déjà crucial que leurs démonstrations montrent mathématiquement qu’un moteur à distorsion puisse être construit « sur la base des principes physiques connus de l’humanité aujourd’hui ». Voyager à la vitesse de la lumière ou à vitesse supraluminique est impossible à court ou moyen terme, mais c’est en tout cas bel et bien une avancée marquante en physique théorique ; un axe de recherche qui pourrait un jour, qui sait, trouver une applicabilité, ne serait-ce qu’en partie.