Le voyage dans le temps n'est pas pris plus au sérieux que l'imagination des écrivains de science-fiction. En fait, il s'agit d'un phénomène unique - la dérivation directe d'équations qui décrivent la physique de notre monde. Ce qui peut faire de ce voyage une réalité, c'est dans notre matériel.
Notre chroniqueuse et physicienne Daria Zaremba estime que s'efforcer de traduire l'idée du voyage dans le temps en pratique peut contribuer au progrès scientifique et aux découvertes non conventionnelles. Après tout, c'est ainsi que naissent les questions exotiques, les fusées photoniques et les nouvelles propriétés des objets astrophysiques. Elle a compilé un dictionnaire des mécanismes qui pourraient théoriquement envoyer les humains dans un voyage dans le temps.
B - Entraînement Warp
Un entraînement de chaîne est une technologie hypothétique pour voyager vers le futur, dans laquelle, en raison de la déformation de la toile de l'espace-temps, l'effet du mouvement est créé à une vitesse dépassant la vitesse de la lumière.
Imaginez que vous êtes allongé sur un tapis et que vous devez, sans bouger, être au-delà de son bord avant. Une solution possible est de froisser le devant du tapis sous vous, puis de le retirer en tirant sur le dos. À peu près la même chose peut être faite avec le "tapis" de l'espace-temps: c'est le principe utilisé par un vaisseau hypothétique propulsé par un entraînement de distorsion.
Il comprime l'espace devant lui et l'agrandit derrière, créant l'illusion d'un mouvement à une vitesse plusieurs fois supérieure à la vitesse de la lumière. Dans ce cas, il n'y aura pas de forces de marée à l'intérieur du vaisseau spatial et l'accélération réelle sera égale à zéro.
L'équipage peut facilement siroter des cocktails dans des pailles ou même se détendre dans le jacuzzi bouillonnant, tandis que le vaisseau "ratisse" follement l'espace-temps sous lui-même, emmenant les voyageurs dans les entrailles de la galaxie.
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Un modèle de machine à voyager dans le temps basé sur la technologie d'entraînement à distorsion est l'Alcubierri Bubble, du nom de son inventeur mexicain, Miguel Alcubierri.
Toute la physique du voyage vers le futur sur une telle «unité» est basée sur les postulats de la théorie spéciale de la relativité, qui disent qu'après l'arrêt de la bulle, l'équipage trouvera le monde extérieur vieilli pendant de nombreuses années, car pour eux le temps à l'intérieur de la bulle a ralenti.
Dans ce cas, il n'y aura pas de violation du principe de l'absolu de la vitesse de la lumière, car dans ce cas, un mouvement plus rapide que la lumière ne signifie pas que la bulle elle-même se déplace à une telle vitesse, mais que la bulle atteint sa destination plus rapidement qu'un rayon de lumière se déplaçant à l'extérieur de la bulle.
Mais pour créer un tel effet de déformation de l'espace-temps, une matière spéciale est nécessaire, présentant des propriétés physiques non conventionnelles - la «matière exotique», qui créera une coquille (bulle) autour du vaisseau spatial et fournira le «ratissage» même de l'espace. Bien que l'on n'ait pas observé de progrès dans la production d'une telle matière, le raisonnement concernant la pertinence d'un entraînement de chaîne en pratique est plutôt limité.
Le mécanisme théorique de l'entraînement de chaîne.
D - Gravité
La gravité - au sens large - une manifestation de la courbure de l'espace-temps, au sens étroit - la force qui attire les objets.
L'employé bien connu du bureau des brevets - Albert Einstein a contribué à ouvrir les portes du monde de la "gestion du temps". Pour ce faire, il n'avait besoin d'établir que deux choses: premièrement - que l'espace et le temps sont inextricablement liés, deuxièmement - que des corps massifs avec leur masse sont capables de déformer cette toile d'espace-temps, créant de la gravité.
En d'autres termes, Einstein a prouvé que la Terre (comme d'autres corps massifs similaires), "pliant" le "trampoline" de l'espace avec sa masse (créant des orbites circulaires autour d'elle-même), en même temps plie le temps, c'est-à-dire ralentit sa course à mesure qu'elle s'approche. à la surface (et plus profondément).
Le caractère révolutionnaire de cette idée était que, pour la première fois, elle n'était plus perçue comme une valeur absolue de la mécanique classique. Il a été constaté que la montre-bracelet d'un mineur et d'un alpiniste fonctionne différemment (bien que cela soit imperceptible à une telle échelle), un frère jumeau vivant au bord de la rivière est plus jeune (encore une fois, pas de manière significative) son frère vivant dans une maison sur une montagne, et le noyau de la Terre est plus jeune sa surface.
Ainsi, on a trouvé un moyen de ralentir «son» temps et de voyager ainsi vers le futur, en se rapprochant, par exemple, d'un corps dont la masse est plusieurs fois supérieure à la masse de la Terre, puis de retourner sur la planète d'origine et de contempler le monde du futur.
D - Trou noir
Un trou noir est un objet dans l'espace qui s'est effondré sous l'influence de ses propres forces gravitationnelles à un point tel que même le rayonnement électromagnétique ne peut pas s'échapper de son champ gravitationnel.
Le meilleur objet pour voyager dans le futur, si vous choisissez le mécanisme gravitationnel pour influencer le temps, est certainement un trou noir.
Pour faire défiler un tel voyage, vous devrez vous rendre directement dans l'espace. Descendez-y sur un câble ultra-résistant, mais uniquement pour ne pas traverser l'horizon des événements - la frontière dans un trou noir, suivi d'une "spaghettification" - étirement et déchirement de tous les objets qui y sont arrivés sous l'influence d'une gravité singulière.
Tant que vous vous accrochez dans cette position, le temps ralentit pour vous. En même temps, il est complètement imperceptible pour vous-même, car tout dans votre cadre de référence ralentit: métabolisme, horloge biologique, rythme cardiaque, mouvement des électrons dans les atomes, etc.
Mais si, d'une manière miraculeuse, vous pouviez espionner les terriens depuis votre trou noir, alors il vous semblerait qu'ils se déplacent à un rythme décuplé! Et ils, en vous regardant, penseraient qu'ils regardent une vidéo avec un effet de ralenti.
Ainsi, votre journée près d'un trou noir correspond à près de trois ans de vie sur Terre (cela dépend aussi de votre proximité de l'horizon - le temps s'arrête là). Et quand vous, si peu suspendu, revenez sur votre planète natale, vous remarquerez que le monde est assez vieux en votre absence. Voila - vous êtes dans le futur!
Le mécanisme du voyage vers le futur par l'effet de la dilatation du temps près de l'horizon des événements d'un trou noir. Les cônes de l'image sont des "cônes lumineux" - l'hypersurface de l'espace-temps qui limite les zones du futur et du passé par rapport à un événement donné. L'inclinaison du cône démontre le changement de temps pour l'astronaute. Plus de détails sur la structure du cône lumineux dans l'image ci-dessous:
Cône léger.
En plus d'être utilisés comme "modérateur gravitationnel", les trous noirs rotatifs peuvent être utiles pour voyager dans le passé. Le fait est qu'en raison de leur champ gravitationnel, ils sont capables de créer des «courbes temporelles fermées», le long desquelles le voyageur peut remonter dans le temps.
Mais l '«utilité» des trous noirs en tant que machines à voyager dans le temps ne s'arrête pas là non plus. Selon le physicien et mathématicien anglais Roger Penrose, certains trous noirs - à savoir ceux avec charge ou rotation - peuvent servir de "portes" vers les univers du futur.
Selon le diagramme de Penrose, au-delà de l'horizon des événements, les coordonnées spatiales sont échangées avec des coordonnées temporelles.
La chose inhabituelle à propos des trous noirs avec une charge ou avec un moment de rotation est qu'ils devraient avoir deux horizons d'événements de ce type. En conséquence, le remplacement des coordonnées spatiales et temporelles se produira également deux fois.
Il s'avère qu'en sautant dans un tel trou, l'astronaute surmontera d'abord un horizon d'événements - le point de non-retour, puis le second, suivi de l'univers du futur. Mais il est peu probable que de tels casse-cou soient trouvés, donc l'hypothèse reste incertaine.
З - Courbe de temps fermée
Une courbe de type temps fermée est une ligne du monde (une courbe dans l'espace-temps qui décrit le mouvement d'un corps) dans la structure de l'espace-temps, qui renvoie un objet à un événement (un point dans l'espace-temps) qu'il a déjà passé.
ZVK - l'une des solutions mathématiques de l'équation de la relativité générale. C'est ce phénomène physique qui est le plus souvent interprété comme le principal mécanisme de voyage dans le passé.
Selon les équations gravitationnelles, une courbe fermée semblable au temps peut se former là où un objet massif ou un puissant champ gravitationnel se déplace et «tire» littéralement l'espace-temps derrière lui. C'est pourquoi, par exemple, seuls les trous noirs rotatifs peuvent créer des ZVK - le champ gravitationnel statique ne peut pas les former.
En se déplaçant le long du CEC, l'objet revient aux mêmes coordonnées spatiales d'où il est parti, mais avec l'heure d'arrivée avant sa sortie. Autrement dit, il fait en fait un voyage dans le passé.
L - Laser
Un laser (provenant de l'amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement) est un appareil qui émet un faisceau électromagnétique étroit monochromatique intense de propagation à longue distance.
En raison de ses caractéristiques, le faisceau laser a une densité d'énergie accrue, qui peut même dépasser la densité d'énergie d'une explosion nucléaire (avec une réduction maximale de la largeur du faisceau).
L'auteur de l'une des machines à voyager dans le temps les plus simples et les plus sophistiquées à mettre en œuvre est le physicien théoricien de l'Université du Connecticut, Ronald Mallett.
L'idée de créer un tel appareil est venue du professeur dans la petite enfance, lorsque son père est décédé subitement d'une crise cardiaque à l'âge de 33 ans. Le professeur a admis à plusieurs reprises que tout ce qu'il a accompli dans le domaine de la science est basé sur son amour sans fin pour son père et le désir de le revoir.
Pendant de nombreuses années, Ronald a travaillé sur son modèle de machine à voyager dans le temps, le cachant à ses collègues et «se cachant derrière» l'étude des trous noirs. Et à l'âge d'environ 70 ans, il a réussi à obtenir le résultat souhaité.
Le modèle de Mallet est basé sur l'énergie d'un faisceau laser. Et sa création a été facilitée par la plus célèbre équation d'Einstein - E = mc2.
De cette formule légendaire, il s'ensuit que la masse est équivalente à l'énergie, ce qui signifie que la toile spatio-temporelle doit également être déformée sous l'influence des hautes énergies.
Parlons maintenant de l'énergie du rayonnement électromagnétique (au sens étroit - lumière). Il est transféré, comme vous le savez, au moyen de photons - des «portions» de rayonnement électromagnétique. Ces derniers, à leur tour, ont de l'énergie, qui peut être calculée à l'aide d'une formule spéciale: E = hv, où h est le coefficient de proportionnalité (constante de Planck), et nu est la fréquence des photons.
Ainsi, il s'avère qu'un faisceau de lumière peut également créer un champ gravitationnel, car il a de l'énergie. C'est cette pensée qui a jeté les bases des travaux scientifiques de Ronald Mallet.
Le scientifique a pris un puissant faisceau laser et, à l'aide d'un système de miroirs, l'a fait circuler en cercle, créant un soi-disant anneau laser. L'idée est que la toile d'espace-temps à l'intérieur de cet anneau est déformée, se tordant comme un tourbillon.
On observe à peu près la même chose en remuant le thé avec une cuillère. En raison de ces «manipulations», avec l'espace, le temps à l'intérieur de l'anneau se ferme en une boucle, ce qui permet de déplacer des objets qui sont entrés dans le passé.
La géométrie de la machine à remonter le temps de Ronald Mallett.
Selon le professeur, une telle unité sera capable d'envoyer des messages encodés dans le passé, en transférant des particules dans le temps. Certes, un tel message ne pourra voyager que jusqu'à la création de cette machine à voyager dans le temps: il servira à la fois d'émetteur et de récepteur.
Ainsi, il sera possible, par exemple, d'avertir les gens du passé des catastrophes imminentes. En ce qui concerne le mouvement des macro-objets de cette manière, ici les scientifiques auront, comme on dit, de la sueur.
Mais une telle machine à voyager dans le temps n'est pas non plus sans «pièges». Par exemple, la théorie a été critiquée par Allen Everett et Ken Olum pour la géométrie spatio-temporelle mal choisie pour la formation de la courbe temporelle fermée attendue (CTC).
Les scientifiques ont également été gênés par la quantité d'énergie nécessaire: selon leurs calculs, pour provoquer la SEC dans l'espace-temps, le diamètre de l'anneau laser doit dépasser la taille de l'Univers visible. Et bien que Ronald ait essayé de réduire la quantité d'énergie requise en ralentissant le flux lumineux de son laser, les faisceaux lents se sont révélés inutiles dans l'étude.
O - énergie négative
L'énergie négative est l'une des variétés de «matière exotique» (plus précisément - «énergie»), obtenue grâce à l'effet Casimir, qui peut être utilisée pour voyager dans le passé, ainsi que pour entretenir les trous de ver.
Sous une forme simplifiée, la "recette" pour obtenir une telle énergie peut être décrite comme suit:
Prenez deux platines métalliques non chargées et placez-les sous vide. On rapproche les assiettes autant que possible, mais pour qu'elles ne se touchent pas.
Nous observons l'attraction des plaques les unes sur les autres. Cela est dû au fait que le vide a en fait de l'énergie - bien qu'il ne contienne pas de particules qui nous sont familières, des paires de particules virtuelles et d'antiparticules apparaissent constamment et s'y annihilent (s'annihilent mutuellement).
De tels processus génèrent de la pression. Mais parce que nous avons laissé un petit espace entre les plaques, la concentration de particules d'antiparticules y est bien moindre que dans l'espace autour. Par conséquent, une pression plus forte de l'extérieur commence à rapprocher les plaques.
En tirant, les plaques réduisent l'énergie du vide entre elles en dessous du point zéro normal, créant ainsi un espace d'énergie négative.
Effet Casimir.
Le phénomène d'apparition d'énergie négative à la suite d'une telle expérience s'appelle l'effet Casimir - en l'honneur du physicien néerlandais Hendrik Casimir. Une telle énergie peut potentiellement provoquer la courbure spatio-temporelle nécessaire pour voyager dans le passé.
Cependant, la quantité d'énergie négative générée de cette manière est négligeable par rapport à combien elle est nécessaire pour un effet de déformation approprié. Mais, comme le notent les scientifiques, le développement d'un mécanisme est déjà un bon progrès.
R - Effets relativistes
Les effets relativistes sont des phénomènes physiques observés lorsqu'un objet se déplace à des vitesses proches de la lumière. Ils font l'objet d'études en mécanique relativiste basée sur la théorie spéciale de la relativité.
Parmi tous les effets relativistes, comme une augmentation de masse, une diminution de la longueur d'un objet, le plus intéressant et le plus pratique, du point de vue de l'utilisation dans le voyage dans le temps, est l'effet de la dilatation du temps.
Selon la théorie spéciale de la relativité, pour un corps se déplaçant à une vitesse comparable à la vitesse de la lumière, le temps ralentit par rapport aux corps au repos.
Cette théorie a trouvé sa confirmation expérimentale en 1971, lorsque deux physiciens désespérés Hafele et Keating ont fait le tour du monde à deux reprises avec quatre horloges atomiques à bord. À l'atterrissage, ils ont découvert que la montre de voyage était en effet en retard sur les heures restantes à l'observatoire naval des États-Unis.
En tant qu'opportunité de voyage dans le temps, cela pourrait ressembler à ceci. Disons que vous avez trouvé un moyen d'accélérer votre vaisseau spatial à 99,5% de la vitesse de la lumière. Dans ce cas, vous pouvez accéder à l'une des étoiles les plus proches en, par exemple, une minute. Quatre ans passeront sur Terre.
Ainsi, sur l'aller-retour, vous passerez deux minutes de votre temps subjectif - en raison de l'effet de la dilatation du temps dans le vaisseau, et lorsque vous reviendrez sur Terre, vous le retrouverez huit ans de plus.
Au fait, bénissez le grand Einstein chaque fois que vous recherchez un magasin de hamburgers à proximité sur les cartes en ligne: si les satellites GPS ne prenaient pas en compte ces décélérations de vitesse du temps (et qu'ils se déplacent à une vitesse orbitale de 14000 km / h), le marqueur de l'emplacement dont vous avez besoin serait affiché avec une erreur kilométrique …
Cependant, accélérer à une vitesse proche de la vitesse de la lumière n'est pas une tâche facile. Einstein a établi que la vitesse de la lumière est la vitesse de mouvement maximale possible et ne peut être atteinte que par quelque chose sans masse. Plus la masse d'un objet est grande, moins il est susceptible d'atteindre une vitesse proche de la lumière.
L'une des raisons en est l'augmentation colossale de la masse lorsque l'on atteint des vitesses proches de la lumière. C'est pourquoi, par exemple, les photons, des particules de lumière qui n'ont pas de masse au repos, peuvent se déplacer à une telle vitesse.
Bien qu'il existe aujourd'hui des idées pour créer des fusées dites photoniques (comme la fusée du professeur norvégien Haug), l'accélération à de telles vitesses est incompatible avec la vie de l'équipage en raison de surcharges excessives. Donc pour l'instant, nous ne parlons de cette façon de voyager vers le futur qu'en théorie.
H - Trou de ver
Un trou de ver, ou trou de ver, est un passage théorique dans la structure de l'espace-temps qui relie deux événements distants (points de l'espace-temps) dans l'univers.
Les trous de ver sont comme des trous noirs traversables. Ils ont aussi un horizon d'événements, mais ce n'est qu'après l'avoir traversé que cela ne vous déchire pas sous l'influence d'une forte gravité, mais seulement "crache" du côté opposé, déjà à un autre point de l'espace-temps (l'essentiel est de ne pas confondre un trou noir avec une taupe, sinon au lieu de voyager vers un autre vous vous déplacerez "vers le monde suivant").
Ces entrées et sorties sont appelées bouches, et elles sont reliées par un tunnel de gorge traversant l'Univers. Un trou de ver peut relier les événements passés et futurs.
Il y a une hypothèse que tout notre Univers est parsemé de trous de ver. Seulement maintenant, ils existent sous forme de "mousse quantique" à des niveaux incroyablement microscopiques: ils sont autant de fois plus petits que le noyau atomique, autant que le noyau est plus petit que la planète Terre (on parle de la soi-disant mousse de l'espace-temps de John Wheeler).
Et il y a une hypothèse que dans le processus d'expansion de l'univers, ces trous de ver microscopiques auraient pu augmenter à une taille notable.
Les scientifiques suggèrent également que les trous noirs peuvent être la "bouche d'entrée" de certains trous de ver. Selon le célèbre astrophysicien-théoricien et cosmologiste Igor Novikov, les noyaux de certaines galaxies peuvent ne pas être des trous noirs supermassifs, mais l'entrée d'un trou de ver.
C'est pourquoi, comme le note le professeur, lors de la recherche de trous de ver, il faut tout d'abord regarder le centre de la galaxie. Selon le scientifique, il est fort possible que certains vortex puissent relier des événements (points dans l'espace-temps) de deux univers différents.
Le problème avec un trou de ver, cependant, est qu'il s'effondre avant que quoi que ce soit ne puisse le traverser. Et pour rendre un trou de ver praticable et plus ou moins stable, il faut un champ à densité d'énergie négative, qui gardera ses bouches ouvertes.
L'antigravité créée par une telle matière agira contre les forces de gravité («pressage») du trou de ver, et ainsi il sera possible de le forcer à rester dans un état passable plus longtemps, et en même temps d'augmenter sa taille.
Le physicien et astronome américain populaire Kip Thorne a proposé un mécanisme pour maintenir un trou de ver en plaçant des plaques conductrices parallèles sur les côtés opposés de celui-ci.
Ceci, selon l'effet Casimir, créera une énergie négative des deux côtés, ce qui empêchera le terrier de s'effondrer. Dans le même temps, sous l'influence de l'énergie négative, le trou de ver se dilatera, ce qui est très utile si vous êtes habitué à voyager dans le temps dans un vaisseau spatial impressionnant (poursuivant l'hypothèse de Thorne, l'astrophysicien de l'Université de Cambridge Luke Butcher a proposé un moyen plus efficace de créer de l'énergie négative à l'intérieur d'un trou de ver en générant son trou de ver même, sans l'utilisation de plaques).
Cependant, les quantités de cette énergie négative pour maintenir un trou de ver doivent être énormes. Dans le même temps, les calculs montrent que ce nombre a sa propre limite, ce qui rassure un peu les écrivains de science-fiction.
Modélisation par Kip Thorn de l'apparence de la bouche d'un trou de ver en fonction de sa longueur et de la lentille.
E - Matière exotique
La matière exotique est une matière qui, d'une manière ou d'une autre, diffère de la matière classique et possède des propriétés «exotiques». Cela sera considéré comme une matière qui a une masse négative, ou qui est capable de se déplacer à une vitesse supraluminale, ou qui est constituée de particules différentes des baryons habituels (c'est-à-dire des protons et des neutrons) - comme la matière noire, par exemple.
Dans la théorie du voyage dans le temps, la matière exotique joue l'un des rôles clés dans la réalisation du voyage dans le passé. Les théoriciens disent que si une substance exotique est créée ou découverte qui peut déformer l'espace-temps d'une manière non conventionnelle, une boucle temporelle peut se former dans la structure du continuum espace-temps, adaptée pour reculer dans le temps.
Ceci est démontré, par exemple, par l'auteur de l'un des modèles mathématiques les plus précis de la machine à remonter le temps - les domaines rétrogrades acausaux traversables dans l'espace-temps (TARDIS) - le mathématicien et physicien canadien Ben Tippett:
«L'effet de courbure de l'espace-temps avec lequel nous sommes le plus familiers est la gravité: elle nous tire vers le centre de la Terre et les planètes vers le Soleil.
Mais dans la théorie d'Einstein, la courbure de l'espace-temps peut générer de nombreux effets plus divers: des corps massifs en rotation tirent les objets proches dans le sens de leur rotation; L'univers se développe rapidement; les objets massifs peuvent provoquer des ondes gravitationnelles récemment mesurées par l'observatoire de Ligo », note le scientifique.
Selon lui, la théorie d'Einstein permet de relier différents types de courbure de l'espace-temps avec une nature différente de la matière impliquée. "Notre géométrie de l'espace-temps a été conçue pour permettre le voyage dans le temps, et l'équation d'Einstein nous indique le type de matière qui pliera l'univers de cette manière avec son poids: la matière exotique en particulier."
Ainsi, selon le modèle de Tippet, la machine à voyager dans le temps devrait être quelque chose comme une «boîte» (une structure physiquement tangible) entourée de matière exotique.
De plus, la densité d'énergie négative devrait conférer un «exotisme» à cette question: en d'autres termes, elle devrait créer quelque chose comme un champ anti-gravitationnel et plier l'espace-temps d'une manière inhabituelle pour nous - de sorte que la ligne du temps se referme en un anneau, formant une courbe proche du temps.
Le mouvement TARDIS de Ben Tippett dans l'espace-temps - le long d'une courbe temporelle fermée.
«Il suffit de le distribuer à l'extérieur de la 'machine', et l'univers se pliera à volonté en réponse à sa présence», explique Ben.
Ben a présenté tous les calculs prouvant la possibilité de créer une telle machine à remonter le temps dans son article publié le 31 mars 2017 dans la revue Classical and Quantum Gravity.
De la matière exotique aux propriétés anti-gravité est également nécessaire pour maintenir la perméabilité des trous de ver. Aujourd'hui, le type de matière exotique le plus approprié est considéré comme l'énergie négative générée par l'effet Casimir.
Le voyage dans le temps ne vous semble pas si fantastique? Dans le prochain article de Daria Zaremba, lisez ce qui empêche l'humanité de rêver de ces déplacements - réfutant les expériences de pensée, les paradoxes du voyage dans le passé et leurs solutions.
Daria Zaremba
