Le voyage dans le temps est-il possible?

Le Docteur a utilisé cette machine à voyager dans le temps, appelée TARDIS, pour voyager dans l’espace et dans le temps lors de l’émission télévisée Doctor Who. Image via Babbel1996 / Wikimedia Commons.

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Par Gaurav Khanna, Université du Massachusetts à Dartmouth

Le concept de voyage dans le temps a toujours captivé l'imagination des physiciens et des profanes. Mais est-ce vraiment possible? Bien sûr que ça l'est. Nous le faisons maintenant, n'est-ce pas? Nous voyageons tous dans le futur, une seconde à la fois.

Mais ce n’était pas ce que vous pensiez. Pouvons-nous voyager beaucoup plus loin dans le futur? Absolument. Si nous pouvions voyager à une vitesse proche de celle de la lumière ou à proximité d'un trou noir, le temps ralentirait, ce qui nous permettrait de voyager arbitrairement dans le futur. La question vraiment intéressante est de savoir si nous pouvons revenir dans le passé.

Je suis professeur de physique à l'Université du Massachusetts, à Dartmouth, et j'ai entendu parler de la notion de voyage dans le temps à l'âge de 7 ans, d'un épisode de 1980 de la série télévisée classique de Carl Sagan, Cosmos . J'ai alors décidé qu'un jour j'allais approfondir la théorie sous-jacente à des idées aussi créatives et remarquables: la relativité d'Einstein. Vingt ans plus tard, je suis sorti avec un doctorat dans le domaine et ont été un chercheur actif dans la théorie depuis.

Maintenant, un de mes étudiants de doctorat vient de publier un article dans la revue Classical and Quantum Gravity qui décrit comment construire une machine à remonter le temps en utilisant une construction très simple.

Courbes temporelles fermées

La théorie de la relativité générale d'Einstein laisse entrevoir la possibilité de déformer le temps à un degré tel qu'il se replie sur lui-même, créant ainsi une boucle temporelle . Imaginez que vous voyagez dans cette boucle; cela signifie qu'à un moment donné, vous vous retrouveriez à un moment dans le passé et que vous commenciez à vivre les mêmes moments depuis, encore et encore - un peu comme de déjà vu, sauf que vous ne le réaliseriez pas. De telles constructions sont souvent appelées «courbes fermées semblables à du temps» ou CTC dans la littérature de recherche, et communément appelées «machines à temps». Les machines à temps sont un sous-produit de programmes de déplacement efficaces plus rapides que la lumière et leur compréhension peut améliorer notre compréhension du fonctionnement de l'univers.

Voici ce que les scientifiques appellent une boucle temporelle. Le vert montre le court chemin à travers un trou de ver. Le rouge indique le long chemin à travers l'espace normal. Étant donné que le temps de trajet sur le chemin vert peut être très réduit par rapport au rouge, un trou de ver peut permettre la possibilité de voyager dans le temps. Image via Panzi / Wikimedia Commons.

Au cours des dernières décennies, des physiciens renommés tels que Kip Thorne et Stephen Hawking ont réalisé des travaux fondamentaux sur des modèles liés aux machines du temps.

La conclusion générale qui ressort des recherches précédentes, y compris celles de Thorne et de Hawking, est que la nature interdit les boucles de temps. Ceci est peut-être mieux expliqué dans la «Conjecture de protection chronologique» de Hawking, qui dit essentiellement que la nature ne permet pas de changement de son histoire passée, nous épargnant ainsi les paradoxes qui peuvent émerger si le voyage dans le temps était possible.

Le plus connu de ces paradoxes peut-être le plus connu est celui du «paradoxe des grands-pères» dans lequel un voyageur revient dans le passé et assassine son propre grand-père. Cela modifie le cours de l'histoire de manière à faire apparaître une contradiction: le voyageur n'est jamais né et ne peut donc pas exister. Il existe de nombreux films et romans basés sur les paradoxes résultant du voyage dans le temps - certains des plus populaires étant les films Retour vers le futur et le Jour de la marmotte .

Matière exotique

En fonction des détails, différents phénomènes physiques peuvent intervenir pour empêcher le développement de courbes temporelles fermées dans les systèmes physiques. La plus courante est l'exigence qu'un type particulier de matière exotique soit obligatoirement présent pour qu'une boucle temporelle existe. En gros, la matière exotique est une matière qui a une masse négative. Le problème est que la masse négative n'existe pas dans la nature.

Caroline Mallary, doctorante à l’Université du Massachusetts à Dartmouth, a publié un nouveau modèle pour une machine à remonter le temps dans la revue Classical & Quantum Gravity . Ce nouveau modèle ne nécessite pas de matériel exotique de masse négative et offre un design très simple.

Le modèle de Mallary se compose de deux très longues voitures construites dans un matériau non exotique et ayant une masse positive garées en parallèle. Une voiture avance rapidement, laissant l'autre garée. Mallary a pu montrer que dans une telle configuration, une boucle de temps peut être trouvée dans l'espace entre les voitures.

Une animation montre le fonctionnement de la boucle temporelle de Mallary. Lorsque la navette spatiale entre dans la boucle temporelle, son futur soi apparaît également, et on peut retracer la position des deux à tout moment par la suite. Cette animation est du point de vue d'un observateur externe qui observe l'entrée et la sortie de la sonde dans la boucle temporelle.

Alors pouvez-vous construire ceci dans votre cour?

Si vous soupçonnez qu'il y a un piège, vous avez raison. Le modèle de Mallary exige que le centre de chaque voiture ait une densité infinie. Cela signifie qu'ils contiennent des objets appelés singularités avec une densité, une température et une pression infinies. En outre, contrairement aux singularités présentes à l'intérieur des trous noirs, qui les rendent totalement inaccessibles de l'extérieur, les singularités du modèle de Mallary sont complètement nues et observables, et ont donc de véritables effets physiques.

Les physiciens ne s'attendent pas non plus à ce que des objets aussi particuliers existent dans la nature. Donc, malheureusement, une machine à voyager dans le temps ne sera pas disponible de si tôt. Cependant, ces travaux montrent que les physiciens peuvent être amenés à préciser leur idée des raisons pour lesquelles les courbes fermées temporelles sont interdites.

Gaurav Khanna, professeur de physique à l'Université du Massachusetts à Dartmouth

Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.

Conclusion: un physicien explique pourquoi et comment un voyage dans le temps est possible.