Le voyage dans le temps est-il vraiment possible ? Voici ce que dit la physique
La capacité d’avancer et de reculer dans le temps fascine depuis longtemps les auteurs de science-fiction et les physiciens. Alors, est-il vraiment possible de voyager dans le passé et le futur ?
Doctor Who est sans doute l'une des histoires les plus célèbres sur le voyage dans le temps. Avec La Machine à explorer le temps et Retour vers le futur, elle a exploré les tentations et les paradoxes de la visite du passé et du voyage dans le futur.
Dans la série télévisée, le Docteur voyage dans le temps à bord du Tardis, un vaisseau perfectionné qui peut aller n'importe où dans le temps et l'espace. Le Tardis défie notre compréhension de l'espace physique : il est plus grand à l'intérieur qu'il n'y paraît à l'extérieur.
Bien que le voyage dans le temps soit fondamental pour Doctor Who, la série n'essaie jamais d'ancrer les capacités du Tardis dans quelque chose qui ressemble à la physique du monde réel. Il serait étrange de s'en plaindre : Doctor Who a un caractère de conte de fées et n'aspire pas à être une science-fiction réaliste.
Mais qu’en est-il dans le monde réel ? Pourrions-nous un jour construire une machine à remonter le temps et voyager dans un passé lointain, ou aller voir nos arrière-arrière-arrière-petits-enfants ? Répondre à cette question nécessite de comprendre comment fonctionne réellement le temps – ce dont les physiciens sont loin d’être certains. Jusqu’à présent, ce que nous pouvons affirmer avec certitude, c’est que voyager dans le futur est réalisable, mais voyager dans le passé est soit extrêmement difficile, soit absolument impossible.
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"C'est là que le voyage dans le temps peut intervenir, et il est scientifiquement précis et cela a des répercussions dans le monde réel", explique Emma Osborne, astrophysicienne à l'Université de York, au Royaume-Uni.
Par exemple, le temps passe plus lentement si vous voyagez à grande vitesse, même s’il faut commencer à se rapprocher de la vitesse de la lumière pour que l’effet soit significatif. Cela donne lieu au paradoxe des jumeaux, dans lequel l'un des deux vrais jumeaux devient astronaute et tourne dans l'espace à une vitesse proche de la lumière, tandis que l'autre reste sur Terre. L'astronaute vieillira plus lentement que son jumeau terrestre. "Si vous voyagez et revenez, vous êtes vraiment plus jeune que votre frère jumeau", explique Vlatko Vedral, physicien quantique à l'Université d'Oxford, au Royaume-Uni. Les jumeaux Scott et Mark Kelly l'ont fait pour de vrai lorsque Scott a passé des mois dans l'espace , mais pas à des vitesses proches de celle de la lumière.
De même, le temps passe plus lentement pour vous si vous êtes dans un champ gravitationnel intense, comme un trou noir. "Votre tête vieillit plus vite que vos pieds, car la gravité terrestre est plus forte au niveau de vos pieds", explique Osborne.
Doctor Who l'a utilisé comme configuration pour la finale de la saison 10, World Enough and Time, dans laquelle le douzième docteur et ses amis sont piégés sur un vaisseau spatial près d'un trou noir. A l'avant de l'engin, plus proche du trou noir, le temps s'écoule plus lentement qu'à l'arrière. Cela signifie que le petit groupe de Cybermen à l'arrière de l'engin est capable de se transformer en une immense armée en quelques minutes, du point de vue du Docteur. Cet effet de la gravité sur le temps apparaît également dans l’intrigue du film Interstellar.
Dans notre vie quotidienne, ces effets relativistes sont trop minimes pour être remarqués. Mais ils affectent les satellites que nous utilisons pour le système de positionnement global (GPS) . "Les horloges ci-dessus cliquent plus vite que les horloges sur Terre" et doivent être constamment réajustées, explique Osborne. "Si nous ne le faisions pas, Google Maps se tromperait sur environ 10 km (six miles) par jour ."
La relativité signifie qu'il est possible de voyager dans le futur. Nous n’avons même pas besoin d’une machine à remonter le temps, exactement. Nous devons soit voyager à des vitesses proches de la vitesse de la lumière, soit passer du temps dans un champ gravitationnel intense. En relativité, ces deux actes sont essentiellement équivalents. Quoi qu’il en soit, vous vivrez une période de temps subjectif relativement courte, alors que des décennies ou des siècles s’écoulent dans le reste de l’Univers. Si vous voulez voir ce qui se passera dans des centaines d’années, voici comment procéder.
En revanche, remonter le temps semble bien plus difficile.
"Cela peut être possible ou non", déclare Barak Shoshany, physicien théoricien à l'Université Brock de St Catharines, au Canada. "Ce dont nous disposons actuellement, ce sont tout simplement des connaissances insuffisantes, voire des théories insuffisantes."
En théorie, il est possible que l’espace-temps soit plié comme un morceau de papier, permettant ainsi de percer un tunnel.
La relativité offre quelques options pour voyager dans le temps, mais cette fois elles sont beaucoup plus théoriques. "Les gens s'efforcent de trouver des moyens de réorganiser l'espace-temps afin de rendre possible le voyage dans le temps vers le passé", explique Katie Mack, cosmologiste théorique à l'Institut Périmètre de physique théorique de Waterloo, au Canada.
Une solution consiste à créer une courbe temporelle fermée : un chemin à travers l’espace et le temps qui revient sur lui-même. Une personne qui suivait le chemin finirait par se retrouver au même moment et au même endroit où elle avait commencé. Une description mathématique d'un tel chemin a été publiée par le logicien Kurt Gödel dans une étude de 1949 , et bien d'autres ont suivi.
Cependant, cette approche ne semble pas prometteuse pour plusieurs raisons.
"Nous ne savons pas si cela existe quelque part dans l'Univers", explique Vedral. "C'est purement théorique, il n'y a aucune preuve."
Il n’est pas du tout évident non plus de savoir comment nous pourrions réaliser une telle chose. "Même si nous disposions de capacités technologiques bien supérieures à celles dont nous disposons actuellement, il semble peu probable que nous soyons capables de créer volontairement des courbes temporelles fermées", déclare Emily Adlam, philosophe à l'Université Chapman en Californie, aux États-Unis.
Même si nous le pouvions, dit Vedral, nous ne le voudrions pas. "Vous répéteriez littéralement exactement la même chose encore et encore", dit-il.
Doctor Who a utilisé une configuration similaire dans l'épisode classique Heaven Sent, dans lequel le Docteur vit les mêmes heures encore et encore pendant des milliards d'années. Cependant, cela n'impliquait pas une courbe temporelle fermée, mais plutôt l'utilisation répétée d'un téléporteur.
Dans la même veine, dans une étude de 1991 , le physicien Richard Gott a présenté une description mathématique d'un scénario sauvage dans lequel deux « cordes cosmiques » se croisaient dans des directions opposées. Selon ses calculs, cela créerait des courbes temporelles fermées en boucle autour des cordes.
Cela semble pratique, mais où pourrions-nous trouver une paire de cordes cosmiques ? Selon certaines théories, il s’agit de phénomènes hypothétiques qui pourraient s’être formés au tout début de l’Univers. Aucun n’a jamais été détecté. "Nous n'avons aucune raison de croire que les cordes cosmiques existent", déclare Mack. Même s’ils existent, ce serait une chance incroyable d’en trouver deux se déplaçant parfaitement en parallèle. "Nous n'avons aucune raison de croire que cela se produirait. ''
Il existe un autre phénomène apparemment autorisé par la relativité : les trous de ver . En théorie, il est possible que l’espace-temps soit plié comme un morceau de papier, permettant ainsi de percer un tunnel pour créer un raccourci entre deux points largement séparés. "Les trous de ver sont théoriquement possibles en relativité générale", explique Vedral.
Mais là encore, les problèmes s’accumulent rapidement. Premièrement, nous n’avons aucune preuve de l’existence réelle des trous de ver. "Il a été démontré mathématiquement qu'ils peuvent exister, mais qu'ils existent physiquement est une autre chose", explique Osborne.
De plus, si des trous de ver existent, ils seront incroyablement de courte durée. "Souvent, les trous de ver sont décrits comme deux trous noirs reliés l'un à l'autre", explique Osborne. Cela signifie qu’un trou de ver aurait un champ gravitationnel incroyablement intense. "Il s'effondrerait sous sa propre gravité."
Les vrais trous de ver seraient également microscopiquement minuscules . On ne pouvait pas faire passer une personne, ni même une bactérie, à travers une personne.
En théorie, ces deux problèmes peuvent être résolus – mais cela nécessite une énorme quantité de ce qu’on appelle « l’énergie négative ». C’est quelque chose qui peut se produire à la plus petite échelle, dans des espaces plus petits que les atomes. Un champ d’énergie doit avoir une énergie globalement positive, mais il peut contenir de minuscules poches d’énergie négative, explique Osborne. "Ce que vous voudriez, c'est que ces petites poches d'énergie localement négative se développent", dit-elle. "Je ne pense pas que ce soit possible d'une manière ou d'une autre."
Vedral résume la situation : "Cela ne semble pas être une proposition très réaliste".
Voilà pour le voyage dans le temps basé sur la relativité. Qu’en est-il de l’autre grande théorie de l’Univers : la mécanique quantique ?
Alors que la relativité décrit le comportement des grands objets comme les humains et les galaxies, la mécanique quantique décrit les très petits objets, en particulier les particules plus petites que les atomes, comme les électrons et les photons. À ces échelles subatomiques, la physique opère d’une manière qui confond nos intuitions.
L’une des observations particulières qui ont émergé de l’étude du domaine quantique est la non-localité. Un changement dans l’état d’une particule à un endroit peut instantanément influencer une autre particule « intriquée » ailleurs – ce qu’Einstein appelait « une action effrayante à distance ». Cela a été « démontré expérimentalement à plusieurs reprises » dans des recherches lauréates du prix Nobel, explique Adlam.
"Beaucoup de physiciens sont très mécontents de la possibilité d'une non-localité", explique Adlam. En effet, pour que l'effet soit instantané, l'information doit être transmise d'un endroit à l'autre à une vitesse supérieure à la vitesse de la lumière. C'est censé être impossible.
En réponse, certains physiciens ont proposé des manières alternatives d' interpréter les expériences . Ces interprétations éliminent la non-localité – mais ce faisant, elles perturbent notre compréhension du temps.
"Au lieu d'avoir un effet non local instantané, vous enverriez simplement votre effet dans le futur, puis à un moment donné, il se retournerait et retournerait dans le passé", explique Adlam. "Cela aurait l'air instantané." Mais en réalité, l’effet aurait fait un voyage dans le futur et retour.
Cette interprétation semble introduire une « rétrocausalité » : c'est-à-dire des événements futurs ayant un effet sur le passé. Cela va à l'encontre de notre intuition : nous imaginons les événements se déroulant en ligne droite, du passé au présent en passant par le futur . Dans ces configurations quantiques particulières, les informations peuvent voyager dans le futur, puis revenir dans le passé.
La première chose à noter est que cette interprétation des expériences est loin d'être universellement acceptée . De nombreux physiciens quantiques affirment que l’introduction de la rétrocausalité est tout aussi troublante que l’introduction de la non-localité, voire pire.
Même si la rétrocausalité est réelle, elle ne nous aidera probablement pas à devenir des Seigneurs du Temps. "La rétrocausalité n'est pas tout à fait la même chose que le voyage dans le temps", explique Adlam.
D’une part, nos observations de non-localité ont toutes impliqué un petit nombre de particules. Passer à l’échelle d’un humain, ou même de quelque chose de plus petit comme un morceau de papier, serait un énorme défi.
Il n'est même pas possible d'envoyer un message dans le passé, dit Adlam. "La rétrocausalité est très spécifiquement masquée par la manière dont elle est mise en œuvre."
Cela se comprend mieux en réfléchissant à une expérience. Supposons qu'Adam effectue une mesure en laboratoire. Cependant, le résultat qu’il obtient dépend d’une mesure que Beth fera plus tard. En d’autres termes, l’expérience future de Beth contrôle le résultat de l’expérience passée d’Adam. Cependant, cela ne fonctionne que si l'expérience de Beth détruit tous les enregistrements de ce qu'Adam a fait et vu.
"D'une certaine manière, vous enverriez un signal au passé, mais seulement en détruisant tous les enregistrements de tout ce qui s'est passé", explique Adlam. "Vous ne seriez pas en mesure d'en faire un usage pratique, car vous deviez nécessairement détruire les enregistrements de réussite et d'envoi de ce signal."
Voilà donc nous l'avons. D’après notre compréhension actuelle de l’Univers, nous pourrions potentiellement voyager dans le futur, mais voyager dans le passé pourrait bien être un non-non total.
La seule lacune qui subsiste est que les théories sur lesquelles il se fonde sont incomplètes. La relativité et la mécanique quantique fonctionnent très bien pour certains aspects de l’Univers, mais elles ne sont pas non plus compatibles. Cela suggère que nous avons besoin d’une théorie plus profonde qui unifie les deux, mais malgré des décennies d’efforts, nous n’en avons pas. "Tant que nous n'aurons pas cette théorie, nous ne pouvons en être sûrs", déclare Shoshany.
Bien sûr, il existe une autre façon de voir les choses : dans le temps qu'il vous a fallu pour lire cet article, vous avez déjà voyagé environ sept minutes dans le futur. Vous êtes les bienvenus.
