C'est difficile de vivre dans un univers relativiste, où même les étoiles les plus proches sont si loin et la vitesse de la lumière est absolue. Il n'est donc pas étonnant que les franchises de science-fiction utilisent régulièrement le FTL (Faster-than-Light) comme dispositif de complot. Appuyez sur un bouton, appuyez sur une pédale et ce système d'entraînement sophistiqué - dont personne ne peut expliquer le fonctionnement - nous enverra vers un autre endroit dans l'espace-temps.
Cependant, ces dernières années, la communauté scientifique est devenue naturellement enthousiasmée et sceptique quant aux affirmations selon lesquelles un concept particulier - le Alcubierre Warp Drive - pourrait en fait être réalisable. C’était le sujet d’une présentation faite cette année au Forum américain sur la propulsion et l’énergie de l’Institut américain d’aéronautique et d’astronautique, qui a eu lieu du 19 au 22 août à Indianapolis.
Cette présentation a été dirigée par Joseph Agnew - ingénieur de premier cycle et assistant de recherche de l'Université de l'Alabama au Huntsville's Propulsion Research Center (PRC). Dans le cadre d'une session intitulée «L'avenir de la propulsion nucléaire et révolutionnaire», Agnew a partagé les résultats d'une étude qu'il a menée intitulée «Un examen de la théorie et de la technologie des distorsions pour déterminer l'état de l'art et la faisabilité».
Comme Agnew l'a expliqué à une salle comble, la théorie derrière un système de propulsion de chaîne est relativement simple. Proposé à l'origine par le physicien mexicain Miguel Alcubierre en 1994, ce concept de système FTL est considéré par l'homme comme une solution hautement théorique (mais peut-être valide) aux équations du champ d'Einstein, qui décrivent comment l'espace, le temps et l'énergie dans notre univers interagissent.
En termes simples, l'Alcubierre Drive réalise le voyage FTL en étirant le tissu de l'espace-temps dans une vague, provoquant la contraction de l'espace devant lui tandis que l'espace derrière se dilate. En théorie, un vaisseau spatial à l'intérieur de cette vague serait capable de chevaucher cette "bulle de distorsion" et d'atteindre des vitesses au-delà de la vitesse de la lumière. C'est ce que l'on appelle «l'Alcubierre métrique».
Interprété dans le contexte de la relativité générale, l'intérieur de cette bulle de chaîne constituerait le référentiel inertiel de tout ce qui s'y trouve. De même, de telles bulles peuvent apparaître dans une région d'espace-temps auparavant plate et dépasser la vitesse de la lumière. Comme le vaisseau ne se déplace pas dans l'espace-temps (mais dans l'espace-temps lui-même), les effets relativistes conventionnels (comme la dilatation du temps) ne s'appliqueraient pas.
En bref, l'Alcubierre Metric permet de voyager en FTL sans violer les lois de la relativité au sens conventionnel. Comme Agnew l'a dit à Space Magazine par e-mail, il a été inspiré par ce concept dès le lycée et le poursuit depuis:
«J'ai approfondi davantage les mathématiques et les sciences et, par conséquent, j'ai commencé à m'intéresser à la science-fiction et aux théories avancées à une échelle plus technique. J'ai commencé à regarder Star Trek, la série Original et The Next Generation, et j'ai remarqué comment ils avaient prédit ou inspiré l'invention des téléphones portables, des tablettes et d'autres équipements. J’ai pensé à certaines des autres technologies, telles que les torpilles à photons, les phaseurs et l’entraînement par distorsion, et j’ai essayé de rechercher ce que la «science des étoiles» et «l’équivalent scientifique du monde réel» avaient à dire à ce sujet. Je suis ensuite tombé sur l'article original de Miguel Alcubierre, et après l'avoir digéré pendant un certain temps, j'ai commencé à rechercher d'autres mots clés et articles et à approfondir la théorie. »
Bien que le concept ait été généralement rejeté comme étant entièrement théorique et hautement spéculatif, il a pris un nouveau souffle ces dernières années. Le mérite en revient en grande partie au Dr Harold «Sonny» White, chef de l'équipe de propulsion avancée du laboratoire de propulsion physique avancée du NASA Johnson Space Center (alias «Eagleworks Laboratory»).
Lors du 100 Year Starship Symposium en 2011, le Dr White a partagé quelques calculs mis à jour de la métrique Alcubierre, qui ont fait l'objet d'une présentation intitulée «Warp Field Mechanics 101» (et une étude du même nom). Selon le Dr White, la théorie d'Alcubierre était solide mais nécessitait des tests et un développement sérieux. Depuis lors, lui et ses collègues font ces mêmes choses par le biais du laboratoire Eagleworks.
Dans la même veine, Agnew a passé une grande partie de sa carrière universitaire à rechercher la théorie et la mécanique derrière la mécanique de la chaîne. Sous le mentorat du Dr Jason Cassibry - professeur agrégé de génie mécanique et aérospatial et membre du corps professoral du Centre de recherche sur la propulsion de l'UAH - le travail d'Agnew a abouti à une étude qui aborde les principaux obstacles et opportunités présentés par la recherche en mécanique des chaînes.
Comme l'a rapporté Agnew, l'un des plus grands est le fait que le concept de «warp drive» n'est toujours pas pris très au sérieux dans les cercles scientifiques:
“D'après mon expérience, la mention de la distorsion a tendance à faire rire la conversation car elle est tellement théorique et tout à fait sortie de la science-fiction. En fait, il est souvent confronté à des remarques dédaigneuses et utilisé comme exemple de quelque chose de totalement bizarre, ce qui est compréhensible. Je sais que dans mon propre cas, je l'avais initialement regroupé mentalement dans la même catégorie que les concepts supraluminiques typiques, car évidemment ils violent tous l'hypothèse «la vitesse de la lumière est la vitesse ultime». Ce n'est que lorsque j'ai approfondi la théorie que j'ai réalisé qu'elle n'avait pas ces problèmes. Je pense qu'il y aurait / il y aura beaucoup plus d'intérêt lorsque les individus se pencheront sur les progrès qui ont été réalisés. La nature historiquement théorique de l'idée est également en soi un élément dissuasif, car il est beaucoup plus difficile de voir des progrès substantiels lorsque vous regardez des équations plutôt que des résultats quantitatifs.“
Bien que le domaine en soit encore à ses balbutiements, un certain nombre de développements récents ont aidé. Par exemple, la découverte d'ondes gravitationnelles naturelles (GWS) par des scientifiques du LIGO en 2016, qui ont toutes deux confirmé une prédiction faite par Einstein il y a un siècle et prouve que la base de la pulsion de distorsion existe dans la nature. Comme l'a indiqué Agnew, il s'agit peut-être du développement le plus important, mais pas le seul:
“Au cours des 5 à 10 dernières années, il y a eu beaucoup d'excellents progrès en ce qui concerne la prévision des effets anticipés de la pulsion, la détermination de la façon dont on pourrait la faire exister, le renforcement des hypothèses et des concepts fondamentaux, et, mon préféré , des moyens de tester la théorie dans un laboratoire.
«La découverte de LIGO il y a quelques années a été, à mon avis, un énorme bond en avant dans la science, car elle a prouvé, expérimentalement, que l'espace-temps peut se déformer et se plier en présence d'énormes champs gravitationnels, et cela se propage à travers le univers d'une manière que nous pouvons mesurer. Avant, il était entendu que c'était probablement le cas, grâce à Einstein, mais nous le savons avec certitude maintenant. »
Étant donné que le système repose sur l'expansion et la compression de l'espace-temps, a déclaré Agnew, cette découverte a démontré que certains de ces effets se produisent naturellement. "Maintenant que nous savons que l'effet est réel, la question suivante, dans mon esprit, est:" comment l'étudier et pouvons-nous le générer nous-mêmes en laboratoire? "", A-t-il ajouté. "De toute évidence, quelque chose comme ça serait un énorme investissement de temps et de ressources, mais serait massivement bénéfique."
Bien sûr, le concept Warp Drive nécessite un support supplémentaire et de nombreuses avancées avant que la recherche expérimentale ne soit possible. Il s'agit notamment des avancées en termes de cadre théorique ainsi que des avancées technologiques. Si ceux-ci sont traités comme des problèmes «de la taille d'une bouchée» au lieu d'un défi majeur, a déclaré Agnew, alors des progrès sont assurés:
«En substance, ce qui est nécessaire pour un entraînement de distorsion est un moyen d'élargir et de contracter l'espace-temps à volonté et de manière locale, comme autour d'un petit objet ou d'un navire. Nous savons avec certitude que des densités d'énergie très élevées, sous forme de champs électromagnétiques ou de masse, par exemple, peuvent provoquer une courbure dans l'espace-temps. Cependant, cela prend des sommes énormes avec notre analyse actuelle du problème. »
«D'un autre côté, les domaines techniques devraient essayer de raffiner l'équipement et le processus autant que possible, ce qui rend ces densités énergétiques plus plausibles. Je pense qu'il y a une chance qu'une fois l'effet reproduit à l'échelle du laboratoire, cela conduira à une compréhension beaucoup plus approfondie du fonctionnement de la gravité et pourrait ouvrir la porte à certaines théories ou échappatoires encore inconnues. Je suppose que pour résumer, le plus grand obstacle est l'énergie, et avec cela vient des obstacles technologiques, nécessitant des champs électromagnétiques plus grands, des équipements plus sensibles, etc.“
La quantité d'énergie positive et négative nécessaire pour créer une bulle de chaîne reste le plus grand défi associé au concept d'Alcubierre. Actuellement, les scientifiques pensent que la seule façon de maintenir la densité d'énergie négative requise pour produire la bulle est par le biais de matières exotiques. Les scientifiques estiment également que les besoins énergétiques totaux seraient équivalents à la masse de Jupiter.
Cependant, cela représente une baisse significative par rapport aux estimations énergétiques antérieures, qui affirmaient qu'il faudrait une masse d'énergie équivalente à l'univers entier. Néanmoins, une quantité de matière exotique de la masse de Jupiter est toujours prohibitive. À cet égard, des progrès importants doivent encore être accomplis pour réduire les besoins énergétiques à quelque chose de plus réaliste.
La seule façon prévisible d'y parvenir est de poursuivre les progrès de la physique quantique, de la mécanique quantique et des métamatériaux, explique Agnew. En ce qui concerne l'aspect technique, de nouveaux progrès devront être réalisés dans la création de supraconducteurs, d'interféromètres et de générateurs magnétiques. Et bien sûr, il y a la question du financement, qui est toujours un défi quand il s'agit de concepts qui sont considérés comme «là-bas».
Mais comme l'affirme Agnew, ce n'est pas un défi insurmontable. Compte tenu des progrès accomplis jusqu'à présent, il existe
“Jusqu'à présent, la théorie a confirmé qu'elle valait la peine d'être poursuivie et il est plus facile aujourd'hui qu'avant de prouver qu'elle est légitime. En termes de justification de l'allocation des ressources, il n'est pas difficile de voir que la capacité d'explorer au-delà de notre système solaire, même au-delà de notre galaxie, serait un énorme bond en avant pour l'humanité. Et la croissance de la technologie résultant de repousser les limites de la recherche serait certainement bénéfique. "
Comme l'avionique, la recherche nucléaire, l'exploration spatiale, les voitures électriques et les propulseurs de fusée réutilisables, l'Alcubierre Warp Drive semble destiné à être l'un de ces concepts qui devront se frayer un chemin en montée. Mais si ces autres cas historiques sont une indication, il finira par passer par un point de non-retour et sembler tout à coup tout à fait possible!
Et compte tenu de notre préoccupation croissante pour les exoplanètes (un autre domaine en pleine explosion de l'astronomie), il ne manque pas de gens qui espèrent envoyer des missions dans les étoiles proches pour rechercher des planètes potentiellement habitables. Et comme les exemples susmentionnés le démontrent certainement, parfois, tout ce qui est nécessaire pour faire rouler la balle est un bon coup de pouce…
Image du haut - "IXS Starship ”. Crédit et ©: Mark Rademaker (2016)
