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Une interprétation d'un artiste de ce à quoi pourrait ressembler la vitesse de distorsion pour un voyageur de l'espace.
A bord du vaisseau Enterprise, tu traînes avec les membres de l'équipage, profiter d'une partie de poker. Vous voyagez à vitesse impulsionnelle lors d'une exploration tranquille de l'espace lointain, et tout le monde a des temps d'arrêt. Mais attendez - tout d'un coup, le navire reçoit un message urgent d'un amiral de la Fédération, informer l'équipage d'un déclenchement de la guerre dans la zone neutre. L'Entreprise est sommée de signaler la situation dans les plus brefs délais. La zone en question se trouve à environ 20 années-lumière (117 000 milliards de kilomètres), mais ce n'est pas un problème dans l'univers "Star Trek". Le capitaine ajuste l'entraînement de distorsion du navire de manière appropriée, et tu t'installes pour vitesse de l'éclair . Voyager plus vite que la vitesse de la lumière, vous devriez arriver à destination en quelques minutes seulement.
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Depuis aussi longtemps que les humains ont levé les yeux vers le ciel, l'espace nous a fascinés, et les astronomes et les philosophes ont posé les questions les plus fondamentales tout en regardant les étoiles. Que faisons-nous ici, De toute façon? Comment l'univers a-t-il commencé, et y a-t-il d'autres, des univers parallèles qui reflètent le nôtre ? Y a-t-il de la vie dans d'autres galaxies, et qu'est-ce que ça ferait de voyager là-bas?
Bien que nous n'ayons pas encore tout à fait répondu à ces questions, nous avons au moins de la science-fiction comme "Star Trek" pour tester l'imagination humaine. Tout, de "The Time Machine" de H.G. Wells à "Star Trek" à la série "Firefly" de Joss Whedon, a évoqué les possibilités du voyage dans le temps, téléportation et, bien sûr, vitesse de l'éclair. Mais comment quelque chose comme la vitesse de distorsion s'intègre-t-il dans la réalité et notre univers ? La vitesse de distorsion n'est-elle qu'un appareil de science-fiction loufoque, ou est-ce théoriquement possible ? Comment ça marche dans l'univers "Star Trek" ? Pour tout sur la vitesse de chaîne, l'infini et au-delà, lire les pages suivantes.
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Lorsque les scénaristes de "Star Trek" se sont assis pour planifier la série, ils se sont retrouvés confrontés à quelques problèmes. Ils créaient essentiellement un opéra de l'espace , un sous-genre de science-fiction qui se déroule dans l'espace et couvre l'étendue de plusieurs galaxies et des millions d'années-lumière. Les films "Star Wars" sont un autre exemple du sous-genre de l'opéra spatial. Comme l'indique la partie "opéra" du nom, une émission comme "Star Trek" n'est pas censée être lente ou ordinaire - quand les gens pensent à la série, ils pensent probablement à des intrigues mélodramatiques impliquant des extraterrestres, les voyages dans l'espace et les combats au laser bourrés d'action.
Alors le créateur de la série, Gene Roddenberry, et les autres scénaristes ont dû trouver un moyen de déplacer les personnages de la série dans l'univers en temps opportun, mode dramatique. À la fois, ils voulaient faire de leur mieux pour s'en tenir aux lois de la physique. Le plus gros problème était que même si un vaisseau pouvait voyager à la vitesse de la lumière, le temps pour aller d'une galaxie à l'autre peut encore prendre des centaines, peut-être des milliers d'années. Un voyage de la Terre au centre de notre galaxie, par exemple, prendrait environ 25, 000 ans si vous deviez voyager juste en dessous de la vitesse de la lumière. Cette, bien sûr, ne ferait pas une télévision très excitante.
L'invention de la vitesse de chaîne a résolu la partie opéra du problème, car cela permettait à l'Enterprise d'aller beaucoup plus vite que la vitesse de la lumière. Mais quelle était l'explication ? Comment pourraient-ils expliquer un objet voyageant plus vite que la vitesse de la lumière, quelque chose qu'Einstein s'est avéré impossible dans sa théorie de la relativité restreinte ?
Le premier obstacle auquel les écrivains ont dû faire face est beaucoup plus simple qu'on ne le pense. L'une des choses les plus importantes que vous devez savoir avant de comprendre la vitesse de distorsion est en fait l'une des plus anciennes astuces du livre de physique, La troisième loi du mouvement de Newton . Vous l'avez probablement déjà entendu -- cette loi stipule que pour chaque action, il y a une réaction égale et opposée. Cela signifie simplement que pour chaque interaction entre deux objets, une paire de forces travaille sur les deux. Par exemple, si vous faites rouler une boule de billard directement dans une autre qui est au repos, ils exerceront tous deux une force égale l'un sur l'autre. La balle en mouvement va frapper la balle au repos et la repousser, mais il sera aussi repoussé par ce dernier.
Vous sentez que cette loi entre en jeu chaque fois que vous accélérez dans une voiture ou que vous volez dans un avion. Au fur et à mesure que le véhicule accélère et avance, vous ressentez une pression sur votre siège. Le siège vous pousse, mais vous exercez également une force contre le siège.
Alors qu'est-ce que cela a à voir avec "Star Trek" et l'Enterprise ? Même s'il était possible d'accélérer à quelque chose comme la moitié de la vitesse de la lumière, une accélération aussi intense tuerait une personne en la brisant contre son siège. Même s'il repoussait avec une force égale et opposée, sa masse par rapport au vaisseau spatial est tout simplement trop petite - le même genre de chose se produit lorsqu'un moustique frappe votre pare-brise et éclabousse. Alors, comment l'Enterprise peut-elle aller plus vite que la vitesse de la lumière sans tuer les membres à bord ?
Dans la section suivante, nous verrons comment les créateurs de "Star Trek" ont commencé à contourner le problème de l'envoi de matière à travers l'espace à des vitesses supraluminiques.
Afin d'éviter le problème de la troisième loi du mouvement de Newton et l'impossibilité pour la matière de se déplacer plus vite que la vitesse de la lumière, nous pouvons nous tourner vers Einstein et la relation entre l'espace et le temps. Pris ensemble, espacer, composé de trois dimensions (haut-bas, gauche droite, et avant-arrière) et le temps font tous partie de ce qu'on appelle le continuum espace-temps .
Il est important de comprendre le travail d'Einstein sur le continuum espace-temps et comment il se rapporte à l'Enterprise voyageant dans l'espace. Dans son Théorie spéciale de la relativité , Einstein énonce deux postulats :
En mettant ces deux idées ensemble, Einstein s'est rendu compte que l'espace et le temps sont relatifs - un objet en mouvement connaît en fait le temps à un rythme plus lent qu'un objet au repos. Bien que cela puisse nous sembler absurde, nous voyageons incroyablement lentement par rapport à la vitesse de la lumière, nous ne remarquons donc pas que les aiguilles de nos montres tournent plus lentement lorsque nous courons ou voyageons en avion. Les scientifiques ont en fait prouvé ce phénomène en envoyant des horloges atomiques avec des fusées à grande vitesse. Ils sont revenus sur Terre légèrement derrière les horloges au sol.
Qu'est-ce que cela signifie pour le capitaine Kirk et son équipe ? Plus un objet se rapproche de la vitesse de la lumière, cet objet connaît en fait le temps à un rythme nettement plus lent. Si l'Enterprise voyageait en toute sécurité à une vitesse proche de la vitesse de la lumière vers le centre de notre galaxie depuis la Terre, il en faudrait 25, 000 ans de temps terrestre. Pour l'équipage, cependant, le voyage ne prendrait probablement que 10 ans.
Bien que ce délai soit possible pour les personnes à bord, nous sommes confrontés à un autre problème - une Fédération essayant de gérer une civilisation intergalactique rencontrerait des problèmes si cela prenait 50, 000 ans pour qu'un vaisseau atteigne le centre de notre galaxie et revienne.
L'Enterprise doit donc éviter la vitesse de la lumière afin de garder les passagers à bord en phase avec l'heure de la Fédération. À la fois, elle doit également atteindre des vitesses plus rapides que celle de la lumière pour se déplacer efficacement dans l'univers. Malheureusement, comme le dit Einstein dans sa théorie de la relativité restreinte, rien n'est plus rapide que la vitesse de la lumière. Les voyages dans l'espace seraient donc impossibles si nous regardons la relativité restreinte.
C'est pourquoi nous devons examiner la théorie ultérieure d'Einstein, les Théorie générale de la relativité , qui décrit comment la gravité affecte la forme de l'espace et l'écoulement du temps. Imaginez un drap allongé. Si vous placez une boule de bowling au milieu de la feuille, la feuille se déformera au fur et à mesure que le poids de la balle appuie dessus. Si vous placez une balle de baseball sur la même feuille, il roulera vers la boule de bowling. Il s'agit d'une conception simple, et l'espace n'agit pas comme un drap de lit en deux dimensions, mais il peut être appliqué à quelque chose comme notre système solaire - des objets plus massifs comme notre soleil peuvent déformer l'espace et affecter les orbites des planètes environnantes. Les planètes ne tombent pas dans le soleil, bien sûr, en raison des vitesses élevées auxquelles ils se déplacent.
Sur la page suivante, nous verrons comment cela entre en jeu sur l'Enterprise.
La capacité de manipuler l'espace est le concept le plus important en ce qui concerne la vitesse de déformation. Si l'Enterprise pouvait déformer le continuum espace-temps en élargissant la zone derrière elle et en contractant la zone devant, l'équipage pouvait éviter d'aller à la vitesse de la lumière. Tant qu'il crée son propre champ gravitationnel, le vaisseau pourrait voyager localement à des vitesses très lentes, évitant ainsi les pièges de la troisième loi du mouvement de Newton et gardant les horloges synchronisées avec son site de lancement et sa destination. Le navire ne voyage pas vraiment à une « vitesse, " en soi - c'est plutôt comme si elle attirait sa destination vers elle tout en repoussant son point de départ.
Une bulle de distorsion entourant un vaisseau spatial, qui protège le navire et les membres d'équipage de la distorsion de l'espace et du temps.
Parce que les idées derrière la théorie de la relativité générale d'Einstein sont complexes et encore ouvertes à l'interprétation, cela laisse les possibilités grandes ouvertes pour les écrivains de science-fiction. Nous ne savons peut-être pas comment plier l'espace et le temps avec notre technologie actuelle, mais une civilisation fictive située dans le futur peut être tout à fait capable d'inventer un tel appareil avec la bonne imagination.
Dans l'univers "Star Trek", la vitesse de chaîne est obtenue grâce à l'utilisation d'un lecteur de chaîne . L'entraînement à distorsion est alimenté par des réactions matière-antimatière, qui sont réglementés par une substance appelée dilithium . Cette réaction crée un plasma hautement énergétique connu sous le nom de électro-plasma , un type de matière avec son propre champ magnétique, qui réagit avec le vaisseau bobines de chaîne . Les bobines de chaîne sont généralement enfermées dans ce que les auteurs de "Star Trek" appellent un nacelle de chaîne . L'ensemble crée un "champ de distorsion" ou une "bulle" autour de l'Enterprise, permettant au navire et à son équipage de rester en sécurité pendant que l'espace se manipule autour d'eux.
Entre la première série télévisée ("Star Trek:The Original Series") et la seconde ("Star Trek:The Next Generation"), les auteurs ont décidé d'assigner une limite à la vitesse de distorsion - en utilisant une échelle de Warp-1 à Warp-10, l'Enterprise n'était pas autorisée à voyager n'importe où à n'importe quel moment, vu que cela rendrait le tracé trop facile. Dans le spectacle, Warp-10 est devenu une vitesse maximale impossible, un infini dans lequel le vaisseau spatial serait à tous les points de l'univers en même temps. Déformation-9,6, selon le manuel technique "Next Generation", est la vitesse maximale atteignable autorisée -- elle est fixée à 1, 909 fois la vitesse de la lumière. Bien qu'il y ait quelques incohérences, voici la liste des différentes vitesses dans l'univers "Star Trek":
Facteur de déformation
Nombre de fois la vitesse de la lumière 1 1 2 10 3 39 4 102 5 215 6 392 7 656 8 1, 024 9 1, 516 9,6 1, 909 10 infini
Dans la section suivante, nous allons jeter un œil à quelques-uns des problèmes rencontrés par le concept de vitesse de distorsion.
Einstein a donc aidé les écrivains de "Star Trek" à manipuler l'espace dans un univers de science-fiction, mais est-il réellement possible de construire un vaisseau spatial qui pourrait propulser des personnes à travers de vastes galaxies dans un laps de temps relativement court ?
Le physicien Miguel Alcubierre a suggéré l'utilisation de ce qu'on appelle « la matière exotique, " un type théorique de matière à énergie négative. Si elle pouvait être trouvée ou créée, la matière exotique ferait le travail de repousser l'espace et le temps et de créer le champ gravitationnel.
Malheureusement, c'est aussi loin que cela va pour les sources de carburant possibles - il y a plus de problèmes que de solutions en ce qui concerne le concept d'alimentation de la vitesse de distorsion. Même si l'Enterprise voyageait à des vitesses inférieures à la lumière, connu comme commande d'impulsion aux fans de "Star Trek", la quantité de carburant et d'énergie nécessaire pour voyager rapidement dans l'espace serait trop importante pour un seul vaisseau spatial. Le moteur d'impulsion de l'Enterprise est alimenté par la fusion nucléaire, le même genre de réaction qui éclaire le soleil et crée d'énormes explosions à partir de certaines bombes nucléaires. Selon le Dr Lawrence Krauss, un physicien théoricien et auteur de "The Physics of Star Trek, " si le capitaine Kirk voulait voyager à la moitié de la vitesse de la lumière (150, 000 kilomètres par seconde), le vaisseau devrait brûler 81 fois sa masse en hydrogène, le combustible utilisé pour la fusion nucléaire. Le manuel technique de "Star Trek:The Next Generation" répertorie l'Enterprise comme pesant plus de 4 millions de tonnes métriques, le navire aurait donc besoin de plus de 300 millions de tonnes métriques d'hydrogène juste pour avancer. Bien sûr, ralentir jusqu'à l'arrêt, le vaisseau aurait besoin d'encore 300 millions de tonnes de carburant, et un voyage potentiel à travers les galaxies aurait besoin de 6, 642 fois la masse de "l'Entreprise".
Certaines personnes ont proposé un système dans lequel un appareil recueille de l'hydrogène pendant que le vaisseau se déplace, renoncer à la nécessité de stocker d'énormes quantités de carburant, mais Krauss suggère que cet appareil devrait mesurer environ 25 miles de large pour capturer tout ce qui vaut la peine d'être utilisé. Même si l'hydrogène est l'élément le plus abondant dans la galaxie, il n'y a qu'environ un atome d'hydrogène pour chaque pouce carré.
Faire fonctionner le warp drive serait une autre chose. L'entraînement à distorsion dans "Star Trek" obtient son pouvoir en faisant réagir la matière avec l'antimatière - le résultat est l'annihilation complète et la libération d'énergie pure. L'antimatière n'étant pas très répandue dans notre univers, la Fédération devrait le produire, quelque chose que nous pouvons faire aujourd'hui au Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) dans l'Illinois. De nouveau, le problème s'avère être un problème de quantité de carburant nécessaire pour alimenter un entraînement à distorsion. Kruass note que le Fermilab est capable de produire 50 milliards d'antiprotons en une heure, assez pour produire 1/1000 de watt. Il en faudrait 100, 000 Fermilabs pour alimenter une seule ampoule. Produire suffisamment d'antiprotons pour courber le continuum espace-temps semble presque impossible en ce qui concerne notre technologie actuelle.
Bien qu'il y ait peu de chance au cours de ce siècle que les humains développent un vaisseau spatial qui pourrait plier l'espace et voyager vers des galaxies lointaines plus rapidement que la vitesse de la lumière, cela n'a pas empêché les scientifiques et les fans de la série de réfléchir au potentiel. Aussi récent qu'en novembre 2007, la British Interplanetary Society a réuni plusieurs physiciens pour une conférence intitulée « Faster Than Light :Breaking the Interstellar Distance Barrier » [source :Guardian].
La science de "Star Trek"Pour plus d'informations sur les voyages spatiaux et intergalactiques, voir la page suivante.
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