Les voyages dans l’espace à vitesse de distorsion sont devenus un peu plus réalistes

Un physicien utilise la théorie de la relativité générale et de la géométrie pour expliquer le concept de science-fiction.

L’étoile la plus proche de la Terre est Proxima Centauri. Il se trouve à environ 4,25 années-lumière, soit environ 25 000 milliards de milles (40 000 milliards de km). Le vaisseau spatial le plus rapide de tous les temps, la sonde solaire Parker désormais dans l’espace , atteindra une vitesse maximale de 450 000 mph. Il ne faudrait que 20 secondes pour aller de Los Angeles à New York à cette vitesse, mais il faudrait environ 6 633 ans à la sonde solaire pour atteindre le système solaire voisin le plus proche de la Terre.

Si l’humanité veut un jour voyager facilement entre les étoiles, les gens devront aller plus vite que la lumière. Mais jusqu’à présent, voyager plus vite que la lumière n’est possible que dans la science-fiction.

Dans la série Foundation d’ Issac Asimov , l’humanité peut voyager de planète en planète, d’étoile en étoile ou à travers l’univers en utilisant des moteurs de saut. Enfant, je lisais autant de ces histoires que je pouvais mettre la main sur. Je suis maintenant physicien théoricien et j’étudie les nanotechnologies, mais je suis toujours fasciné par la façon dont l’humanité pourrait un jour voyager dans l’espace.

Certains personnages, comme les astronautes des films Interstellar et Thor, utilisent des trous de ver pour voyager entre les systèmes solaires en quelques secondes. Une autre approche, familière aux fans de Star Trek, est la technologie d’entraînement par chaîne. Les lecteurs de distorsion sont théoriquement possibles s’ils sont encore une technologie farfelue. Deux articles récents ont fait les manchettes dans Mars lorsque les chercheurs revendiqué à avoir surmonté l’ un des nombreux défis qui se dressent entre la théorie des pulsions de chaîne et de la réalité.

Mais comment ces moteurs de distorsion théoriques fonctionnent-ils vraiment ? Et les humains feront-ils le saut vers la vitesse de distorsion de sitôt ?

Compression et expansion

La compréhension actuelle des physiciens de l’espace-temps vient de la théorie de la relativité générale d’ Albert Einstein . La Relativité Générale affirme que l’espace et le temps sont fusionnés et que rien ne peut voyager plus vite que la vitesse de la lumière. La relativité générale décrit également comment la masse et l’énergie déforment l’espace-temps des objets lourds comme les étoiles et les trous noirs courbent l’espace-temps autour d’eux. Cette courbure est ce que vous ressentez comme la gravité et pourquoi de nombreux héros spatiaux craignent de “se coincer” ou de “tomber dans” un puits de gravité. Les premiers écrivains de science-fiction John Campbell et Asimov ont vu cette déformation comme un moyen de contourner la limite de vitesse.

Et si un vaisseau pouvait compresser l’espace devant lui tout en élargissant l’espace-temps derrière lui ? Star Trek a repris cette idée et l’a nommée le warp drive.

En 1994, Miguel Alcubierre, un physicien théoricien mexicain, a montré que comprimer l’espace-temps devant le vaisseau spatial tout en l’étendant derrière était mathématiquement possible dans le cadre des lois de la relativité générale.. Alors qu’est-ce que cela signifie? Imaginez que la distance entre deux points est de 10 mètres (33 pieds). Si vous vous tenez au point A et pouvez parcourir un mètre par seconde, cela prendrait 10 secondes pour arriver au point B. Cependant, disons que vous pourriez en quelque sorte compresser l’espace entre vous et le point B de sorte que l’intervalle ne soit plus qu’un mètre. . Ensuite, en vous déplaçant dans l’espace-temps à votre vitesse maximale d’un mètre par seconde, vous pourriez atteindre le point B en une seconde environ. En théorie, cette approche ne contredit pas les lois de la relativité puisque vous ne vous déplacez pas plus vite que la lumière dans l’espace qui vous entoure. Alcubierre a montré que le warp drive de “Star Trek” était en fait théoriquement possible.

Proxima Centauri nous voici, n’est-ce pas ? Malheureusement, la méthode d’Alcubierre pour compresser l’espace-temps avait un problème : elle nécessite une énergie négative ou une masse négative.

Un problème d’énergie négative

L’entraînement à distorsion d’Alcubierre fonctionnerait en créant une bulle d’espace-temps plat autour du vaisseau spatial et en courbant l’espace-temps autour de cette bulle pour réduire les distances. L’entraînement à distorsion nécessiterait soit une masse négative – un type de matière théorisé – soit un anneau de densité d’énergie négative pour fonctionner. Les physiciens n’ont jamais observé de masse négative, ce qui laisse l’énergie négative comme seule option.

Pour créer de l’énergie négative, un entraînement à distorsion utiliserait une énorme quantité de masse pour créer un déséquilibre entre les particules et les antiparticules. Par exemple, si un électron et un antiélectron apparaissent à proximité de l’entraînement de distorsion, l’une des particules serait piégée par la masse et cela entraînerait un déséquilibre. Ce déséquilibre se traduit par une densité énergétique négative. L’entraînement à distorsion d’Alcubierre utiliserait cette énergie négative pour créer la bulle de l’espace-temps.

Mais pour qu’un entraînement à distorsion génère suffisamment d’énergie négative, vous auriez besoin de beaucoup de matière. Alcubierre a estimé qu’un entraînement à distorsion avec une bulle de 100 mètres nécessiterait la masse de l’ensemble de l’univers visible .

En 1999, le physicien Chris Van Den Broeck a montré qu’augmenter le volume à l’intérieur de la bulle tout en maintenant la surface constante réduirait considérablement les besoins en énergie , à peu près à la masse du soleil. Une amélioration significative, mais toujours bien au-delà de toutes les possibilités pratiques.

Deux articles récents, l’un d’ Alexey Bobrick et Gianni Martire et l’autre d’ Erik Lentz, proposent des solutions qui semblent rapprocher les moteurs de distorsion de la réalité.

Bobrick et Martire ont réalisé qu’en modifiant l’espace-temps dans la bulle d’une certaine manière, ils pouvaient supprimer le besoin d’utiliser de l’énergie négative. Cette solution, cependant, ne produit pas un lecteur de distorsion qui peut aller plus vite que la lumière.

Indépendamment, Lentz a également proposé une solution qui ne nécessite pas d’énergie négative. Il a utilisé une approche géométrique différente pour résoudre les équations de la relativité générale et, ce faisant, il a découvert qu’un entraînement à distorsion n’aurait pas besoin d’utiliser de l’énergie négative. La solution de Lentz permettrait à la bulle de voyager plus vite que la vitesse de la lumière.

Il est essentiel de souligner que ces développements passionnants sont des modèles mathématiques. En tant que physicien, je ne ferai pas entièrement confiance aux modèles tant que nous n’aurons pas de preuves expérimentales. Pourtant, la science des entraînements à distorsion est en train d’apparaître. En tant que fan de science-fiction, je salue toutes ces idées novatrices. Selon les mots du capitaine Picard, les choses ne sont impossibles que tant qu’elles ne le sont pas.

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