Le voyage dans le temps est-il possible ?

Les lois de la physique permettent de voyager dans le temps. Alors pourquoi les gens ne sont-ils pas devenus des trémies chronologiques ?

Dans les films, les voyageurs du temps entrent généralement dans une machine et, pouf, disparaissent. Ils réapparaissent alors instantanément parmi les cow-boys, les chevaliers ou les dinosaures. Ce que ces films montrent, c'est essentiellement une téléportation dans le temps.

Les scientifiques ne pensent pas que cette conception est probable dans le monde réel, mais ils ne relèguent pas non plus le voyage dans le temps au domaine des cinglés. En fait, les lois de la physique peuvent permettre des sauts chronologiques, mais le diable est dans les détails.

Voyager dans le temps vers le futur proche est facile : vous le faites en ce moment à un rythme d'une seconde par seconde, et les physiciens disent que ce rythme peut changer. Selon la théorie de la relativité restreinte d'Einstein, l'écoulement du temps dépend de la vitesse à laquelle vous vous déplacez. Plus vous voyagez vite, plus les secondes passent lentement. Et selon la théorie de la relativité générale d'Einstein, la gravité affecte également les horloges : plus la gravité est forte à proximité, plus le temps ralentit.

"Près de corps massifs - près de la surface des étoiles à neutrons ou même à la surface de la Terre, bien que ce soit un effet minuscule - le temps s'écoule plus lentement qu'il ne le fait loin", explique Dave Goldberg, cosmologiste à l'Université Drexel.

Si une personne devait traîner près du bord d'un trou noir, où la gravité est prodigieuse, dit Goldberg, seules quelques heures pourraient s'écouler pour elle alors que 1 000 ans se sont écoulés pour quelqu'un sur Terre. Si la personne qui se trouvait près du trou noir était revenue sur cette planète, elle aurait effectivement voyagé dans le futur. "C'est un effet réel", dit-il. "Ce n'est absolument pas controversé."

Revenir en arrière dans le temps devient cependant épineux (plus épineux que de se faire déchirer en lambeaux dans un trou noir). Les scientifiques ont trouvé quelques façons dont cela pourrait être possible, et ils sont conscients des paradoxes du voyage dans le temps en relativité générale depuis des décennies. Fabio Costa, physicien à l'Institut nordique de physique théorique, note qu'une première solution avec le voyage dans le temps a commencé avec un scénario écrit dans les années 1920. Cette idée impliquait un long cylindre massif qui tournait rapidement à la manière d'une paille roulée entre vos paumes et qui tordait l'espace-temps avec lui. La compréhension que cet objet pouvait agir comme une machine à remonter le temps permettant de voyager dans le passé n'est arrivée que dans les années 1970, quelques décennies après que les scientifiques eurent découvert un phénomène appelé "courbes temporelles fermées".

"Une courbe temporelle fermée décrit la trajectoire d'un observateur hypothétique qui, tout en avançant toujours dans le temps de son propre point de vue, se retrouve à un moment donné au même endroit et au même moment où il a commencé, créant une boucle", explique Costa. "C'est possible dans une région de l'espace-temps qui, déformée par la gravité, se boucle sur elle-même."

"Einstein a lu [sur les courbes temporelles fermées] et a été très perturbé par cette idée", ajoute-t-il. Le phénomène a néanmoins stimulé des recherches ultérieures.

La science a commencé à prendre au sérieux les voyages dans le temps dans les années 1980. En 1990, par exemple, le physicien russe Igor Novikov et le physicien américain Kip Thorne ont collaboré à un article de recherche sur les courbes fermées de type temps. "Ils ont commencé à étudier non seulement comment on pourrait essayer de construire une machine à voyager dans le temps, mais aussi comment cela fonctionnerait", explique Costa.

Tout aussi important, cependant, ils ont enquêté sur les problèmes de voyage dans le temps. Et si, par exemple, vous lanciez une boule de billard dans une machine à voyager dans le temps, et qu'elle voyageait dans le passé, puis entra en collision avec son moi passé d'une manière qui signifiait que son moi actuel ne pourrait jamais entrer dans la machine à remonter le temps ? "Cela ressemble à un paradoxe", dit Costa.

Depuis les années 1990, dit-il, il y a eu un intérêt intermittent pour le sujet, mais aucune grande percée. Le domaine n'est pas très actif aujourd'hui, en partie parce que chaque modèle proposé de machine à voyager dans le temps a des problèmes. "Il a des caractéristiques attrayantes, peut-être un certain potentiel, mais quand on commence à démêler les détails, il finit par y avoir une sorte de barrage routier", explique Gaurav Khanna de l'Université de Rhode Island.

Par exemple, la plupart des modèles de voyage dans le temps nécessitent une masse négative - et donc une énergie négative car, comme Albert Einstein l'a révélé lorsqu'il a découvert E = mc2, la masse et l'énergie sont une seule et même chose. En théorie, du moins, tout comme une charge électrique peut être positive ou négative, la masse peut l'être aussi, bien que personne n'ait jamais trouvé d'exemple de masse négative. Pourquoi le voyage dans le temps dépend-il d'une matière aussi exotique ? Dans de nombreux cas, il est nécessaire de maintenir ouvert un trou de ver, un tunnel dans l'espace-temps prédit par la relativité générale qui relie un point du cosmos à un autre.

Sans masse négative, la gravité provoquerait l'effondrement de ce tunnel. "Vous pouvez le considérer comme contrecarrant la masse ou l'énergie positive qui veut traverser le trou de ver", explique Goldberg.

Khanna et Goldberg s'accordent à dire qu'il est peu probable qu'une matière de masse négative existe même, bien que Khanna note que certains phénomènes quantiques sont prometteurs, par exemple, pour l'énergie négative à très petite échelle. Mais ce serait "loin de l'échelle qui serait nécessaire" pour une machine à voyager dans le temps réaliste, dit-il.

Ces défis expliquent pourquoi Khanna a d'abord découragé Caroline Mallary, alors son étudiante diplômée à l'Université du Massachusetts à Dartmouth, de faire un projet de voyage dans le temps. Mallary et Khanna sont quand même allés de l'avant et ont proposé une machine à voyager dans le temps théorique qui ne nécessitait pas de masse négative. Dans sa forme simpliste, l'idée de Mallary implique deux voitures parallèles, chacune faite de matière régulière. Si vous en laissez un garé et zoomez sur l'autre avec une accélération extrême, une courbe temporelle fermée se formera entre eux.

Facile, non ? Mais alors que le modèle de Mallary se débarrasse du besoin de matière négative, il ajoute un autre obstacle : il nécessite une densité infinie à l'intérieur des voitures pour qu'elles affectent l'espace-temps d'une manière qui serait utile pour le voyage dans le temps. Une densité infinie peut être trouvée à l'intérieur d'un trou noir, où la gravité est si intense qu'elle écrase la matière dans un espace incroyablement petit appelé une singularité. Dans le modèle, chacune des voitures doit contenir une telle singularité. "L'une des raisons pour lesquelles il n'y a pas beaucoup de recherches actives sur ce genre de choses est à cause de ces contraintes", explique Mallary.

D'autres chercheurs ont créé des modèles de voyage dans le temps qui impliquent un trou de ver ou un tunnel dans l'espace-temps d'un point du cosmos à un autre. "C'est une sorte de raccourci à travers l'univers", dit Goldberg. Imaginez que vous accélériez une extrémité du trou de ver jusqu'à une vitesse proche de la vitesse de la lumière, puis que vous la renvoyiez d'où elle venait. "Ces deux côtés ne sont plus synchronisés", dit-il. "On est dans le passé, on est dans le futur." Marchez entre eux, et vous voyagez dans le temps.

Vous pourriez accomplir quelque chose de similaire en déplaçant une extrémité du trou de ver près d'un grand champ gravitationnel, comme un trou noir, tout en gardant l'autre extrémité près d'une force gravitationnelle plus petite. De cette façon, le temps ralentirait du côté de la grande gravité, permettant essentiellement à une particule ou à un autre morceau de masse de résider dans le passé par rapport à l'autre côté du trou de ver.

Faire un trou de ver nécessite cependant une masse et une énergie négatives embêtantes. Un trou de ver créé à partir d'une masse normale s'effondrerait à cause de la gravité. "La plupart des conceptions ont tendance à avoir des problèmes similaires", déclare Goldberg. C'est théoriquement possible, mais il n'existe actuellement aucun moyen de les préparer, un peu comme une pizza savoureuse sans calories.

Et peut-être que le problème n'est pas seulement que nous ne savons pas comment fabriquer des machines à voyager dans le temps, mais aussi qu'il n'est pas possible de le faire sauf à des échelles microscopiques - une croyance du regretté physicien Stephen Hawking. Il a proposé la conjecture de protection de la chronologie : L'univers ne permet pas de voyager dans le temps car il ne permet pas de modifications du passé. "Il semble qu'il existe une agence de protection de la chronologie, qui empêche l'apparition de courbes temporelles fermées et rend ainsi l'univers sûr pour les historiens", a écrit Hawking dans un article de 1992 dans Physical Review D.

Une partie de son raisonnement impliquait les paradoxes que le voyage dans le temps créerait, comme la situation susmentionnée avec une boule de billard et son homologue plus célèbre, le paradoxe du grand-père : si vous remontez dans le temps et tuez votre grand-père avant qu'il n'ait des enfants, vous ne pouvez pas être né, et donc tu ne peux pas voyager dans le temps, et donc tu n'aurais pas pu tuer ton grand-père. Et pourtant vous y êtes.

Ces complications sont cependant ce qui intéresse le philosophe du Massachusetts Institute of Technology Agustin Rayo, car les paradoxes ne remettent pas seulement en question la causalité et la chronologie. Ils font aussi gratuit semblera suspect. Si la physique dit que tu peux remonter dans le temps, alors pourquoi tu ne peux pas tuer ton grand-père ? « Qu'est-ce qui t'arrête ? il dit. Vous n'êtes pas libre ?

Rayo soupçonne cependant que le voyage dans le temps est compatible avec le libre arbitre. "Ce qui est passé est passé", dit-il. "Donc, si, en fait, mon grand-père a survécu assez longtemps pour avoir des enfants, voyager dans le temps ne changera rien à cela. Pourquoi vais-je échouer si j'essaie? Je ne sais pas parce que je n'ai pas assez d'informations sur le passé. Ce que je sais, c'est que je vais échouer d'une manière ou d'une autre.

Autrement dit, si vous alliez tuer votre grand-père, vous auriez peut-être glissé sur une banane en route ou manqué le bus. "Ce n'est pas comme si vous trouviez une force spéciale vous obligeant à ne pas le faire", a déclaré Costa. "Vous ne le feriez pas pour des raisons parfaitement banales."

En 2020, Costa a travaillé avec Germain Tobar, alors son étudiant de premier cycle à l'Université du Queensland en Australie, sur les mathématiques qui sous-tendraient une idée similaire : que le voyage dans le temps est possible sans paradoxes et avec la liberté de choix.

Goldberg est d'accord avec eux d'une certaine manière. "Je tombe définitivement dans la catégorie de [penser que] s'il y a un voyage dans le temps, il sera construit de telle manière qu'il produira une vision cohérente de l'histoire", dit-il. "Parce que cela semble être la façon dont tout le reste de nos lois physiques sont construites."

Personne ne sait ce que l'avenir du voyage dans le temps nous réserve. Et jusqu'à présent, aucun voyageur temporel n'est venu nous en parler.

Sarah Scoles est un journaliste scientifique basé au Colorado, un écrivain collaborateur à WIRED Science, un éditeur collaborateur à Popular Science et l'auteur des livres Making Contact: Jill Tarter and the Search for Extraterrestrial Intelligence (Pegasus Books, 2017) et They Are Déjà Ici: UFO Culture and Why We See Saucers (Pegasus Books, 2020). Crédit : Nick Higgins

Paul Sutter et LiveScience

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