Peut-on voyager plus vite que la vitesse de la lumière ? De nouveaux modèles mathématiques le disent… “peut-être”.

L’étoile la plus proche de la Terre est Proxima Centauri. Elle se trouve à environ 4,25 années-lumière, soit environ 40 trillions de km (25 trillions de miles). Le vaisseau spatial le plus rapide de tous les temps, la sonde Parker Solar Probe, actuellement dans l’espace, atteindra une vitesse maximale de 450 000 mph. Il ne faudrait que 20 secondes pour aller de Los Angeles à New York à cette vitesse, mais il faudrait à la sonde solaire environ 6 633 ans pour atteindre le système solaire voisin le plus proche de la Terre.

Si l’humanité veut un jour voyager facilement entre les étoiles, il faudra aller plus vite que la lumière. Mais jusqu’à présent, les voyages plus rapides que la lumière ne sont possibles que dans la science-fiction.

Dans la série Fondation d’Issac Asimov, l’humanité peut voyager d’une planète à l’autre, d’une étoile à l’autre ou à travers l’univers en utilisant des moteurs de saut. Enfant, j’ai lu toutes les histoires que j’ai pu trouver. Je suis aujourd’hui physicien théoricien et j’étudie les nanotechnologies, mais je suis toujours fasciné par les façons dont l’humanité pourrait un jour voyager dans l’espace.

Certains personnages – comme les astronautes des films “Interstellar” et “Thor” – utilisent les trous de ver pour voyager entre les systèmes solaires en quelques secondes. Une autre approche, familière aux fans de “Star Trek”, est la technologie des moteurs à distorsion. Les moteurs à distorsion sont théoriquement possibles, même s’ils sont encore très éloignés de la réalité. Deux articles récents ont fait les gros titres en mars lorsque des chercheurs ont affirmé avoir surmonté l’un des nombreux obstacles qui se dressent entre la théorie des moteurs à distorsion et la réalité.

Mais comment ces moteurs de distorsion théoriques fonctionnent-ils réellement ? Et les humains passeront-ils bientôt à la vitesse de distorsion ?

Un problème d’énergie négative

Le moteur de distorsion d’Alcubierre fonctionnerait en créant une bulle d’espace-temps plat autour du vaisseau spatial et en courbant l’espace-temps autour de cette bulle pour réduire les distances. Pour fonctionner, le moteur de distorsion aurait besoin soit d’une masse négative – un type de matière théorique – soit d’un anneau de densité énergétique négative. Les physiciens n’ont jamais observé de masse négative, ce qui laisse l’énergie négative comme seule option (source rapideinfo)

Pour créer de l’énergie négative, un moteur de distorsion devrait utiliser une énorme quantité de masse pour créer un déséquilibre entre les particules et les antiparticules. Par exemple, si un électron et un antiélectron apparaissent près du moteur de distorsion, l’une des particules sera piégée par la masse, ce qui entraînera un déséquilibre. Ce déséquilibre se traduit par une densité d’énergie négative. Le moteur de distorsion d’Alcubierre utiliserait cette énergie négative pour créer la bulle d’espace-temps.

Mais pour qu’un moteur de distorsion puisse générer suffisamment d’énergie négative, il faut beaucoup de matière. Alcubierre a estimé qu’un moteur de distorsion avec une bulle de 100 mètres nécessiterait la masse de tout l’univers visible.

En 1999, le physicien Chris Van Den Broeck a montré qu’en augmentant le volume à l’intérieur de la bulle tout en maintenant la surface constante, les besoins en énergie seraient considérablement réduits, pour atteindre à peu près la masse du soleil. Une amélioration significative, mais qui reste bien au-delà de toutes les possibilités pratiques.

Un avenir de science-fiction ?

Deux articles récents, l’un d’Alexey Bobrick et Gianni Martire et l’autre d’Erik Lentz, proposent des solutions qui semblent rapprocher les moteurs de distorsion de la réalité.

Bobrick et Martire ont réalisé qu’en modifiant d’une certaine manière l’espace-temps à l’intérieur de la bulle, ils pouvaient supprimer la nécessité d’utiliser de l’énergie négative. Cette solution ne permet toutefois pas de produire un moteur de distorsion capable d’aller plus vite que la lumière.