D’étranges trous de ver pourraient vous permettre de voyager extrêmement rapidement dans l’espace… mais également dans le temps
Les physiciens théoriques ont beaucoup en commun avec les juristes. Tous deux passent beaucoup de temps à chercher des failles et des incohérences dans les règles qui pourraient être exploitées d’une manière ou d’une autre.
Valeri P. Frolov et Andrei Zelnikov, de l’université d’Alberta au Canada, et Pavel Krtouš, de l’université Charles à Prague, ne pourraient probablement pas vous éviter une amende pour infraction au code de la route, mais ils ont peut-être découvert une marge de manœuvre suffisante dans les lois de la physique pour vous renvoyer dans le passé et vous assurer que vous n’avez pas traversé cette zone scolaire à toute vitesse en premier lieu.
Les raccourcis dans l’espace-temps connus sous le nom de « trous de ver » (Wormholes en anglais) ne sont pas des caractéristiques reconnues du cosmos. Pourtant, depuis près d’un siècle, des scientifiques se demandent si la trame et la chaîne définies par la relativité permettent aux ondulations quantiques, voire à des particules entières, de s’affranchir de leur localité.
Dans leur forme la plus spectaculaire, de telles reconfigurations du tissu de l’univers permettraient à des masses de taille humaine de traverser des années-lumière, de franchir des galaxies en un battement de cils ou peut-être de se déplacer dans le temps aussi rapidement que l’on se déplace dans sa cuisine.
À tout le moins, les travaux qui sondent les aspects les plus exotiques du comportement de l’espace-temps pourraient orienter les hypothèses sur le mystérieux point de rencontre de la physique quantique et de la théorie de la relativité générale.
Les trous de ver ne sont en fait guère plus que des formes. Dans la vie de tous les jours, nous sommes habitués à manipuler des lignes unidimensionnelles, des dessins bidimensionnels et des objets tridimensionnels. Nous pouvons intuitivement plier, mouler et percer des trous dans certains d’entre eux.
Représentation d’un trou de ver reliant deux zones très éloignées de l’Univers. (Wikimedia)
La physique nous permet d’explorer ces changements dans des situations que nous ne pouvons pas explorer intuitivement. À l’échelle la plus petite, les effets quantiques donnent aux distances et au temps une certaine marge de manœuvre.À des échelles beaucoup plus grandes, l’espace-temps peut se rétrécir et se dilater en fonction de la gravité d’une manière qu’il est impossible d’apprécier sans toute une série d’équations pour vous guider. Par exemple, si l’on place suffisamment de masse au même endroit (en ignorant commodément toute charge qu’elle pourrait avoir, ou si elle tourne sur elle-même), l’espace-temps se courbera de manière à présenter deux surfaces extérieures. Qu’est-ce qui les relie ? Un trou de ver, bien sûr.
La matière ne pourrait pas se déplacer à travers cette structure mathématique, mais certains objets suspects situés de part et d’autre et qui seraient enchevêtrés resteraient liés.
Au fil des décennies, on a cherché des scénarios, à la fois possibles et purement théoriques, qui permettraient à des effets quantiques, voire à des particules entières, de traverser sans encombre des formes exotiques de l’espace-temps. La proposition de distorsion temporelle de Frolov, Krtouš et Zelnikov implique ce que l’on appelle un trou de ver annulaire (Ring wormholes en anglais), décrit pour la première fois en 2016 par Gary Gibbons, physicien théoricien à l’université de Cambridge, et Mikhail Volkov, physicien à l’université de Tours.
Distinct des contorsions sphériques de l’espace-temps que nous pourrions attribuer aux trous noirs, le trou de ver annulaire proposé par Gibbons et Volkov relie des parcelles de l’Univers (ou de différents univers) qui sont ce que nous appelons plates.
En considérant les interactions des champs électriques et magnétiques appelées “rotations duales” (duality rotations) et en appliquant certaines transformations, les masses en forme d’anneau pourraient créer des distorsions intéressantes dans ce qui serait autrement un espace-temps plat. Et voilà ! Un trou dans l’univers qui vous relie à… un endroit qui n’est pas tout près.
Frolov, Krtouš et Zelnikov ont pris ce trou et l’ont soumis à différents scénarios. Par exemple, quel effet une autre masse immobile pourrait-elle avoir sur l’anneau ? Et si l’anneau d’entrée et celui de sortie se trouvent dans le même univers ? Les solutions qu’ils ont trouvées comprennent ce que l’on appelle une courbe temporelle fermée. Comme son nom l’indique, cette courbe décrit un objet ou un rayon de lumière qui se déplace le long d’une ligne et revient exactement au même point qu’auparavant. Non seulement dans l’espace, mais aussi dans le temps.
Avant que vous ne fassiez vos valises pour un aller-retour paradoxal vers le futur, de nombreux obstacles pourraient facilement empêcher la réalisation d’une telle boucle. C’est en tout cas ce que pensait le physicien Stephen Hawking, aujourd’hui décédé.
L’étude devrait être publiée dans la revue Physical Review D. et disponible en prépublication dans arXiv : Ring wormholes and time machines.