« Si quelqu'un faisait une demande de subvention de recherche pour travailler sur les voyages dans le temps, il serait immédiatement rejeté, " écrit le physicien Stephen Hawking dans son livre posthume Brèves réponses aux grandes questions . Il avait raison. Mais il avait également raison de dire que demander si le voyage dans le temps est possible est une "question très sérieuse" qui peut encore être abordée scientifiquement.

Arguant que notre compréhension actuelle ne peut pas l'exclure, Colportage, il semble, était prudemment optimiste. Alors, où cela nous laisse-t-il ? Nous ne pouvons pas construire une machine à remonter le temps aujourd'hui, mais pourrions-nous à l'avenir?

Commençons par notre expérience quotidienne. Nous tenons pour acquis la possibilité d'appeler nos amis et notre famille où qu'ils se trouvent dans le monde pour savoir ce qu'ils font à l'heure actuelle . Mais c'est quelque chose que nous ne pouvons jamais réellement savoir. Les signaux transportant leurs voix et images voyagent à une vitesse incompréhensible, mais il faut encore un temps fini pour que ces signaux nous parviennent.

Notre incapacité à accéder au « maintenant » de quelqu'un de loin est au cœur des théories de l'espace et du temps d'Albert Einstein.

Vitesse de la lumière

Einstein nous a dit que l'espace et le temps font partie d'une seule chose - l'espace-temps - et que nous devrions être aussi disposés à penser aux distances dans le temps qu'aux distances dans l'espace. Aussi étrange que cela puisse paraître, nous répondons volontiers "environ deux heures et demie", quand quelqu'un demande à quelle distance Birmingham est de Londres. Ce que nous voulons dire, c'est que le trajet dure aussi longtemps à une vitesse moyenne de 50 miles par heure.

Mathématiquement, notre déclaration équivaut à dire que Birmingham est à environ 125 milles de Londres. Comme l'écrivent les physiciens Brian Cox et Jeff Forshaw dans leur livre Why Does E=mc²?, le temps et la distance "peuvent être échangés en utilisant quelque chose qui a la valeur d'une vitesse". Le saut intellectuel d'Einstein était de supposer que le taux de change d'un temps à une distance dans l'espace-temps est universel – et c'est la vitesse de la lumière.

La vitesse de la lumière est la plus rapide qu'un signal puisse voyager, mettant une limite fondamentale sur la rapidité avec laquelle nous pouvons savoir ce qui se passe ailleurs dans l'univers. Cela nous donne la "causalité" - la loi que les effets doivent toujours venir après leurs causes. C'est une sérieuse épine théorique dans le pied des protagonistes qui voyagent dans le temps. Pour moi, remonter le temps et mettre en mouvement des événements qui empêchent ma naissance, c'est mettre l'effet (moi) avant la cause (ma naissance).

Maintenant, si la vitesse de la lumière est universelle, nous devons le mesurer pour qu'il soit le même - 299, 792, 458 mètres par seconde dans le vide – quelle que soit la vitesse à laquelle nous nous déplaçons nous-mêmes. Einstein s'est rendu compte que la conséquence du fait que la vitesse de la lumière est absolue est que l'espace et le temps eux-mêmes ne peuvent pas l'être. Et il s'avère que les horloges mobiles doivent tourner plus lentement que les horloges fixes.

Plus tu bouges vite, plus votre horloge est lente par rapport à celles que vous dépassez. Le mot « parent » est essentiel :le temps vous semblera passer normalement. A tous ceux qui restent immobiles, cependant, vous serez au ralenti. Si tu devais te déplacer à la vitesse de la lumière, vous sembleriez figé dans le temps - en ce qui vous concerne, tout le monde serait en avance rapide.

Et si on voyageait plus rapide que la lumière, le temps reculerait-il comme la science-fiction nous l'a appris ?

Malheureusement, il faut une énergie infinie pour accélérer un être humain à la vitesse de la lumière, encore moins au-delà. Mais même si nous pouvions, le temps ne reculerait pas simplement. Au lieu, il n'aurait plus du tout de sens de parler en avant et en arrière. La loi de causalité serait violée et le concept de cause à effet perdrait son sens.

Trous de ver

Einstein nous a également dit que la force de gravité est une conséquence de la façon dont la masse déforme l'espace et le temps. Plus nous écrasons de masse dans une région de l'espace, plus l'espace-temps est déformé et plus les horloges voisines sont lentes. Si nous pressons suffisamment de masse, l'espace-temps devient si déformé que même la lumière ne peut échapper à son attraction gravitationnelle et un trou noir se forme. Et si vous vous approchiez du bord du trou noir – son horizon des événements – votre horloge tournerait infiniment lentement par rapport à ceux qui en sont éloignés.

Pourrions-nous donc déformer l'espace-temps de la bonne manière pour le refermer sur lui-même et voyager dans le temps ?

La réponse est peut-être, et la déformation dont nous avons besoin est un trou de ver traversable. Mais il faut aussi produire des régions de densité énergétique négative pour la stabiliser, et la physique classique du 19ème siècle empêche cela. La théorie moderne de la mécanique quantique, cependant, peut-être pas.

Selon la mécanique quantique, l'espace vide n'est pas vide. Au lieu, il est rempli de paires de particules qui apparaissent et disparaissent. Si nous pouvons créer une région où moins de paires sont autorisées à entrer et sortir que partout ailleurs, alors cette région aura une densité d'énergie négative.

Cependant, trouver une théorie cohérente qui combine la mécanique quantique avec la théorie de la gravité d'Einstein reste l'un des plus grands défis de la physique théorique. Un candidat, la théorie des cordes (plus précisément la théorie M) peut offrir une autre possibilité.

La théorie M exige que l'espace-temps ait 11 dimensions :celle du temps et trois de l'espace dans lequel nous nous déplaçons et sept autres, recroquevillé invisiblement petit. Pourrions-nous utiliser ces dimensions spatiales supplémentaires pour raccourcir l'espace et le temps ? Colportage, au moins, était plein d'espoir.

Enregistrement de l'historique

Alors, le voyage dans le temps est-il vraiment une possibilité ? Notre compréhension actuelle ne peut pas l'exclure, mais la réponse est probablement non.

Les théories d'Einstein ne parviennent pas à décrire la structure de l'espace-temps à des échelles incroyablement petites. Et tandis que les lois de la nature peuvent souvent être complètement en contradiction avec notre expérience quotidienne, elles sont toujours auto-cohérent - laissant peu de place aux paradoxes qui abondent lorsque nous jouons avec la cause et l'effet dans la vision de la science-fiction sur le voyage dans le temps.

Malgré son optimisme joueur, Hawking a reconnu que les lois de la physique non découvertes qui remplaceront un jour celles d'Einstein pourraient conspirer pour empêcher de gros objets comme vous et moi de sauter par hasard (pas de manière causale) dans le temps. Nous appelons cet héritage sa « conjecture de protection chronologique ».

Que l'avenir réserve ou non des machines à remonter le temps, nous pouvons nous consoler en sachant que lorsque nous gravissons une montagne ou que nous accélérons dans nos voitures, nous changeons la façon dont le temps passe.

Donc, ce "faire semblant d'être un jour de voyageur dans le temps" (8 décembre), souviens-toi que tu l'es déjà, mais pas de la manière que vous pourriez espérer.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.