Voyagerons-nous un jour plus vite que la lumière ?

Vue d’artiste d’un warp drive

Nous abordons ici un sujet relevant pour l’heure actuelle plus de la science-fiction que de la réalité mais des avancées récentes en provenance de la NASA et, avouons-le, un penchant pour le rêve justifie que l’on s’intéresse au voyages dans l’espace à une vitesse plus élevée que celle de la lumière. Rappelons d’abord que normalement, selon la théorie de la relativité restreinte d’Einstein, atteindre une vitesse supérieur à environ 300 000 km/s est impossible. Cette vitesse, appelée célérité c par les physiciens, est donc une constante fondamentale de la physique et une limite pour la propagation de la matière et de l’information. A l’heure actuelle cette limitation ne nous est pas vraiment perceptible et ne nous empêche en rien d’avancer puisque nous vivons et nous déplaçons dans une portion de l’espace relativement petite. En revanche, pour nos descendants il est envisageable qu’un jour cette limite soit un frein à l’expansion de l’Humanité dans l’espace (si bien sur elle en décide ainsi). Si on imagine que nous puissions construire un vaisseau qui irait à 1% de la vitesse de la lumière, ce qui est déjà énorme comparé à ce qui se fait actuellement, il lui faudrait tout de même 400 ans pour atteindre alpha du centaure, le système triple d’étoiles le plus proche de notre Soleil. A 10% de la vitesse de la lumière on arrive à 40 ans de voyage, c’est déjà plus acceptable puisqu’un jeune être humain pourrait survivre à une telle expédition. De plus, il convient de souligner que plus nous nous approcherions de la constante c plus nous serions aidés par un des aspects les plus incroyables de la relativité restreinte: l’écoulement du temps dépend du référentiel (par exemple le référentiel Terre et le référentiel vaisseau spatial) dans lequel on le mesure. Ainsi, les occupants d’un vaisseau allant à 10% de c ne verraient pas, montre en main, 40 ans mais environ 39 ans et 292 jours. C’est peu mais c’est déjà ça de gagné. A 99% de c le voyage ne durerait qu’un peu plus de 6 mois pour les occupants, un temps tout à fait acceptable pour découvrir un autre système planétaire (puisqu’il semble qu’Alpha du centaure possède au moins une planète). Il convient néanmoins d’insister sur le fait que pour les gens restés sur Terre il se sera écoulé environ 4 ans. On voit donc que le voyage interstellaire n’est pas totalement irréaliste; surtout pour ceux qui voyageront (juste pour rêver, si vous réussissez à construire un engin voyageant à 99.9999999% de la vitesse de la lumière, vous pourrez traverser notre galaxie en 2 ans et demi (oui vous avez bien lu) alors que sur Terre il se sera écoulé 80 000 ans, autant dire qu’il ne faudra pas compter revoir un jour vos proches).

Colonie spatiale de type « tore de Stanford »

On peut donc maintenant se demander quelles solutions sont envisageables dans un avenir plus au moins lointain pour coloniser l’espace. La première solution serait de ne pas chercher à tout prix à atteindre des vitesses relativistes et de s’adapter aux longs voyages dans l’espace en construisant des vaisseaux gigantesques totalement autonomes en terme d’énergie et de vivres. Un tel mastodonte de l’espace reproduirait une gravité artificielle, produiraient son énergie à partir de réacteur nucléaire à fission ou encore à fusion, sa nourriture grâce à de l’agriculture et serait propulsé de manière classique, par exemple grâce à des propulseurs ioniques. Ces vaisseaux seraient des colonisateurs et aucun des colons ne reverrait la Terre ni même sa destination, seuls ses descendants seraient encore en vie à l’arrivée du vaisseau. La seconde solution consiste à effectivement tenter de s’approcher le plus possible de la vitesse de la lumière pour réduire le temps de voyage et permettre des voyages avec retour sur Terre. Cette solution est technologiquement nettement plus hypothétique car plus on cherche à s’approcher de c, plus l’énergie requise est importante (l’énergie augmente avec le carré de la vitesse en approximation non relativiste et tend vers l’infini quand on tend vers c). La production ainsi que le stockage de l’énergie sont donc des freins majeurs pour cette solution. Actuellement la source d’énergie la plus prometteuse est l’antimatière puisque son rendement énergétique est de 100% (la matière et l’antimatière, en se rencontrant, s’annihilent en énergie). Seulement la production ( dans les accélérateurs de particules) et le stockage (grâce à des champs magnétiques) sont encore loin d’être des domaines technologiques maîtrisés. On en vient donc au sujet d’actualité suggéré par le titre de cet article. La solution la plus incroyable, mais aussi la plus hypothétique, serait de mettre au point un système propulsif qui permettrait de s’affranchir de la limite c et donc de voyager plus vite que la lumière. En 1994, le physicien mexicain Miguel Alcubierre imagine, dans le cadre de la théorie de la relativité , une méthode qui permettrait de réaliser un tel exploit. De manière schématique, sa solution consisterait à manipuler l’espace-temps lui même (cette chose à 4 dimensions dans laquelle nous vivons, évolution, due à Einstein, de l’espace classique à 3 dimensions et où le temps était considéré comme quelque chose d’absolue, étant le même pour tout le monde). Un vaisseaux utilisant cette méthode contracterait donc l’espace-temps devant lui et le dilaterait derrière. C’est en quelque sorte l’espace-temps qui « bouge » à notre place et le nom de ce concept est « warp drive », en référence à star trek. Cette astuce permet d’éviter de violer les principes de la relativité en théorie. Mais la où la solution d’Alcubierre pose problème c’est dans l’utilisation d’une forme d’énergie encore non découverte: l’énergie négative. Et de plus la quantité d’énergie requise dans les calculs du physicien est pharaonique, à tel point qu’elle s’apparente à quelque chose d’impossible. C’est dans ce contexte qu’un physicien de la NASA, Harold “Sonny” White, a récemment présenté une avancée majeure sur ce point: d’après de nouvelles simulations numériques, la quantité d’énergie nécessaire pour réaliser une telle distorsion de l’espace-temps serait des millions de fois moins importante que celle prédite par Alcubierre en 1994. Grâce à ces résultats encourageants, la NASA a décidée de soutenir de manière plus importante le physicien et son groupe de recherche Eagleworks au Johnson Space Center, à Houston. Il faut dire que selon lui, il serait possible d’ici à 100 ans, d’atteindre grâce à un tel warp drive le système Alpha de Centaure en 2 semaines (!). On peut imaginer que le chercheur s’est peut être un peu emporté en avançant de tel affirmations mais pour obtenir des fonds, la méthode n’est pas forcément bête. Affaire à suivre donc, tout en rappelant que cet article relève plus de la science-fiction pour le moment ( et certainement pour encore un long moment) et qu’il convient de rester prudent sur les affirmations de scientifiques promettant des choses incroyables dans des intervalles de temps très courts. Cela ne nous empêche par contre pas de rêver.

L’Enterprise de star trek sera t’il un jour du domaine du possible ?