Les déplacements plus rapides que la lumière sont un élément essentiel de la science-fiction, qui permet d’éviter des voyages de plusieurs millénaires entre les étoiles. Une telle technologie serait bien sûr incroyablement pratique dans le monde réel, et bien que ces « moteurs à distorsion » aient été considérés comme théoriquement possibles, ils impliquent généralement une physique exotique qui est hors de notre portée.

Cette semaine, l’astrophysicien Erik Lentz a présenté une nouvelle conception théorique qui pourrait permettre des voyages plus rapides que la lumière sur la base de la physique conventionnelle.

Image d’entête : un précédent concept (2014) de vaisseau plus rapide que la lumière (supraluminique), baptisé IXS Enterprise (IXS-110), niché au centre de deux bagues énormes qui créent une bulle de distorsion. (Harold White/ NASA Johnson Space Center Houston/ Mark Rademake)

Si l’humanité veut résister à l’épreuve du temps, nous devons nous étendre au-delà de la Terre. Mais où pouvons-nous aller ? Certains ont jeté leur dévolu sur Mars, mais les conditions y sont loin d’être idéales. En fait, aucun autre endroit de notre système solaire ne nous convient vraiment. Nous devrions donc tourner notre attention vers d’autres étoiles.

S’il est presque certain qu’il existe quelque part d’autres planètes semblables à la Terre, l’univers est tout simplement trop grand pour que nous puissions les atteindre dans un délai raisonnable. Avec les fusées à propulsions chimiques actuelles, il faudrait plus de 50 000 ans pour atteindre Alpha du Centaure, notre plus proche voisine.

Et c’est là que le rêve de déplacements plus rapides que la lumière entre en jeu. Si nous pouvions voyager à la vitesse de la lumière, le périple ne prendrait qu’un peu plus de 4 ans, ce qui signifie qu’un voyage aller-retour pourrait facilement s’intégrer dans une vie humaine normale. Certains modèles hypothétiques de moteurs à distorsion pourraient nous permettre d’atteindre notre destination en 5 mois seulement, soit un temps inférieur à celui du voyage actuel vers Mars.

Image illustrant le temps nécessaire à différents types de vaisseaux spatiaux pour se rendre de notre système solaire à Proxima Centauri (l’étoile connue la plus proche). Actuellement, la seule option serait d’utiliser une fusée à propulsion chimique, ce qui signifie une durée de voyage de plus de 50 000 ans. (E Lentz)

Le problème est que, selon la théorie de la relativité générale d’Einstein, il est physiquement impossible pour un objet de voyager plus vite que la vitesse de la lumière. En effet, plus un objet se déplace rapidement, plus sa masse augmente, de sorte qu’au moment où vous atteignez la vitesse de la lumière, cette masse s’approche de l’infini. De plus, il faudrait une énergie infinie pour atteindre cette vitesse.

Mais il existe peut-être des exceptions. En 1994, le physicien théorique mexicain Miguel Alcubierre a présenté un concept de moteur à distorsion qui pourrait théoriquement permettre à un objet de voyager plus vite que la lumière sans enfreindre aucune loi physique. L’idée consiste à générer une bulle d’énergie négative autour d’un objet, de sorte que le tissu de l’espace-temps devant l’objet se contracte et que l’espace derrière lui se dilate. Au centre se trouve une région « plate » de l’espace-temps où l’objet peut voyager sans problème et où les occupants n’ont même pas l’impression de se déplacer.

Une bulle de distorsion d’Alcubierre, montrant la compression spatiale devant la bulle, et l’expansion spatiale derrière. (NASA)

Bien sûr, ce moteur à distorsion d’Alcubierre avait ses propres inconvénients. C’est bien beau de parler de la création d’une bulle d’énergie négative, mais cela nécessite des formes de matière exotiques qui ne sont pas faciles à trouver, si elles existent.

Résoudre ce problème était l’objectif de cette nouvelle étude. Erik Lentz, astrophysicien à l’université de Göttingen (Allemagne), propose un moyen de créer une de ces « bulles à distorsion » à partir de sources d’énergie positive.

En étudiant les précédentes propositions de moteurs à distorsion, Lentz a réalisé qu’il existait des configurations spécifiques de bulles d’espace-temps qui avaient été négligées. Ces bulles prennent la forme de solitons, des ondes compactes qui se déplacent à une vitesse constante sans perdre leur forme. Les solitons sont observés dans certaines circonstances dans les vagues de l’eau, les mouvements atmosphériques qui produisent d’étranges formations de nuages, ou la lumière voyageant à travers différents médias. Dans ce cas, les solitons se propagent dans l’espace-temps lui-même.

Lentz a découvert que certaines configurations de solitons pouvaient être formées à l’aide de sources d’énergie conventionnelles, sans violer aucune des équations d’Einstein, et sans nécessiter aucune densité d’énergie négative.

Représentation artistique de différents modèles de vaisseaux spatiaux, compte tenu des formes théoriques de différents types de « bulles de distorsion ». (E Lentz)

Autre particularité intéressante, le passage du temps serait conservé pour tous les voyageurs. Normalement, les objets voyageant à la vitesse de la lumière devraient vieillir beaucoup plus lentement, par rapport au monde extérieur. Ainsi, comme le suggère une vieille expérience théorique, si vous placez un jumeau dans un vaisseau spatial voyageant à la vitesse de la lumière, il paraîtra beaucoup plus jeune que son jumeau resté sur Terre. Mais le nouveau concept permet de surmonter ce paradoxe potentiel : comme les forces de marée sont minimes au centre du soliton, le temps s’écoule à la même vitesse à l’intérieur et à l’extérieur de la bulle de distorsion.

Alors qu’un moteur à distorsion utilisant des sources d’énergie conventionnelles pourrait constituer une avancée majeure, la nouvelle méthode du soliton a bien sûr ses propres obstacles à surmonter. Elle nécessiterait toujours une quantité d’énergie absolument énorme qui n’est tout simplement pas réalisable à l’heure actuelle, mais il y a peut-être encore de l’espoir.

Selon Lentz :

Les économies d’énergie devraient être considérables, de l’ordre de 30 ordres de grandeur, pour être à la portée des réacteurs à fission nucléaire modernes. Heureusement, plusieurs mécanismes d’économie d’énergie ont été proposés dans des recherches antérieures qui peuvent potentiellement réduire l’énergie requise de près de 60 ordres de grandeur.

L’étude de ces mécanismes sera la priorité de Lentz dans ses futurs travaux. Aussi intrigant que cela puisse paraître, ne vous attendez pas à faire la course avec le vaisseau Enterprise de Star Trek de sitôt : l’étude reste essentiellement théorique.

L’étude publiée dans la revue Classical and Quantum Gravity : Breaking the warp barrier: hyper-fast solitons in Einstein–Maxwell-plasma theory et présentée sur le site de l’Université Göttingen : Breaking the warp barrier for faster-than-light travel.