De tout temps, l’humanité a été fascinée par l’idée du voyage dans le temps. Des mythes et légendes anciens à la science-fiction moderne, la possibilité de modifier le passé ou de se projeter dans l’avenir continue de fasciner notre imagination. Cependant, maintenant que la science et la technologie ont atteint des niveaux sans précédent, la question de savoir si le voyage dans le temps est réellement possible reste l’un des aspects les plus fascinants et les plus mystérieux. La communauté scientifique continue d’explorer la nature du temps, en menant des expériences et en élaborant des théories, mais on ne sait toujours pas si un véritable voyage dans le passé ou le futur est possible du point de vue de la physique moderne et quels risques se cachent derrière une telle possibilité.

Le voyage dans le temps est l’idée du déplacement hypothétique d’un objet, d’une personne ou d’une information à travers différents moments dans le temps. Le concept comprend plusieurs variantes d’événements, telles que : voyager dans le passé et interagir avec des événements qui se sont déjà produits ; voyager dans le futur – avancer dans le temps et interagir avec des événements qui ne se sont pas encore produits ; lignes temporelles – l’idée que le voyage dans le temps peut créer différentes branches de la réalité ou des lignes temporelles parallèles, où chaque réalité correspond à des choix et des événements différents, ou des courbes temporelles fermées – une approche théorique qui suppose l’existence d’une réalité différente, ou l’existence d’une ligne temporelle différente, ou des courbes temporelles fermées^[1] .

Les théories de la relativité restreinte et générale d’Einstein ont été révolutionnaires dans le contexte du voyage dans le temps. Elles ont donné naissance aux concepts d’espace-temps et de courbe temporelle fermée. Le système fondamental de l’espace-temps considère l’espace et le temps comme des éléments interdépendants d’un continuum unique dans lequel chaque événement peut être décrit par quatre coordonnées : longueur, largeur, hauteur et temps, et est soumis à des forces gravitationnelles. L’espace-temps est devenu un concept clé de la physique moderne, allant de la théorie de la relativité générale à la mécanique quantique^[2] .

Le concept de courbe temporelle fermée peut être considéré comme une boucle temporelle décrivant la trajectoire d’un observateur hypothétique qui, voyageant toujours dans le temps de son propre point de vue, se retrouve à un moment donné au même endroit et au même moment qu’au départ. Une telle courbe peut créer des paradoxes temporels potentiels, des contradictions logiques qui résultent d’événements passés qui changent ou entrent en conflit les uns avec les autres à la suite d’un voyage dans le temps^[3] .

Notre voyage commun à travers le temps

Représentation graphique d’une courbe temporelle fermée^[4]

À l’heure actuelle, nous voyageons déjà dans le temps vers notre futur proche à la vitesse d’une seconde par seconde. La théorie spéciale de la relativité d’Einstein, sur laquelle repose une grande partie de la physique moderne, stipule que le passage du temps dépend de la vitesse à laquelle on voyage. Plus on voyage vite, plus les secondes s’écoulent lentement.  Un observateur voyageant à une vitesse proche de celle de la lumière vivra le temps avec tous ses effets (ennui, vieillissement, etc.) beaucoup plus lentement qu’un observateur au repos^[5] . L’autre théorie d’Einstein, la théorie de la relativité générale, affirme quant à elle que la gravité a un effet sur le passage du temps : plus la gravité est forte dans le voisinage, plus le temps passe lentement^[6] .

Ces deux théories fondamentales sont parfaitement illustrées par l’exemple du système de positionnement global GPS. Avec le GPS, nous connaissons notre position exacte en communiquant avec des satellites en orbite terrestre haute. Ces satellites tournent autour de la planète à une vitesse de 14 000 km/h et à une distance de plus de 20 000 kilomètres. Selon la théorie spéciale de la relativité, les satellites se déplacent beaucoup plus vite que les appareils terrestres auxquels ils transmettent des données et le temps s’écoule plus lentement pour eux.

Pour les satellites GPS équipés d’horloges atomiques, cet effet est réduit de 7 microsecondes, ou 7 millionièmes de seconde, chaque jour.  Mais selon la théorie générale de la relativité, les horloges les plus proches du centre d’une grande masse gravitationnelle comme la Terre tournent plus lentement que celles qui en sont plus éloignées. Les horloges des satellites GPS tournent donc plus vite parce qu’elles sont beaucoup plus éloignées du centre de la Terre que les horloges de la surface, et la correction est de plus 45 microsecondes pour les horloges des satellites GPS chaque jour. Rappelons les 7 microsecondes négatives du calcul de la théorie de la relativité restreinte et nous obtenons 38 microsecondes de plus sur les horloges des satellites GPS.

Les horloges atomiques à bord ne passeront au jour suivant que 38 microsecondes plus tard qu’une horloge similaire sur Terre. Un tel décalage dans le temps semble vraiment insignifiant mais, compte tenu de l’ultra-précision de la technologie GPS d’aujourd’hui, cela fait toute la différence^[7] . Le Grand collisionneur de hadrons a régulièrement envoyé des particules subatomiques dans le futur, les accélérant à une vitesse proche de celle de la lumière, déplaçant ainsi leur temps relatif 6700 fois plus lentement que les observateurs humains stationnaires.

Si nous transposons cette idée à l’homme en tant que concept et que nous nivelons la composante technique, nous pouvons supposer qu’il est tout à fait possible de voyager dans le futur. Supposons qu’une personne monte à bord d’un vaisseau spatial capable d’atteindre la vitesse de la lumière à 99,995 % et se dirige vers un corps céleste situé à 500 années-lumière : le voyage durera 500 ans, et il faudra autant de temps pour revenir. En ajoutant 1000 ans, le voyageur se retrouve sur Terre en l’an 3024. Mais la vitesse de ce voyage ralentirait son horloge interne d’un facteur 100 par rapport au temps terrestre, et le voyageur ne vieillirait que de 10 ans. Mais il y a un fossé énorme entre ce qui est théoriquement possible et ce qui est réel^[8] . Jusqu’à présent, le vaisseau spatial le plus rapide n’est capable de voyager qu’à 635 000 km/h, alors que la vitesse de la lumière est de 1 079 252 848,8 km/h. Nous ne pouvons donc voyager, au mieux, qu’à un peu plus de 0,06 % de la vitesse de la lumière^[9] .

Les paradoxes du passé

Représentation graphique du temps dans l’univers^[10]

Les options théoriques pour voyager dans le temps sont nombreuses, mais elles impliquent généralement des paradoxes insurmontables et sont basées sur des constructions théoriques farfelues telles que les trous de ver, les trous noirs et les cordes cosmiques (qui n’existent peut-être pas en réalité). La théorie générale de la relativité prédit l’existence de “trous de ver”, sortes de tunnels dans l’espace-temps reliant un point d’une galaxie à un autre.

Cette idée repose sur le concept de trou noir et de déformation gravitationnelle. Les scientifiques ont suggéré que si un trou noir est une région de l’espace-temps où l’attraction gravitationnelle est si forte que même la lumière ne peut s’en échapper, c’est-à-dire qu’il agit essentiellement comme un vide, aspirant toute matière, il existe théoriquement aussi un “trou blanc” qui agit comme une source éjectant de la matière^[11] . Alors que les trous noirs ne laissent jamais rien sortir, les trous blancs ne laissent jamais rien entrer. Pour créer un trou de ver, il suffit de prendre un trou noir et un trou blanc et de les relier pour former un tunnel entre eux.

Mais même si l’on imagine théoriquement l’existence d’un tel “trou de ver”, il est très difficile de prédire à quel point il serait “sûr”, ce qu’il adviendrait de la particule qui s’y trouverait et s’il ne s’effondrerait pas instantanément sous l’effet de la gravité. Selon les scientifiques, la stabilisation d’un tel trou de ver nécessiterait une forme de matière ayant une masse négative^[12] . Et de tout ce trou de ver hypothétiquement possible qui pourrait être un portail dans l’espace-temps n’est théoriquement prouvée que l’existence d’un trou noir, le trou blanc et la matière à masse négative ne restent qu’une hypothèse, ce qui est permis par la théorie de la relativité^[13] .  

L’idée du voyage dans le temps dans le cadre des théories de la relativité se heurte souvent à divers paradoxes qui provoquent des contradictions logiques ou temporelles. Ces paradoxes soulignent la complexité et l’ambiguïté de l’idée de voyage dans le temps et sont discutés en physique théorique et en philosophie. Par exemple, le “paradoxe du grand-père” envisage une situation dans laquelle on voyage dans le temps et on change quelque chose, par exemple en tuant le grand-père avant la naissance du parent. Il s’agit de comprendre comment cela affecte l’existence d’une personne. Si votre parent n’est pas né, vous n’existerez pas non plus et vous ne pourrez pas remonter dans le temps. Le “paradoxe de Grundy” décrit une situation dans laquelle vous remontez dans le temps pour éviter la mort de votre grand-père et rendre votre propre existence possible. Cependant, si votre grand-père n’est pas mort, pourquoi voudriez-vous remonter le temps ?

Ou bien avons-nous, par exemple, ce que l’on appelle le “paradoxe de l’information” : si des informations du passé sont envoyées dans le futur, ces informations peuvent-elles changer le cours des événements de sorte que le futur d’où elles ont été envoyées ne se produise pas ? Ce paradoxe est lié à la possibilité de modifier le futur avec des informations provenant du futur^[14] . Quoi qu’il en soit, d’un point de vue logique, tous les paradoxes suggèrent que tout changement dans le passé affectera nécessairement le futur.

Au croisement de deux théories

Les vortex sont encore aujourd’hui un sujet de science-fiction^[15]

Alors que la théorie de la relativité décrit le comportement de grands objets tels que les personnes, les corps célestes et même les galaxies, la mécanique quantique décrit de très petites particules telles que les électrons et les photons. À ces échelles subatomiques, la physique fonctionne d’une manière qui déconcerte notre intuition. Selon la modélisation mathématique d’un jeune scientifique de l’université du Queensland en Australie, basée sur les postulats de la dynamique classique, selon lesquels disposer de données sur l’état d’un système à un moment donné permet de raconter toute l’histoire du système, voyager dans le passé est possible sans paradoxe^[16] .

Le scientifique étudie les effets de certains processus non aléatoires sur de multiples régions du continuum espace-temps et montre comment des courbes temporelles fermées peuvent se conformer aux principes du libre arbitre et de la physique classique^[17] . Ses travaux montrent que l’espace-temps peut potentiellement s’adapter pour éviter les paradoxes. En d’autres termes, si un voyageur temporel pense qu’il empêche ou modifie quelque chose par une action quelconque, le système réagira de telle sorte que les événements s’ajusteront pour être logiquement compatibles avec toute action entreprise par le voyageur temporel, de manière à éviter les paradoxes et à modifier l’avenir. Peu importe ce que l’on fait ou les efforts que l’on déploie, les événements importants s’ajusteront pour éviter toute incohérence^[18] .

Une équipe de l’université de Cambridge a réalisé une “expérience de pensée” qui modifie les événements passés a posteriori, démontrant un voyage dans le temps efficace, mais au niveau quantique^[19] . Les scientifiques ont utilisé le principe de l’intrication quantique, un phénomène qui décrit l’état de deux ou plusieurs objets quantiques, dans lequel leurs propriétés deviennent interdépendantes à tel point qu’il devient impossible de décrire l’état de chaque objet séparément, quelle que soit la distance qui les sépare. Cela signifie qu’un changement dans l’état de l’un des “objets intriqués” affecte instantanément l’état de l’autre objet, malgré la distance physique qui les sépare^[20] .

La physique quantique est toujours un peu déroutante ; ce phénomène peut être compris à l’aide de l’exemple des montres à gousset. Pour mieux comprendre, imaginez que vous avez partagé une paire de montres à gousset qui sont confondues : un exemplaire est en votre possession et l’autre a été envoyé à votre ami à l’autre bout de la planète. Lorsque vous vérifiez l’heure sur votre montre et que vous constatez qu’elle indique 12h00, vous savez immédiatement que la montre de votre ami indiquera également 12h00, même si la distance entre les deux montres est énorme.

Dans ses simulations, l’équipe de recherche a d’abord modélisé l’intrication de deux particules, puis a envoyé l’une d’entre elles pour qu’elle soit utilisée dans une expérience. Une fois l’expérience terminée, les scientifiques disposaient de nouvelles informations qui les ont amenés à agir différemment. Au lieu de se contenter d’un résultat insatisfaisant ou de refaire complètement l’expérience, ils ont manipulé la deuxième particule pour modifier l’état passé de la première et changer le résultat de l’expérience. Même cette simulation de modification du passé n’est pas sans erreur, car l’expérience ne modifie le passé avec les nouvelles informations que dans environ 25 % des cas^[21] . Donc, dans tous les cas, plus souvent qu’autrement.

Un résultat plus que suffisant pour que les promoteurs de la recherche scientifique, tant dans le secteur public que privé, notamment dans le domaine militaire, investissent de l’énergie, du savoir-faire et des sommes importantes pour poursuivre ces recherches, dont la justification officielle, dans les pays occidentaux, est de trouver une solution pour rendre le voyage interstellaire possible et accessible dans un délai raisonnable[22] .

Jouer avec la lumière

Illustration de la plate-forme expérimentale utilisée pour réaliser la réflexion temporelle^[23]

La physique des ondes a également quelque chose à dire sur le voyage dans le temps. Des chercheurs de la City University of New York ont réalisé une percée dans la création de réflexions temporelles basées sur la lumière. La réflexion spatiale habituelle de la lumière se produit lorsque le flux lumineux rencontre sur son chemin une matière dont les propriétés optiques sont différentes de celles de l’air, ce qui provoque sa réflexion, comme une balle de ping-pong qui rebondit sur un mur. Mais si l’on modifie les propriétés optiques non pas en des points précis de l’espace, mais tout au long de la trajectoire du faisceau lumineux, à un moment donné, le flux lumineux rebondira dans le temps, répétant ses traces, comme une balle de ping-pong qui revient vers le dernier joueur qui l’a frappée, démontrant ainsi le concept de réflexion temporelle.

Les scientifiques ont utilisé un matériau spécial appelé matte, qui consiste en des réseaux de tiges ou d’anneaux microscopiques[24] qui peuvent être configurés pour interagir avec la lumière et la manipuler, modifiant ainsi les propriétés optiques du matériau en une fraction de nanoseconde. Un exemple de ces propriétés structurelles se trouve également dans la nature, par exemple dans l’irisation chatoyante de l’aile d’un papillon. En utilisant un guide d’ondes qui transmet la lumière des micro-ondes, les scientifiques ont modifié dynamiquement les propriétés du guide d’ondes, créant ainsi des effets de réflexion temporelle.

Cette expérience a révélé des effets inhabituels, tels que le changement de couleur et de fréquence de la lumière et l’inversion des composantes du temps. C’est comme si l’on se regardait dans un miroir mais que l’on voyait l’arrière de sa tête, qui peut également apparaître d’une autre couleur. L’étude note également que les rayons lumineux qui entrent en collision lors de ce processus se comportent de manière inhabituelle. Normalement, la lumière se comporte comme une onde ou un projectile ponctuel. Cette expérience a montré que dans la réflexion temporelle, la lumière peut se comporter des deux façons, en fonction de la manière dont les ondes entrent en collision, ce qui donne aux scientifiques la possibilité de contrôler l’énergie des interactions entre les ondes. Cette recherche a des implications potentielles pour le développement de nouvelles technologies et la compréhension d’aspects fondamentaux de la physique, mais elle ne nous propulse pas dans le passé ou le futur^[25] .

L’utilisation de métamatériaux et l’interaction d’effets optiques ouvrent de nouvelles possibilités dans la physique de l’interaction entre la lumière et la matière. Des scientifiques de l’Imperial College de Londres ont réussi à créer en laboratoire un analogue d’un métamatériau qui collecte et comprime les photons ; ce type de compresseur de photons présente les mêmes caractéristiques que les trous noirs^[26] .

Un résultat étonnant. Néanmoins, l’idée du voyage dans le temps repose sur deux piliers : la relativité et la mécanique quantique, qui, bien qu’elles fonctionnent très bien pour certains aspects de l’univers, sont incompatibles dans le contexte du voyage dans le temps. Presque toutes les expériences sont théoriques et ne fonctionnent que sur le papier, sous forme de formules et de calculs. Il est donc important de comprendre que les nouvelles découvertes et les modèles théoriques de l’interaction entre la matière et l’espace-temps ne signifient pas que le voyage dans le temps deviendra une réalité. Certes, ces concepts ont le potentiel d’élargir notre compréhension de la structure du temps, mais les avancées réelles vers le voyage dans le temps physique relèvent actuellement de la pure fantaisie et de la spéculation scientifique, plutôt que d’une possibilité réelle démontrable.

UK033

---

^[1] https://medium.com/@ki90grq8y/est-ce-que-le-voyage-dans-le-temps-est-possible-4edff90f1fa5 

^[2] https://www.ixbt.com/live/offtopic/chetyrehmernaya-vselennaya-kak-ee-ponyat-i-kak-predstavit-chto-vremya-eto-prostranstvo.html

^[3] https://medium.com/@ki90grq8y/est-ce-que-le-voyage-dans-le-temps-est-possible-4edff90f1fa5 

^[4] https://www.scientificamerican.com/article/time-travel-simulation-resolves-grandfather-paradox/

^[5] https://www.amnh.org/exhibitions/einstein/time/a-matter-of-time

^[6] https://www.bbc.com/future/article/20231110-doctor-who-is-time-travel-really-possible-heres-what-physics-says

^[7] https://www.space.com/21675-time-travel.html

^[8] https://www.popularmechanics.com/science/math/a20718322/building-a-time-machine/

^[9] https://overclockers.ru/blog/Fantoci/show/114846/solnechnyj-zond-nasa-parker-ustanovil-esche-odin-rekord-skorosti-635-000-km-chas

^[10] https://mir24.tv/news/16506175/fizik-priznal-puteshestviya-vo-vremeni-vozmozhnymi

^[11] https://www.physicsoftheuniverse.com/topics_blackholes_wormholes.html

^[12] https://www.livescience.com/what-are-wormholes

^[13] https://www.livescience.com/wormholes-may-be-stable-after-all

^[14] https://ru.sputnik.kg/20230409/legche-v-buduschee-chem-v-proshloe-paradoksy-puteshestviy-vo-vremeni-1074202249.html

^[15] https://www.independent.co.uk/news/science/the-big-question-is-time-travel-possible-and-is-there-any-chance-that-it-will-ever-take-place-779761.html

^[16] https://www.uq.edu.au/news/article/2020/09/young-physicist-squares-numbers%E2%80%99-time-travel

^[17] https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6382/aba4bc/pdf

^[18] https://www.sciencealert.com/physicist-discovers-paradox-free-time-travel-is-theoretically-possible

^[19] https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.150202

^[20] https://habr.com/ru/articles/765480/

^[21] https://thedebrief.org/scientists-successfully-simulate-backward-time-travel-with-a-25-chance-of-actually-changing-the-past/

[22] https://www.quora.com/How-can-we-solve-the-problem-of-Interstellar-travel-time-and-distance-limitations-for-human-exploration-of-other-planets-in-our-Galaxy

^[23] https://spectrum.ieee.org/time-reversal-interface

[24] Un système complexe de données : https://en.wikipedia.org/wiki/Array_(data_structure)

^[25] https://www.scientificamerican.com/article/light-can-travel-backward-in-time-sort-of/ , https://www.nature.com/articles/s41567-023-01975-y.epdf?sharing_token=VdRKZY-D7oEepAbkw7kbIdRgN0jAjWel9jnR3ZoTv0P-Y1zeDeMZfN0XstvlFFPW623hzPpIf8TQ2PzpcixbQoiW0atH7fNn9OhbtvBWndwFiU9NzNt2vqXs29TWwJ-qND8EypHgsNnqb38-RxBpB1oNk_11u81xb1KQ-Y3OP_IaAeRdfVJmhM6kb5Qxx5BcdioHqYLncqIohrObW9aaVIHPDKi4vYhAZzKn8PWpedA%3D&tracking_referrer=www.scientificamerican.com 

^[26] https://opg.optica.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-9-7-724&id=477398