• Le voyage dans le temps

    Le voyage dans le temps est l’un des thèmes récurrents de la science-fiction. Mais, en définitive, les scénaristes et leur machine à remonter le temps n’ont rien inventé. Les moyens qu’ils proposent pour visiter notre passé ou notre futur ne sont pas crédibles.
    Pourtant, les lois de la physique nous indiquent constamment le meilleur moyen de remonter le temps.
    Prenez un télescope par une belle nuit étoilée et là, avec un peu d’imagination, vous verrez au sein de notre galaxie toute l’histoire de l’humanité défiler devant vos yeux.


    La vitesse de la lumière : une merveilleuse machine à remonter le temps

    La vitesse de la lumière est au centre de nos lois physiques. La lumière voyage à environ 300 000 km/s.
    C’est pour l’homme, une constante qui ne peut être dépassée.

    Voyager à cette vitesse reviendrait à faire 7 fois et demi le tour de la Terre en une seconde seulement !
    Cette notion de « vitesse limitée » de la lumière est primordiale pour comprendre le mécanisme du
    « voyage dans le temps ».

    Einstein est le père fondateur de la théorie de la relativité

    Par exemple, le son a une vitesse de 330 m/s dans l’air.

    Quand un orage éclate, on voit des éclairs apparaître suivis à quelques secondes d’un coup de tonnerre.

    Si vous comptez le nombre exact de secondes qui sépare l’éclair du tonnerre, vous pourrez connaître la distance à laquelle la foudre est tombée (n secondes x 330 m/s).

    Supposons maintenant qu’un second coup de tonnerre éclate.

    Si ce coup de tonnerre éclate loin de vous, vous l’entendrez plus tard et vice versa. Ce qui signifie que si il tombe très près de vous, vous l’entendrez en premier bien que le second coup de tonnerre se soit produit après le premier.

    On peut en conclure que les évènements dépendant de leur position et de la nôtre dans l’espace.

    Voyage dans le temps dans le système solaire

    Pour la lumière, le phénomène est identique que celui du son. Plus un objet est loin et plus sa lumière va mettre de temps à nous parvenir.

    La Lune est située à un peu plus de 300 000 km de la Terre. Sa lumière nous parvient en un peu plus d’une seconde.
    Chaque fois que vous regardez la Lune, il y a un décalage d’une seconde entre ce que vous voyez et ce qui existe réellement. Vous la voyez donc telle qu’elle était une seconde auparavant.

    Le Soleil est plus éloigné puisqu’il se situe à 150 millions de kilomètres de la Terre. Sa lumière met 500 s à nous parvenir soit 8 min et 20 s.
    Quand une éruption solaire se produit, elle est déjà, dans la plupart des cas, terminée quand nous l’observons.

    Un autre exemple, le big bang. L’expansion de l’univers est constante. Du fait de cette expansion universelle, plus l’âge de l’univers grandit, plus l’espace s’étend.
    Si l'univers est âgé de 13 milliards d’années, la distance qui nous sépare du big bang est de 13 milliards d’années-lumière.
    Donc, si nous possédions des instruments qui nous permettent de voir à 13 milliards d’années-lumière, nous pourrions, aujourd’hui, assister à la naissance de l’univers.

    Note: l'âge de l'univers est au centre d'une vaste controverse. Selon le télescope Hubble, il aurait 12 milliards d'années. Selon le satellite européen Hipparcos, il aurait 15 milliards d'années.

    Fond cosmique pris par Hubble. © Nasa

    Distances cosmiques et retour vers le passé

    Chaque fois que vous regardez la voûte céleste, certaines étoiles que vous observez ont déjà disparues.
    Une étoile qui est située à 400 années-lumière est observable telle qu’elle était il y a 400 ans. La magie opère chaque fois que l’on garde à l’esprit que l’on voit cette étoile telle qu’elle était en 1600.
    Si cette étoile explose en supernova en 1 800, nous ne le saurons qu’en 2 200.

    Il y a 2 600 ans, la nébuleuse de la Rosette, distante de 2 600 années-lumière était ainsi

    Notre galaxie a un diamètre d’environ 100 000 années-lumière. Si nous observons les étoiles les plus lointaines, elles nous apparaissent en réalité telles qu’elles étaient au temps de l’homme de Neandertal.
    La préhistoire se déroule devant vos yeux.

    Contact du 3ème type

    Etant donné nos connaissances actuelles, on part du principe que pour que des extraterrestres arrivent sur Terre, il leur faudrait voyager plus vite que la lumière.
    Est-ce possible ? Nul ne peut le dire.

    Par contre, si une civilisation nous observe de la galaxie d’Andromède qui se situe à 2,2 millions d’années-lumière, notre lumière leur parvient avec 2,2 millions d’années de décalage.

    Cette civilisation ne verrait donc pas Homo sapiens et sa civilisation technologique mais notre ancêtre Lucy, la petite australopithèque.
    Ils seraient sûrement loin d’imaginer que vous êtes en train de surfer sur le Web.

    Actuellement, les plus puissants télescopes peuvent voir à plus de 10 milliards d’années-lumière.
    Les astronomes voient donc les galaxies il y a 10 milliards d’années, alors que la Terre et le Soleil ne s’étaient pas encore formés.

    Le plus vieil objet observé: un pulsar à 11 milliards d'années-lumière

    Les télescopes sont bel et bien des machines à remonter le temps.

    Voyager dans le temps demain ?

    L’idée de pouvoir voyager dans le temps nous fascine. Mais ce voyage temporel a-t-il des fondements scientifiques ?

    On en revient ici au principe de causalité. En clair, pour qu’une action ait une fin, il faut qu’elle ait commencée à un moment donné dans le passé.

    C’est ce principe qui a été repris dans bon nombre de films. Le petit-fils remonte dans le passé. Il rencontre son grand-père qu’il tue alors que ce dernier n’a pas encore eu d’enfants. Selon le principe de la causalité, le petit-fils devrait également disparaître puisqu’il ne peut plus naître.

    La Machine à remonter le temps, film de George Pal (1959)

    En fait, la physique actuelle démontre que nul ne sait ce qui se passerait dans un tel cas de figure.
    En effet, si le petit-fils n’est pas né, comment pourrait-il revenir dans le passé tuer son grand-père ?

    Il en est de même pour le voyage dans le futur. Cela équivaudrait à ce qu’une lampe s’allume avant qu’on ait appuyé sur l’interrupteur.

    Le tout est de savoir si la chronologie des évènements peut être modifiée. Il nous faudrait donc abandonner la notion de « temps absolu ».
    L’espace n’aurait donc plus une seule dimension mais plusieurs, chaque élément ayant son propre espace-temps.

    Comme on l’a vu, théoriquement, il faudrait voyager plus vite que la lumière pour remonter le temps.
    A ce jour, ce voyage est impossible.
    Par contre, l’astrophysique nous propose la notion de voyage instantané avec les « trous de ver ».
    L’existence d’une passerelle entre un trou noir et une fontaine blanche n’a jamais été prouvée. De toutes façons, même si ces trous de ver existaient, il nous faudrait quand même l’emprunter et parcourir la distance à une vitesse supérieure à celle de la lumière.

    Autant dire que pour l’instant la notion de voyage temporel n’a aucun fondement scientifique, ni aucune réalité tangible.
    Cependant, le progrès nous autorise à rêver. Encore faudrait-il savoir ce que nous ferions d’une telle possibilité ? Mais, c’est là une autre question.


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  • Bientôt des voyages dans le temps au LHC ?


    Par Laurent Sacco
    source : Futura-Sciences

    Il y a quelques mois, deux chercheurs russes ont publié un article explorant la possibilité que le LHC puisse produire des mini-machines à remonter le temps. La proposition est extrêmement spéculative et difficile à tester mais ne semble pas absurde.

    En 1998-1999, deux groupes de chercheurs américains ont secoué le monde de la physique théorique en démontrant que les conséquences expérimentales d’une théorie de la gravitation quantique, comme celle des supercordes, ne nécessitaient pas obligatoirement, pour être testées, la construction d’un accélérateur grand comme la Voie Lactée.

    En introduisant des dimensions supplémentaires, la constante de la gravitation que l’on mesurait n’était pas nécessairement la véritable constante fondamentale associée à l’interaction gravitationnelle. Sans ces dimensions supplémentaires, l’énergie de Planck est très élevée et vaut 1016 Tev (téra électrons-volts). Mais avec elles, en revanche, on peut imaginer que  la véritable échelle d’énergie à laquelle toutes les interactions sont unifiées, gravitation comprise, et à laquelle relativité générale d’Einstein et mécanique quantique décrivent ensemble les processus physiques, n'est peut-être plus que de l’ordre du Tev ou de 10 Tev.

    Si cela se révélait exact, les conséquences seraient potentiellement fabuleuses. Non seulement il serait possible de simuler en laboratoire la « création » quantique de notre Univers observable mais, en dernier ressort, on pourrait imaginer qu’une technologie basée sur le contrôle de la Superforce, à la base de toutes les particules et de toutes les interactions du cosmos, deviendrait possible, peut-être au cours de ce siècle.













    Au commencement étaient des mini-trous noirs


    Une des conséquences les plus fascinantes, prédite au début des années 2000, serait la production au LHC, dans les détecteurs d’Alice ou d’Atlas par exemple, de mini-trous noirs s’évaporant rapidement par radiation Hawking. Le processus est sans danger car le temps de vie de ces hypothétiques trous noirs est bien trop bref pour qu’ils puissent grossir et avaler la Terre. Nous en sommes sûrs car, si ce genre de phénomène est réalisable avec le LHC, il se produit déjà depuis des milliards d’années sur Terre et dans le système solaire. En effet, des rayons cosmiques bien plus énergétiques que les faisceaux de particules du LHC tombent chaque année sur notre planète et y produisent d’impressionnantes gerbes de particules, comme on peut les observer avec le détecteur Auger.

    Les trous noirs ressemblant aux trous de vers, on pouvait donc déjà conjecturer depuis des années que si des mini-trous noirs pouvaient être fabriqués au LHC, des mini-trous de vers pourraient l'être aussi.

    L’année dernière, un article de Thibault Damour et Sergey Solodukhin démontrait d’ailleurs que les trous de vers possédaient nombre des propriétés normalement attribuées à un trou noir avec son horizon. Ainsi, on pouvait retrouver l’analogue du théorème de la calvitie, des modes quasi normaux avec émission d’ondes gravitationnelles et même la fameuse résistivité de 377 ohms du paradigme de la membrane associée à l’horizon des trous noirs. Un trou de vers serait donc difficilement discernable d’un trou noir en astrophysique à part, très probablement, par son évaporation finale par effet Hawking qui ne serait pas thermique, sans spectre de corps noir.








    Une histoire d'Univers branaires


    Irina Ya. Aref'eva et Igor Volovich sont de célèbres chercheurs membres du prestigieux Steklov Mathematical Institute. Cela fait plus de 10 ans qu’ils s’intéressent, entre autres, à la création de trous noirs lors de collisions de particules à très hautes énergies, au delà de la masse de Planck. Dans l’article qu’ils ont consacré à la création de trous de vers au LHC, ils montrent que dans le cas des modèles à basse masse de Planck, caractérisant l’énergie de Planck, et reposant sur l’idée que notre Univers est une membrane à trois dimensions flottant dans un Univers possédant d'autres dimensions spatiales, il est possible de violer de façon effective sur notre membrane certaines conditions sur l’énergie, interdisant normalement la création de trous de vers.










    Quatrième à partir de la gauche, Irina Ya. Aref'eva, entourée de collègues et élèves. Crédit : Steklov Mathematical Institute

    Ramenées à l’espace-temps à plus de 4 dimensions, les conditions sur l’énergie ne sont pas violées et l’on a donc un moyen d’obtenir facilement des petits trous de vers sur notre membrane de façon très similaire à celle des trous noirs.

    Or, les trous de vers peuvent servir, théoriquement du moins, de machine à voyager dans l’espace, comme la série Stargate l’a popularisé, mais aussi de machine à voyager dans le temps ! C’est pourquoi l’article de Aref'eva et Volovich n’hésite pas à considérer sérieusement le fait que des mini-voyages dans le temps au niveau des particules élémentaires soient produits de la main de l’Homme au cours de cette année au LHC.






    De la «métaphysique» falsifiable ?


    Rappelons quand même que la notion de voyage dans le temps conduit à de nombreux problèmes, comme celui du paradoxe du grand-père. De plus, Lisa Randall, qui avait été l’une des personnes qui avait proposé en 1999 une théorie avec des Univers sous forme de membranes et une basse masse de Planck, a publié récemment une analyse des conditions de production de trous noirs au LHC plutôt pessimiste. Certaines simplifications dans les calculs de la production de mini-trous noirs au LHC auraient conduit à une image trompeuse et trop optimiste de la création de ces mini-trous noirs.








    Le lecteur pourra considérer à juste titre que ces spéculations de théoriciens relèvent davantage de la métaphysique que de la science, mais on commence déjà à avoir des propositions de tests expérimentaux au LHC. A défaut de permettre la construction du vaisseau spatial de Valérian et Laureline, il y aura peut-être de la belle physique au LHC basée sur des mini-trous de vers dans moins de 10 ans.

    Après tout, comme l’ont proposé John Wheeler et Richard Feynman, les particules d’antimatière, comme le positron, peuvent être considérées sérieusement et efficacement en électrodynamique quantique comme des électrons remontant dans le temps, et cette image fait partie de la science depuis plus de 50 ans maintenant.






    Le détecteur Atlas du LHC : une future porte des étoiles ? Crédit : Cern



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  • Qu'es-ce qu'un trou noir ?

    Introduction

    Les trous noirs sont en quelque sorte les cadavres des immenses étoiles. Ils sont si massifs qu'ils absorbent tout, même la lumière. Comme nous, qui sommes attirés par la terre. Un trou noir n'est pas nécessairement grand, mais il attire tout. Personne ne peut voir un trou noir car comme le nom le dit, ils sont noirs, car aucune lumière ne peut s'en échapper. Tout ce qui entre dans un trou noir est énormément compacté. Par exemple, si la terre entrait dans un trou noir, elle deviendrait grosse comme une bille de 2 cm de diamètre. Un trou noir pourrait avoir l'allure suivante dans l'espace.
     


    Un trou noir pourrait avoir cette allure, car la lumière est déviée par l'attraction de celui-ci. En réalité, il forme vraiment un trou.





    Comment se forme un trou noir ?

    Formation de trous noirs par la mort d'une étoile


    La formation d'un trou noir provenant de la mort d'une étoile se réalise en plusieurs étapes. Dans cet organigramme, on peut remarquer toutes les possibilités que peut avoir la vie d'une étoile. En cliquant sur quelques noms de la vie d'une étoile, vous pouvez voir une explication et le rôle de celle-ci dans la formation d'un trou noir.




     Comme vous pouvez le remarquer, les trous noirs sont formés à la fin de la vie d'une étoile. Regardons un peu comment peut être formé un trou noir.

     

    La plupart des trous noirs sont formés à la suite de la mort d'étoiles. Lorsqu'une étoile a terminé de vivre normalement, elle cherche à s'attirer elle-même vers son centre. C'est comme si la terre se compacterait vers le noyau. Mais une étoile résiste pour un certain temps à cette attraction en brûlant certains gaz (principalement de l'hydrogène). Cette combustion est faite au milieu de l'étoile (cœur), et la température peut atteindre plus de 50 millions de degrés Celsius. À cette température, des réactions nucléaires surviennent. À un certain moment, il n'y a plus le carburant nécessaire pour faire les réactions nucléaires et l'étoile grossit énormément pour devenir ce que l'on appelle une géante rouge.

     

    Après cette étape, l'étoile a trois possibilités qui s'offrent à elle, dépendant de la masse qu'elle a. Elle peut devenir une naine blanche si sa masse est de moins de 1.4 fois la masse de notre soleil. Si l'étoile était un peu plus massive, soit moins de 3.2 fois la masse de notre soleil, elle devient une étoile à neutrons. Si la masse de l'étoile était de plus de 3.2 fois la masse du soleil, cette étoile se transforme en trou noir.





    Si l'étoile était assez massive pour former un trou noir, celle-ci n'a plus le carburant permettant qu'elle ne s'attire pas vers son centre. L'étoile, s'attire donc vers son noyau à l'infini, c'est à dire, qu'elle n'arrêtera plus de s'attirer et forme ainsi un trou noir. Puisque ce trou noir s'attire, il attire aussi tout ce qui passe près de lui, incluant la lumière et d'autres trous noirs pour en former un toujours plus attirant.

    Autres formations possibles de trous noirs

    Selon une théorie, il y aurait des trous noirs dans chaque centre de galaxie. L'image ci-dessous montre la galaxie d'Andromède qui a probablement un trou noir en son centre. Ces trous noirs peuvent avoir été formés de diverses façons. La première façon, serait que certains trous noirs seraient apparus quelques instants après la formation de notre univers (par le Big Bang).



    Une autre façon est possible. Celle où un amas d'étoiles se serait attiré et concentré en un petit volume créant ainsi une masse très élevée capable d'attirer d'autres astres. Après que l'amas soit assez massif par rapport à un petit volume, l'amas deviendrait un trou noir.

    Détection d'un trou noir

    Puisque les trous noirs sont obscur, il est impossible de les voir. Cependant, on peut regarder les phénomènes que provoquent un trou noir dans son entourage. Il existe quatre méthodes pour détecter les trous noirs.



     

    Quand une étoile se change en trou noir, les planètes qui l'entourent, tournent autour de rien à nos yeux. On peut dire ici, qu'il s'agit d'un trou noir ou d'une étoile peu lumineuse.




    Les particules de poussière, qui sont attirées par un trou noir, tournent très rapidement autour de celui-ci et surchauffent. De cette manière, les particules émettent des rayons X détectables par des télescopes qui sont hors de l'atmosphère terrestre (image ci-dessous). On peut alors savoir qu'elles tournent autour d'un trou noir ou d'une étoile à neutrons qui émet aussi des rayons X. Mais il y a de fortes chances qu'ils s'agisse d'un trou noir.



     

    On peut les détecter, quand un trou noir passe entre la terre et une étoile. Le trou noir agit comme une lentille. la lumière de l'étoile sera déviée vers la terre et celle-ci paraîtra plus brillante. On peut en conclure qu'un trou noir est entre la terre et l'étoile concernée.

     

    On peut les détecter en calculant la masse de certaines régions de l'espace. Si l'on aperçoit une petite région noire très massive, il se pourrait qu'un trou noir s'y trouve.





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  •  Qu'est-ce qu'un trou blanc ?

    Qu'est-ce qu'un trou blanc ?   Un trou blanc (aussi appelé fontaine blanche) est un objet cosmologique encore hautement spéculatif. Ce serait en quelque sorte l'opposé d'un trou noir. Þ   Le concept de trou blanc a été proposé pour la première fois en 1964. Il doit son origine à l'extension de la métrique de Schwarzschild à la métrique de Kruskal-Szekeres.  Les trous blancs font néanmoins l'objet de nombreuses contestations. En effet, si les trous blancs existaient, ils résulteraient en fait d'un transfert de matière. Cette matière, tombée dans un trou noir d'une région de l'univers, se serait déplacée à une vitesse infinie dans une autre région quelconque de l'univers, par l'intermédiaire d'un « pont d'Einstein-Rösen » ou, plus imagé, « trou de ver » (wormhole en anglais). Nous devrions alors supposer que de tels « ponts » n'ont pas les caractéristiques du temps de notre univers familier, puisque la masse se déplacerait instantanément, alors que la théorie de la relativité interdit à tout objet ayant une masse de se déplacer plus vite que la lumière (C=299 792 458 m/s). La théorie du trou blanc postule que lorsque la matière émerge à l'autre extrémité du trou de ver, elle se distend soudainement en matière ordinaire et, ce faisant, brille d'énergie irradiée, l'énergie qui avait été aspirée par le trou noir. Ce que nous obtenons alors, c'est un trou blanc. D’autre part, on a constaté que certaines caractéristiques d'un trou blanc s'apparenteraient beaucoup à celles d'un trou noir, ce qui fait que les astrophysiciens se demandent si, parmi les trous noirs que nous avons détectés à ce jour, il ne se dissimulerait pas quelques trous blancs. 

    Illustration d’un trou blanc



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  • Théories des trous de vers

    Théories des trous de vers
    Un des intérêts de l'étude de notre problématique est l'ouverture à des théories concernant pour la plupart le voyage dans le temps. Plusieurs théories existent concernant la possibilité de ce voyage. La plus étonnante et la plus fascinante est celle des trous de ver.

    On ne peut pas connaître simultanément la position et la vitesse d'une particule, selon le principe appelé "principe d'incertitude d'Heisenberg". A chaque fois qu'une particule peut avoir plusieurs états simultanément, il se crée des univers correspondant aux différents états possibles. Il se crée donc à chaque instant une infinité d'univers parallèles. Mais, contrairement à ce que dit la série télévisée "Sliders", il est impossible de voir un autre univers et encore moins de voyager entre 2.

    Ces univers parallèles n'ont probablement pas les mêmes lois physiques que le notre. Il est donc tout à fait possible d'imaginer un univers dans lequel la flèche du temps ne pointe pas vers l'avenir mais vers le passé, ou encore un univers à x dimensions... Cependant, certains physiciens affirment qu'il est possible qu'il se crée en certains points de l'univers d'autres univers à partir des trous noirs, dans ce cas pourquoi ne pas voyager dans un trou de ver?




    En théorie, un corps qui serait aspiré par un trou noir pourrait ressortir soit dans un autre univers, soit dans une autre époque (passé ou futur). En réalité il est impossible qu'un corps résiste aux conditions extrêmes qui règnent dans un trou noir, et une personne qui rentrerait dans un trou de ver ne pourrait jamais en ressortir pour témoigner de son expérience...

    Cette théorie est intéressante en tant que telle et il faudra donc encore un peu de patience avant effectuer des voyages entre deux univers !

    Trous de ver et voyages temporels

    Parmi les solutions proposées pour voyager dans le temps, le trou de ver offre (théoriquement) une solution rapide et efficace au plus grand des défis de la science-fiction.
     
    Les physiciens ont découvert, peu après les trous noirs, des passages reliant deux parties de l’espace. John Wheeler qui était à l’origine de l’appellation de « trous noirs » surnomma ces passages des « trous de ver ». Les physiciens qui ont étudié ces trous de ver en ont conclu que deux trous de ver étaient reliés par un tunnel, qui serait situé dans un espace étranger à notre univers. Ce tunnel a été appelé « hyper espace ». Si une personne se glissait dans un de ces tunnels, elle pourrait voyager dans le temps. En effet, en pénétrant dans un trou de ver, le voyageur rentrant en  2100 dans le trou pourrait ressortir d’un autre trou de l’espace en 2020. Un voyage dans le temps de 80 ans non négligeable car il permettrait à l’homme de défier le temps. Ainsi des scénarios comme ceux de la trilogie "Retour vers le futur" de Robert Zemeckis et Bob Gale deviendraient envisageables.
    Cependant la durée d’apparition du trou de ver est de 10^-43 seconde, et sa taille est de 10^-33 cm. Pour qu’un être humain pénètre dans ce trou, il faudrait donc qu’il parvienne à agrandir ce trou et qu’il se dépêche de pénétrer à l’intérieur.

    Pour l’instant, ces deux éventualités semblent compromises puisque les simulations effectuées jusqu’à aujourd’hui concluent à une impossibilité d’agrandir ces trous sans provoquer une violente explosion. Cependant la théorie de la relativité d’Einstein perd pied dans de si petites distance (10^-33cm), c’est pourquoi les physiciens font appel à une nouvelle théorie : la Gravité Quantique. La gravité quantique est un subtil mélange de théorie de la relativité et de physique quantique et pourrait trouver des solutions, mais malheureusement pour les adeptes de science-fiction cette théorie n’en est qu’à ses balbutiements.


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