Science
et voyage dans le temps
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De manière assez étrange, les hommes de science semblent savoir
"comment" se rendre à une destination qu'il n'ont pas déterminée.
Alors qu'ils ne savent pas précisément "où" et "quand" se
situent les époques du passé et du futur à investir, ils décrivent des moyens
sophistiqués pour y parvenir.
Hyperespace,
raccourcis de l'espace-temps, trous de ver, trous
noirs,
fontaines blanches
La plupart des tentatives d'élaboration de "réels" moyens de
voyager dans le temps reposent sur la théorie de la relativité d'Einstein. Mais
elles s'appuient aussi et surtout sur la "représentation graphique",
géométrique, des équations du grand savant allemand naturalisé suisse, à savoir
la géométrie de l'espace-temps de Minkowski. Ces diagrammes permettent de se
représenter aisément en quoi consisterait un déplacement dans le temps. C'est
parce qu'auparavant, ils ont permis de se représenter clairement en quoi
consiste un déplacement dans l'espace et l'hyperespace.
L'hyperespace est un univers à quatre dimensions spatiales et une
dimension temporelle, soit une dimension spatiale de plus que notre
espace-temps quadridimensionnel.
C'est dans cet hyperespace, soit un espace-temps à cinq dimensions, que
peut s'effectuer le fameux retournement complet d'une sphère.
Minkowski
Les travaux d'Hermann Minkowski constituent donc une étape importante
dans notre recherche. Ce grand mathématicien fut le professeur d'Einstein. Le
manque d'enthousiasme de son élève l'irritait tant qu'il surnomma Einstein
"le chien paresseux". L'ironie veut que ce soit en grande partie à ce
"chien paresseux" que Minkowski doit sa renommée universelle.
Minkowski a apporté une représentation géométrique aux équations
d'Einstein. C'est lui qui a développé la notion d'espace-temps et la géométrie
de l'espace-temps qui la décrit - on parle d'ailleurs de géométrie de
l'espace-temps de Minkowski -, montrant que temps et espace formaient un "continuum"
et étaient par conséquent indissociables. Tout événement doit être situé par
trois coordonnées d'espace et une coordonnée de temps. De cette façon, on
visualise clairement les conséquences du caractère absolu de la vitesse de la
lumière. Il faut se rappeler que si Einstein a rendu relatives les notions de
temps et d'espace, c'est parce que s'était révélé un nouvel absolu: la vitesse
de la lumière. En effet, à la fin du 19è siècle, les expérimentateurs Michelson
et Morley avaient observé que la vitesse de la lumière était identique quel que
soit la vitesse du référentiel dans lequel on la mesure. Einstein tirera toutes
les conséquences de cette observation en établissant que rien ne peut dépasser
la vitesse de la lumière. Les graphes de Minkowski représentent l'espace
parcouru par la lumière à chaque instant "t" arbitrairement petit.
Comme on peut le voir sur la figure 1 du cahier central, la distance que peut
parcourir la lumière au bout de quelques secondes forme un entonnoir ouvert vers
le haut pour le futur et vers le bas pour le passé. C'est très simple à
comprendre. En 3", la lumière a pu parcourir 900000km vers la gauche et
900000km vers la droite - en trois dimensions, ce sera en plus vers l'avant et
l'arrière et vers le haut et le bas. Plus le temps passe, plus grande est la
distance qu'elle parcourt ou qu'elle peut parcourir. Donc l'entonnoir s'élargit
de plus en plus avec le temps.
Dans le passé, il y a 3", la lumière pouvait avoir parcouru
900000km dans chacune des directions. Mais il y a 2", elle ne pouvait
avoir parcouru que 600000km dans chacune des directions, et il y a 1",
300000km. Plus on se rapproche de l'instant présent, moins la lumière a pu
parcourir d'espace, donc plus l'entonnoir se rétrécit. Mais si on recule plus
loin dans le passé, plus elle peut avoir parcouru d'espace et plus l'entonnoir
s'élargit.
Un objet ne pouvant se déplacer plus vite que la lumière, il ne pourra
évoluer que dans les limites de l'entonnoir. Ce qui est en dehors de
l'entonnoir lui est inaccessible. La ligne qui représente le parcours d'un
objet est appelée ligne d'univers. Et c'est une ligne d'univers du genre temps.
Pourquoi? Parce que le temps s'écoule toujours pour un tel objet. Lorsque sa
vitesse augmente, son temps propre se ralentit. Lorsqu'il voyage à la vitesse
de la lumière, son temps propre s'arrête et sa ligne d'univers est alors une
ligne du genre lumière. La ligne d'univers d'une particule qui voyagerait plus
vite que la lumière serait une ligne d'univers du genre espace. Nous verrons que
des physiciens ont émis l'hypothèse de la possibilité d'existence de telles
particules, qu'ils ont appelées "tachyons", même si les équations
d'Einstein interdisent leur existence.
L'entonnoir, ou "cône de lumière", représente toute la
surface ou l'espace parcourable par un objet ou une personne. Bien entendu, un
objet ne se trouve qu'à un endroit à la fois à chaque instant. Son parcours
dans le temps est donc représenté par une ligne plus ou moins droite - ou
courbée, c'est selon - selon sa vitesse de déplacement.
L'univers en rotation de Kurt Gödel
Kurt Gödel est un mathématicien et un logicien contemporain d'Einstein,
avec lequel il a d'ailleurs collaboré. Il est célèbre pour avoir démontré que tout
système formel contenait des propositions indémontrables par le système en
question.
Par ailleurs, intrigué par la théorie d'Einstein, Gödel a constaté que
si l'univers est en rotation, mais pas en expansion, les cônes de lumière
peuvent être inclinés de telle façon que l'on puisse voyager de cône en cône
tout autour de l'univers, jusqu'à l'événement de départ. Autrement dit, on peut
revenir au même endroit et au même moment d'où l'on est parti, et ceci sans
jamais voyager plus vite que la lumière.
L'intéressante idée de départ de Gödel, c'est que la tendance naturelle
de la force de gravitation à rassembler la matière et à la faire se détruire,
pourrait être compensée par une force centrifuge provoquée par la rotation de
l'univers dans son ensemble. Autrement dit, la force d'attraction
gravitationnelle serait compensée par une force de répulsion centrifuge.
Tout comme chaque observateur de l'expansion de l'univers croit être au
centre d'expansion de l'univers, il croit être au centre de
"rotation" de l'univers.
Selon Gödel, l'espace-temps est entraîné dans la rotation de l'univers.
Prenons trois points dans l'espace de façon que les cônes de lumière
qui y sont associés soient assez éloignés l'un de l'autre pour que, pendant un
certain laps de temps, les trois points ne puissent rien savoir les uns des
autres et a fortiori pour n'exercer aucune influence l'un sur l'autre, car
l'information qu'ils se communiqueraient devrait alors traverser la partie
espace et donc voyager plus vite que la lumière. Bien sûr, à un certain moment
du futur, chacun des points recevra des informations de chacun des deux autres
car des parties de leurs cônes se recouvriront; mais cela n'autorisera en
aucune façon une quelconque influence en retour sur le passé, qui sera révolu.
Mais s'il existe une rotation assez rapide de l'univers, les cônes
peuvent être si inclinés qu'ils en viennent à se chevaucher, et un point A peut
aller en B ou en C sans quitter son futur, c'est-à-dire en gardant une ligne
d'univers du genre temps, - autrement dit encore, sans que sa ligne du genre
temps ne devienne une ligne du genre espace - soit sans devoir aller plus vite
que la lumière. Si on conçoit que des cônes se succèdent tout autour de
l'univers, on peut imaginer que le voyageur A reviendra à l'endroit et à
l'instant de son départ après avoir fait un tour d'univers qui aura peut-être
pris des millénaires d'après les horloges emportées dans le vaisseau spatial.
Aujourd'hui, ce n'est pas des millénaires mais environ cent billions d'années
que prendrait un tel voyage. Malheureusement, tout porte à croire que l'univers
dans son ensemble n'est pas en rotation. L'hypothèse de Gödel en reste au stade
de la belle construction théorique.
Le cylindre en rotation de Franck Tipler
En 1937, le physicien W.T.V. Stockum propose une solution au problème
du déplacement dans le temps dans laquelle un cylindre infiniment long en
rotation rapide fonctionne comme une machine à remonter le temps. Mais même
s'il semble que rien n'est infiniment long dans la nature - quoique Gott[1]
en 1991 émet l'hypothèse de cordes infiniment longues -, on n'a pas prouvé
qu'un cylindre de dimension finie ne pourrait pas faire l'affaire.
De fait, en 1973, le physicien américain Frank Tipler proposa, dans son
article "Cylindres en rotation et possibilité d'une violation globale de
la causalité", une théorie qui
n'exigeait plus la rotation de tout l'univers ni un cylindre infiniment long
pour pouvoir créer une machine à se déplacer dans le temps. Le travail de
Tipler présente le grand mérite de pouvoir servir de base sérieuse à toute
réflexion future sur la possibilité de voyager dans le temps. Tipler balise en
trois étapes la route qui mène à l'expression mathématique de la "machine
à voyager dans le temps".
D'abord, il se demande si les équations autorisent, en théorie, des
voyages dans l'espace-temps, dans lesquels le voyageur retourne à son point de
départ à la fois dans l'espace et dans le temps, une partie du voyage ayant été
effectuée en arrière dans le temps. La réponse est oui, comme l'a prouvé par
ailleurs Gödel, et comme le prouveront d'autres physiciens comme Brandon Carter
et Kip Thorne.
Ensuite, Tipler se demande si les conditions sous lesquelles on voyage
dans une boucle du genre temps peuvent apparaître de manière naturelle dans
l'univers. La réponse est encore oui.
Enfin, Tipler se demande si de telles conditions peuvent être réalisées
"artificiellement"; à savoir s'il est possible de
"construire" une machine à voyager dans le temps. La réponse est
toujours oui.
Venons-en au développement des arguments de Tipler. Les points
importants de sa théorie sont la rotation du cylindre et le fait que cette
rotation soit à l'origine d'une singularité nue. De quoi s'agit-il? La rotation
du cylindre est directement compréhensible. Par contre, la notion de
"singularité nue" nécessite quelques explications. Une singularité
est le point vers lequel converge tout ce qui tombe dans un Trou Noir. Aucune
forme d'être ne peut résister aux forces qui sont en jeu dans la singularité.
Le seul espoir de pouvoir exploiter un Trou Noir pour voyager dans le temps,
c'est d'en trouver ou d'en fabriquer un dont la singularité est nue,
c'est-à-dire sur laquelle la matière ne s'effondrera pas.
On peut rencontrer de telles possibilités dans la nature, soit à
travers l'explosion d'un trou noir, soit quand un agrégat de matière
non-sphérique s'effondre sur lui-même sous l'effet de la gravitation.
Lorsqu'une singularité[2] nue massive
et en rotation rapide est prise dans un champ gravitationnel intense, les cônes
de lumière qui en sont proches sont fort inclinés. Un observateur pris dans ce
champ ne verra pas de modification des lois de la physique, mais un observateur
éloigné oui. Lorsqu'il est incliné à plus de 45°, une partie du futur du cône
se trouve dans le passé. On peut s'en rendre compte sur la figure... du cahier
central. Pour un observateur extérieur,
le voyageur du temps, qui peut évoluer n'importe où dans la partie "futur"
de son cône, se trouve partout à la fois autour de l'orbite de la singularité
nue. Le voyâgeur peut aussi descendre de plus en plus bas en spirale, dans le
passé, en repassant toujours au même endroit, le long de l'axe du temps. Tout
cela est bien beau, mais en réalité, on ne fait ici qu'analyser un graphe, donc
les équations, dans lesquels est pris en compte "-t", donnant
l'impression que le passé existe en même temps que le présent. Or, dans la
réalité, le passé n'existe pas.
Mais en dehors du fait de savoir si la machine du temps existe à l'état
naturel ou si elle peut être réalisée de manière artificielle, il faut bien se
rendre compte qu'on ne peut remonter indéfiniment dans le passé dans ce type de
machine. Seulement dans un passé qui correspond au moment de création de la
machine. Par contre, tout le futur est ouvert à l'exploration, ce qui n'est
déjà pas si mal et crée la situation surprenante que le futur semble être plus
accessible que le passé. Pour remonter loin dans le passé, il faudrait
découvrir une machine à "voyager" naturelle qui existait déjà, par
exemple, au temps du Christ, des pyramides ou des dinosaures, ou même aux
premiers temps de l'univers, ce que croient possible certains spécialistes de
la physique quantique.
Les optimistes disent que si on n'a pas encore reçu la visite de voyageurs
du temps, c'est parce qu'on n'a pas encore découvert de machine naturelle ou
artificielle - artificielle, ça on le sait -, et non pas parce que le voyage
dans le temps est impossible - contrairement à ce que pensait Stephen Hawking
dans un premier temps.
Donc, ce dont nous avons besoin, c'est d'un cylindre massif et compact
en rotation rapide. C'est la condition indispensable pour créer une singularité
nue, c'est-à-dire sur laquelle ne s'effondre pas la matière qu'elle attire. Il
faut que le cylindre ait 100km de long et entre 10 et 20 km de diamètre, avec
une masse au moins équivalente à celle du soleil, avec une densité d'une étoile
à neutrons, et il faut que ce cylindre tourne sur lui-même deux fois chaque
milliseconde, soit seulement trois fois plus vite que le pulsar milliseconde,
c'est-à-dire à la moitié de la vitesse de la lumière. Le pulsar, ou étoile à
neutrons, est l'objet le plus dense, le plus massif, le plus compact connu.
Certains tournent très rapidement.
Il existe ainsi des pulsars "milliseconde" - en fait, ils
effectuent un tour toutes les 1,5 milliseconde. Mais la machine à voyager dans le temps n'est pas encore
complète. Il reste encore à joindre plusieurs étoiles à neutrons pôle à pôle pour
obtenir la machine de Tipler. Mais les difficultés qu'implique une telle
réalisation sont innombrables, peut-être insurmontables en pratique: il faut
trouver dix étoiles à neutrons; la force centrifuge développée serait si forte
qu'elle disloquerait le cylindre dans sa largeur, tandis qu'il tendrait à
s'effondrer sur lui-même dans sa longueur. Enfin, le champ gravitationnel de
plusieurs étoiles serait si fort qu'elles s'effondreraient en un trou noir, à
moins qu'un champ d'énergie plus fort que tout ce qui est connu actuellement ne
maintienne les cylindres rigides. Les cordes cosmiques sembleraient tenir la
corde pour maintenir les cylindres rigides et arrêter leur effondrement, et
constitueraient la matière idéale pour garder ouverte assez longtemps l'entrée
d'un trou de ver.
Arrêtons-nous un instant pour effectuer une petite réflexion critique
autour de la nature du formalisme mathématique.
Le cône incliné est la représentation sur les graphes de la variable
"-t" des équations. Les équations, et les graphes - qui ne sont que
leur expression géométrique -, n'interdisent pas de manipuler "-t",
c'est même ce qui fait leur intérêt, mais la représentation ne prend pas pour
autant un sens réel, pas plus que la possibilité d'association des lettres
BBCFBAT ne donne du sens à cette association, quoiqu'elle soit permise. De même
que la possibilité de parler des fantômes ne leur confère pas l'existence.
Ce que nous voulons dire, c'est que ce n'est pas parce que le langage,
mathématique en l'occurrence, permet de manipuler et de représenter le passé,
que ce passé existe réellement. C'est bien pour cela que la constante que
représente la vitesse de la lumière est considérée comme une limite absolue, en
fonction du formalisme en usage.
Le Pont d'Einstein-Rosen
Avant d'aborder d'autres théories de voyage dans le temps , il faut
évoquer les propositions de tentatives de déplacement dans l'espace à travers
des raccourcis, soit le passage dans un "Hyperespace", constitué
d'une quatrième dimension spatiale.
En 1936, Einstein et son collaborateur Nathan Rosen ont imaginé un
raccourci dans l'espace-temps, appelé "pont d'Einstein-Rosen", pour
relier deux points très éloignés dans l'univers par une incursion dans une
quatrième dimension spatiale. Dans les années cinquante, le physicien John
Archibald Wheeler leur donnera le nom de "Trous de Ver". Comme les
Trous Noirs, les trous de ver
apparaissent dans des régions de l'univers où l'espace-temps est très courbé.
Ces Trous de Ver constituent l'hyperespace, la quatrième dimension, l'au-delà,
l'univers parallèle dans lequel se déplacerait celui qui voyage à une vitesse
supérieure à celle de la lumière et le voyageur du temps. On peut voir sur la
figure... du cahier central la représentation d'un Trou de Ver.
Aujourd'hui, des physiciens quantiques - étrange entité à vrai dire -
émettent l'hypothèse que des Trous de Ver apparaîtraient et disparaîtraient en
permanence au niveau subatomique, dans ce que l'on appelle le "vide
quantique", où surgissent des topologies, c'est-à-dire des structures de
l'espace-temps, différentes de celles de notre espace-temps. Malheureusement,
ces Trous de Ver microscopiques n'ont qu'une durée de vie de l'ordre du temps
de Planck, c'est-à-dire extrêmement courte, et ne laissent passer des particules
que de l'ordre de la longueur de Planck, c'est-à-dire extrêmement petites. Mais
nous verrons que le physicien américain Kip Thorne a tenté de résoudre ce
problème.
Ouvrons une parenthèse pour montrer qu'H.G. Wells avait le don
d'anticiper de profondes découvertes théoriques. Dans "Un étrange
phénomène", il écrit: "D'explication, il n'en est pas de probable,
sinon celle qu'a émise le professeur Wade. Mais elle implique une quatrième
dimension et une théorie aventurée sur les diverses sortes d'espaces. Dire
qu'il y a eu un nœud dans l'espace me semble parfaitement absurde, mais
peut-être est-ce parce que je ne suis pas mathématicien. Quand j'objectai que
rien ne changerait ce fait, que les deux endroits sont séparés l'un de l'autre
par une distance de plus de 10000 kilomètres, il me répondit que deux points
peuvent être distants d'un mètre sur une feuille de papier et cependant qu'on
peut les rapprocher en pliant simplement le papier". Wells connaissait-il
les géométries non-euclidiennes?
Les "BGT"
Revenons à nos moutons spatio-temporels.
Dans le cadre de la théorie de la relativité, la machine à voyager dans
le temps consiste en une "Boucle du Genre Temps", une
"BGT". C'est une région de l'espace-temps tellement courbée qu'elle
se replie sur elle-même. La question est: comment obtenir cette boucle? Nous
avons vu que la solution proposée par Gödel n'est pas réaliste et que celle de
Tipler ne l'est pas beaucoup plus. La notion de "Trou Noir" va
peut-être nous aider à nous tirer d'embarras car le Trou Noir, sous certaines
conditions, peut lui aussi constituer un raccourci dans l'espace-temps.
Le terme "Trou Noir" n'a été proposé qu'en 1967 par John A.
Wheeler, spécialiste de la relativité, mais le concept précède l'élaboration de
la théorie de la relativité.
En effet, l'anglais John Michell en 1783 et le français Pierre Simon de
Laplace en 1796, firent l'hypothèse de l'existence de corps si massifs que la
lumière ne pourrait s'en échapper. Leur raisonnement était à la fois simple et
génial: il combinait le caractère fini de la vitesse de la lumière et le fait
qu'il faille acquérir une vitesse suffisamment grande pour échapper à
l'attraction gravitationnelle d'un corps, ce qu'on appelle la "vitesse de
libération" - que calculent les
ingénieurs pour permettre aux sondes spatiales de quitter l'atmosphère
terrestre. Si le corps est suffisamment massif, la lumière ne pourra s'en
échapper.
Les équations d'Einstein permettront de remettre au goût du jour cette
idée et d'en affiner les contours. C'est ainsi que Karl Schwarzschild montra en
1915, qu'à une distance critique du centre d'une sphère très massive, ce qu'on
appelle le rayon de Schwarzschild, le temps et l'espace perdent leur
signification. En 1939, Robert Oppenheimer - qui dirigera l'équipe scientifique
qui mettra au point la première bombe atomique, dans le projet Manhattan - et
Nathan Snyder montrent qu'une étoile si dense que son rayon serait inférieur à
celui de Schwarzschild s'effondrerait sur elle-même, formant un corps invisible
à l'observation: un Trou Noir! En l'occurrence, il s'agit d'un Trou Noir
statique vers la singularité - la singularité est le point vers lequel converge
tout ce qui tombe dans le Trou Noir - duquel converge toute matière qui
traverse son horizon des événements; seul cet horizon des événements, cette
frontière, peut-être observé de l'extérieur. Mais un Trou Noir statique ne
possède pas de Boucle du Genre Temps.
Comment donc en faire une machine à se déplacer dans le temps? D'abord en
se servant du Trou Noir pour créer un raccourci de l'espace-temps. C'est ici
qu'il faut rappeler que le temps des équations est réversible. Si au temps
positif correspond un Trou Noir, au temps négatif doit correspondre l'inverse
du Trou Noir: un Trou Blanc - troublant! -, ou plutôt une "Fontaine
Blanche". En effet, alors que toute matière est engloutie par le Trou
Noir, la Fontaine Blanche rejette la matière. Il s'agit alors de coller un Trou
Noir à une Fontaine Blanche dans notre univers pour créer un "Trou de
Ver", autrement dit un pont spatio-temporel. Mais ce n'est que la première
étape dans l'élaboration de notre machine à voyager dans le temps, car le Trou
de Ver constitue un raccourci spatial, pas encore un raccourci temporel.
La deuxième étape consiste à remorquer l'entrée du Trou de Ver pour
créer un décalage temporel avec la sortie. Place à Kip Thorne et au Consortium.
Kip Thorne et le Consortium
On ne peut parler de l'apport de Kip Thorne dans la réflexion sur la
possibilité de se déplacer dans le temps sans parler du "Consortium".
Le Consortium est constitué de sept chercheurs répartis sur deux
continents et qui réfléchissent à la façon de concevoir une machine à voyager
dans le temps. Les deux plus connus d'entre eux sont le physicien américain Kip
Thorne et le physicien russe Igor Novikov. Suite à la demande de l'écrivain
Carl Sagan[3]
à Kip Thorne de lui proposer un moyen scientifiquement valable de voyager dans
l'espace à travers un raccourci de l'espace-temps, Thorne et Novikov se rendent
compte que, sous certaines conditions, ce raccourci peut constituer une
"Boucle du Genre Temps", autrement dit une machine à voyager dans le
temps.
La solution proposée par Kip Thorne et ses étudiants Michael Morris et
Ulvi Yurtsever consiste à laisser fixe l'extrémité fontaine blanche du collage
"trou noir-fontaine blanche" que nous avons évoqué plus haut, et à
éloigner ou à faire zigzaguer l'extrémité trou noir à une vitesse juste
inférieure à celle de la lumière.
La théorie de la relativité nous a appris que le temps propre d'un
objet qui voyage à une vitesse proche de celle de la lumière est ralenti. Par
conséquent, l'extrémité Trou Noir en mouvement verra sont temps propre ralentir
par rapport à celui de l'extrémité Fontaine Blanche: "L'écoulement du
temps ne doit donc pas être le même pour les deux bouches. D'un autre côté,
vues de l'intérieur du trou, elles sont au repos l'une par rapport à l'autre,
ce qui veut dire que l'écoulement du temps doit être le même pour les deux
bouches", dit Thorne.
Nous avons donc deux bouches d'un Trou de Ver, l'une fixe, l'autre en
mouvement dans l'espace à une vitesse proche de celle de la lumière. La
longueur du tunnel à travers l'hyperespace, c'est-à-dire le pont qui relie les
deux bouches, a une longueur constante de 30cm.
Représentons-nous ce que cela signifie à travers l'aventure imaginée
par Kip Thorne lui-même.
Le 1/01/2000 à 9 heures du matin, le vaisseau de la famille Thorne part
dans l'espace avec, à son bord, Carolee, la femme de Kip Thorne, et une des
bouches du Trou de Ver. Pendant tout le voyage, Thorne tient la main de sa
femme à travers le Trou de Ver, qui, rappelons-le, ne mesure que 30cm, et
regarde, par le Trou de Ver, sa propre main et sa tête passer à travers l'autre
bouche, statique, du Trou de Ver. Bientôt, il voit, à travers ce trou, sa femme
de retour dans le jardin ce 1/01/2000 à 21 heure, soit après 12 heures de
voyage d'après la montre de Carolee.
Pourtant, à 21h01', lorsqu'il sort la tête du trou et regarde par la
fenêtre, il Kip Thorne découvre une pelouse vide. Mais avec un télescope assez
puissant, il voit dans le ciel le vaisseau de son épouse au tout début de son
voyage, qui va durer dix ans selon sa montre à lui. Et effectivement, le
1/01/2010, le vaisseau atterrit dans le jardin des Thorne avec une Carolee
seulement plus vieille de 12h, alors que Kip a vieilli de 10 ans. "C'est
le "paradoxe des jumeaux" bien connu: pour le "jumeau"
ultrarapide qui s'en va puis revient [Carolee], le voyage ne dure que 12 heures,
tandis que celui qui reste sur terre [moi] doit attendre 10 ans le retour de
son "jumeau"", rappelle Thorne.
Que voit sa femme Carolee? Pendant le voyage, elle tient la main de son
mari et voit sa tête en 2000. De même, Thorne se voit dix ans plus jeune. S'il
glisse dans la bouche du vaisseau, il émerge par l'autre bouche le 1/01/2000 à
21h. De la même façon, si le "jeune moi-même traverse le trou de ver le
1/01/2000, il émergera de l'autre bouche le 1/01/2010. Passer dans une
direction par le trou de ver me ramène dix ans en arrière, passer dans l'autre
direction m'expédie dix ans en avant". Mais n'oublions pas qu'il est
impossible de remonter le temps avant le 1/01/2000 à 9h, soit avant le moment
où le Trou de Ver est devenu une machine temporelle, une Boucle du Genre Temps.
Un problème important dans la réalisation d'une Boucle du Genre Temps
consiste à maintenir le Trou Noir ouvert assez longtemps pour permettre au
voyageur d'y plonger et de traverser le pont jusqu'à la Fontaine Blanche. Tout ce
qui est nécessaire, selon Thorne, c'est un champ gravitationnel fort, soit un
corps suffisamment massif, par exemple une planète, qui évoluerait à proximité
de la bouche du Trou Noir et l'entraînerait dans sa course par attraction
gravitationnelle, comme un âne suit la carotte qu'on lui met sous le nez. Une
autre façon de procéder serait d'ajouter à la bouche du Trou Noir une quantité
suffisante de charge électrique et de l'entraîner à l'aide d'un champ
électrique. Mais ce n'est pas tout. Nous avons vu que la théorie de Tipler
nécessitait l'existence de matière exotique. C'est une possibilité qu'envisage
aussi Thorne pour maintenir ouverte la bouche du Trou de Ver.
Cette matière exotique est de l'énergie négative; elle permettrait
d'annuler l'énergie positive qui pousse la bouche à se refermer sur elle-même, pour aboutir à un état stable où
l'énergie globale est nulle. Il est important de préciser qu'il s'agit ici de
matière négative et non d'antimatière. En effet, la composition "matière +
antimatière" provoquerait une explosion et un dégagement d'énergie
considérable, ce qui aurait des conséquences fâcheuses pour le voyageur du
temps, tandis que l'association matière positive-matière négative est sans
danger pour lui.
Il reste, après avoir entraîné une des bouches du trou de ver à une
vitesse proche de celle de la lumière, à la ramener à proximité de l'autre
bouche, qui est restée statique. Peu importe qu'il s'agisse d'un voyage
lointain ou circulaire, pourvu qu'une différence de temps suffisante soit
marquée entre les horloges des deux référentiels. La bouche mobile - à nouveau
fixe -, est plus jeune que la bouche statique.
Enfin, ce qui préoccupe Thorne et le Consortium, et c'est ce qui les
démarque des physiciens qui les ont précédés dans ce type de réflexion, ce
n'est pas seulement l'aspect pratique lié à la réalisation d'une machine à
voyager dans le temps. Ils ont aussi le souci d'établir un ensemble logique
d'équations qui préserve les bases physiques des fameux paradoxes liés au
voyage dans le temps, pour éviter de violer les lois de la causalité. Nous
développerons et analyserons leurs arguments dans la dernière section de cet
essai.
Le Consortium s'efforce de résoudre les problèmes physiques et logiques
liés au déplacement dans le temps à travers une "B.G.T.", une Boucle
du Genre Temps. Le Consortium
n'affronte pas les situations impliquant des êtres humains, mais celles
qui font intervenir des objets, en l'occurrence des boules de billard, et
apporte sa contribution à la résolution des paradoxes de la causalité. La
situation étudiée par Thorne et ses étudiants leur a été proposée par le
professeur Polchinski. Le professeur Polchinski leur décrit la situation
suivante: il imagine un Trou de Ver converti en machine à voyager dans le
temps, dont les deux bouches se trouvent à proximité l'une de l'autre dans
notre univers et pas seulement dans l'hyperespace.[4]
Une boule de billard entre dans une bouche, remonte le temps et ressort par
l'autre bouche avant d'être entrée dans la première, et se heurte elle-même
plus tôt, s'empêchant donc d'entrer dans la première bouche, et de se heurter
elle-même. Soit une variante du paradoxe du matricide pour objets inanimés. La
question est: peut-on trouver des solutions aux équations qui autorisent la
boule à se toucher elle-même sans s'empêcher de rentrer dans le trou de ver?
La réponse est: oui!
Voyons en quoi consiste cette expérience.
Kip Thorne et son équipe imaginent qu'ils ont réussi à maîtriser un
Trou de Ver et à en faire une machine à voyager dans le temps. Ils lancent une
boule de billard vers le Trou de Ver:
la boule part seule,
rentre dans une bouche du Trou de Ver
et ressort 15' plus tôt par l'autre bouche du Trou de Ver
pour se croiser elle-même avant qu'elle ne rentre dans la bouche.
La boule se touche elle-même plus jeune, dévie la trajectoire de son
clone plus jeune, mais pas suffisamment pour l'empêcher d'entrer dans la bouche
du Trou de Ver.
Par conséquent, le processus se poursuit et la logique est respectée.
Cette expérience de pensée conduit le Consortium à affirmer que
l'univers n'autorise que les solutions aux équations qui sont
auto-consistantes, logiques. Cette façon de voir les choses est positive à deux niveaux. D'abord, parce
que, si tout est permis, plus de physique possible. Ensuite, parce que la
physique de la vie quotidienne a l'habitude de tomber sur des solutions
mathématiquement mais non physiquement possibles, et elle n'en tient pas
compte.
Par ailleurs, le Consortium a toujours trouvé une solution
auto-consistante à une situation qui présente une solution paradoxale. Il se
présente même parfois une infinité de solutions auto-consistantes, ce qui
rappelle les situations rencontrées dans le monde quantique. Rappelons que
l'objet de la physique quantique, ce sont les "ondes de probabilité",
c'est-à-dire les chances de trouver tel "élément" à tel endroit ou à
tel moment. L'objet de la physique
quantique n'a pas "une trajectoire" comme en physique classique, mais
se "répartit" entre plusieurs trajectoires ayant chacune une probabilité
d'être la bonne. C'est pourquoi on peut alors utiliser le calcul de Feynman de
"somme sur les histoires" - histoire pour trajectoire - qui permet de
déterminer les solutions les plus probables dans une situation donnée.
Cette méthode a un double mérite:
-ce calcul tient compte des solutions auto-inconsistantes, dont la
contribution est si faible qu'elle n'influence pas réellement le déroulement de
l'expérience.
-d'une certaine façon, la boule de billard est consciente de tous les
chemins possibles pour elle. Or le possible, c'est le futur. Et il y a beaucoup
plus de possibilités de trajectoires avec la présence de la bouche du Trou de
Ver, c'est-à-dire d'une machine à voyager dans le temps, hypothèse de travail
du Consortium, que sans elle[5]. Kip Thorne dit
qu'un calcul sur le comportement possible de la boule avant même la
construction d'une machine à voyager dans le temps devrait nous indiquer si la
construction de la machine sera possible ou pas, d'après le nombre de
trajectoires possibles révélées par le calcul. C'est donc comme si le futur
influençait le comportement de la boule. Le futur, c'est le fait qu'il y ait un
Trou de Ver ou pas. Selon le nombre de trajectoires qu'est susceptible
d'emprunter la boule, on peut déterminer l'existence future ou non d'un Trou de
Ver: "C'est un trait tout à fait général de la physique quantique avec des
Boucles du Genre Temps", souligne Kip Thorne.
Quant à lui, Igor Novikov propose une adaptation à la physique, du
principe de la sélection naturelle: "S'il y a à un problème une solution
non auto-consistante et une autre auto-consistante, la nature choisira
l'auto-consistante".
Thorne et ses étudiants n'affrontent pas la question du libre-arbitre,
quoiqu'elle fût au centre des critiques les plus vigoureuses après la
publication de leur article: "Trous de ver, machine à voyager dans le
temps et condition faible de l'énergie". Ils se contentent d'analyser le
comportement d'objets simples inanimés voyageant dans le temps, telles des
ondes électromagnétiques. Ils en concluent qu'aucun paradoxe insoluble n'y est
lié et affirment même qu'il n'y aura aucun paradoxe insoluble pour aucun objet
inanimé.
Pour Kip Thorne, "Ces deux situations [celle où la boule de
billard dévie tellement la trajectoire de son clone qu'il ne peut pénétrer dans
la bouche du Trou de Ver, et celle où Kip Thorne remonte dans le temps tuer sa
mère] n'ont aucun sens... il est donc totalement impossible que la boule de
billard ou moi puissions remonter le temps et changer nos propres histoires".
Mais Thorne affirme cela au nom de la cohérence des lois de la physique au
niveau classique, pas au niveau quantique.
Or ne s'agit-il justement pas de le "démontrer". La solution
que propose Kip Thorne consiste à tenir compte des "conditions initiales
d'un phénomène: "Pour des conditions initiales exactes (position et
vitesse de la boule) qui conduisent au paradoxe de Polchinski, existe-t-il d'autres
trajectoires de la boule qui... soient des solutions logiquement cohérentes
avec les lois de la physique qui gouvernent les boules de billard
classiques?". Les calculs montrent qu'il existe deux prédictions
privilégiées valables, ainsi qu'une infinité d'autres moins probables mais tout
aussi valables. Mais Thorne et ses collaborateurs ne démontrent pas
"physiquement" pourquoi la solution auto-cohérente est choisie plutôt
qu'une solution auto-contradictoire. C'est comme répondre à la question:
Pourquoi existons-nous? par "Parce que nous existons" ou plutôt par
"Parce que nous ne pouvons pas ne pas exister", "Parce que tout
porte à croire - les probabilités, mais quelles probabilités? - que nous ne
pouvons pas ne pas exister". En réalité, Kip Thorne et son équipe
répondent "par la bande" à la question soulevée par le professeur Polchinski.
Les calculs de la physique quantique viennent à leur secours pour déterminer
quelle solution sera choisie. Ils s'en satisfont, mais ils reconnaissent que
les "lois de la gravité quantique nous cachent la réponse à la question de
savoir si les Trous de Ver peuvent réellement être convertis en machine à
remonter le temps". En fin de compte, Kip Thorne reste très sceptique.
Sur la question du déterminisme pur impliqué par la résolution des
paradoxes du matricide et de la causalité, le Consortium émet une idée
intéressante. Selon la physique classique, même hors des Boucles du Genre
Temps, le monde est déterministe. "Ce qui se passe à un instant donné est
entièrement déterminé par tout ce qui s'est passé avant (ou après)". Donc
le voyage dans le temps ne s'oppose pas plus au libre-arbitre que ne le fait un
événement classique.
Rappelons la différence essentielle entre le monde classique,
macroscopique, et le monde quantique, sub-microscopique.
Kip Thorne et son équipe imaginent qu'ils ont réussi à maîtriser un
Trou de Ver et à en faire une machine à voyager dans le temps. Ils lancent une
boule de billard vers le Trou de Ver:
La boule part seule,
rentre dans une bouche du trou de ver
et ressort 15' plus tôt par l'autre bouche du Trou de Ver
pour se croiser elle-même avant qu'elle ne rentre dans la bouche.
La boule croisée n'est pas la même que la boule initiale, puisque
celle-ci était seule.
La boule croisée rentre dans le trou
et ressort 15' plus tôt
pour suivre celle qui se croise elle-même.
Cette boule croisée n'est pas la même que la boule initiale qui était
seule, ni que la seconde boule qui n'était croisée que par une seule boule.
La boule croisée par deux boules rentre dans le trou
et ressort 15' plus tôt
pour suivre celle qui suit celle qui se croise elle-même.
Cette boule croisée n'est pas la même que la boule initiale qui était
seule, ni que la seconde boule qui n'était croisée que par une seule boule, ni
que la troisième boule qui n'était croisée que par deux boules.
Et ainsi de suite à l'infini.
On a donc une boule croisée par une infinité d'elle-même.
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