(kirstypargeter/iStock) C'est dur de vivre dans un Univers relativiste, où même les étoiles les plus proches sont si loin et où la vitesse de la lumière est absolue. Il n'est donc pas étonnant que les franchises de science-fiction utilisent régulièrement FTL (plus rapide que la lumière) comme dispositif d'intrigue.
Appuyez sur un bouton, appuyez sur un pétale, et ce système d'entraînement sophistiqué - dont personne ne peut expliquer le fonctionnement - nous enverra à un autre endroit dans l'espace-temps.
Cependant, ces dernières années, la communauté scientifique est devenue naturellement excitée et sceptique quant aux affirmations selon lesquelles un concept particulier - le Alcubière Warp Drive – pourrait en fait être faisable.
Cela a fait l'objet d'un présentation fait cette année Forum sur la propulsion et l'énergie de l'Institut américain de l'aéronautique et de l'astronautique , qui a eu lieu du 19 au 22 août à Indianapolis.
Cette présentation a été animée par Joseph Agnew, ingénieur de premier cycle et assistant de recherche de la Centre de recherche sur la propulsion de l'Université de l'Alabama à Huntsville (RPC).
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 et intitulée ' Un examen de la théorie et de la technologie du Warp 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 à distorsion 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 valable) au Équations de champ d'Einstein , qui décrivent comment l'espace, le temps et l'énergie interagissent dans notre Univers.
En termes simples, l'Alcubierre Drive réalise un 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 supérieures à la vitesse de la lumière. C'est ce qu'on appelle la « métrique d'Alcubierre ».
Interprété dans le contexte de Relativité générale , l'intérieur de cette bulle de distorsion constituerait le cadre de référence inertiel pour tout ce qui s'y trouve. De même, de telles bulles peuvent apparaître dans une région auparavant plate de l'espace-temps et dépasser la vitesse de la lumière.
Puisque le vaisseau ne se déplace pas dans l'espace-temps (mais se déplace 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 Universe Today par e-mail, il a été inspiré par ce concept dès le lycée et le poursuit depuis :
« J'ai approfondi 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 le moteur de distorsion, et j'ai essayé de rechercher à la fois ce que la «science star trek» 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 moment, j'ai commencé à chercher d'autres mots-clés et articles et à approfondir la théorie.
Alors que le concept était généralement rejeté comme étant entièrement théorique et hautement spéculatif, il a reçu un nouveau souffle ces dernières années. Le mérite en revient en grande partie à Harold 'Sonny' White, le chef de l'équipe de propulsion avancée du Johnson Space Center de la NASA. Laboratoire de Physique Avancée de la Propulsion (alias 'Eagleworks Laboratory').
Pendant le Symposium de 100 ans sur les vaisseaux spatiaux en 2011, White a partagé des calculs mis à jour de la métrique d'Alcubierre, qui ont fait l'objet d'une présentation intitulée ' Mécanique du champ de distorsion 101 ' (et une étude du même nom).
Selon White, la théorie d'Alcubierre était solide mais nécessitait de sérieux tests et développements. Depuis lors, lui et ses collègues ont fait 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 distorsion. Sous le mentorat de Jason Cassibry - professeur agrégé de génie mécanique et aérospatial et membre du corps professoral du Propulsion Research Center de l'UAH - les travaux d'Agnew ont abouti à une étude qui aborde les principaux obstacles et opportunités présentés par la recherche sur la mécanique de distorsion.
Comme Agnew l'a raconté, l'un des plus grands est le fait que le concept de 'distorsion de distorsion' n'est toujours pas pris très au sérieux dans les cercles scientifiques :
'D'après mon expérience, la mention du moteur de distorsion a tendance à faire rire la conversation parce que c'est tellement théorique et tout droit sorti de la science-fiction. En fait, il est souvent accueilli par des remarques dédaigneuses et utilisé comme exemple de quelque chose de totalement farfelu, 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/serait beaucoup plus d'intérêt lorsque les individus se pencheraient sur les progrès qui ont été réalisés. La nature historiquement théorique de l'idée est également en soi un élément dissuasif probable, car il est beaucoup plus difficile de voir des progrès substantiels lorsque vous examinez des équations plutôt que des résultats quantitatifs.
Alors que le domaine en est encore à ses balbutiements, il y a eu un certain nombre de développements récents qui ont aidé. Par exemple, la découverte de substances naturelles ondes gravitationnelles (GWS) par Scientifiques du LIGO en 2016 , qui ont à la fois confirmé une prédiction faite par Einstein il y a un siècle et prouvé que la base du moteur de distorsion existe dans la nature.
Comme Agnew l'a indiqué, c'est peut-être le développement le plus significatif, mais pas le seul :
'Au cours des 5 à 10 dernières années environ, il y a eu beaucoup d'excellents progrès dans le sens de la prédiction des effets anticipés du lecteur, de la détermination de la façon dont on pourrait le concrétiser, du renforcement des hypothèses et des concepts fondamentaux et, mon personnel favori, les 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, puisqu'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 l'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'étudions-nous et pouvons-nous le générer nous-mêmes en laboratoire? ', a-t-il ajouté. 'De toute évidence, quelque chose comme ça représenterait un énorme investissement de temps et de ressources, mais serait extrêmement bénéfique.'
Bien sûr, le concept Warp Drive nécessite un soutien supplémentaire et de nombreuses avancées avant que la recherche expérimentale ne soit possible. Il s'agit notamment d'avancées en termes de cadre théorique ainsi que d'avancées technologiques.
Si ceux-ci sont traités comme des problèmes 'petits morceaux' au lieu d'un défi massif, a déclaré Agnew, alors des progrès seront certainement réalisés :
'Essentiellement, ce qui est nécessaire pour un moteur de distorsion est un moyen d'étendre et de contracter l'espace-temps à volonté, et de manière locale, comme autour d'un petit objet ou d'un vaisseau.' Nous savons avec certitude que des densités d'énergie très élevées, sous la forme de champs électromagnétiques ou de masse, par exemple, peuvent provoquer une courbure dans l'espace-temps. Cela prend énormément de temps pour le faire, cependant, avec notre analyse actuelle du problème.
D'un autre côté, les domaines techniques devraient essayer d'affiner au maximum l'équipement et le processus, rendant ces hautes densités d'énergie plus plausibles. Je crois qu'il y a une chance qu'une fois que l'effet pourra être reproduit à l'échelle du laboratoire, cela conduira à une compréhension beaucoup plus profonde du fonctionnement de la gravité et pourrait ouvrir la porte à certaines théories ou lacunes encore inconnues.
Je suppose que pour résumer, le plus gros obstacle est l'énergie, et avec cela viennent 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 distorsion 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 nécessaire à la production de la bulle passe par la matière exotique. Les scientifiques estiment également que le besoin énergétique total serait équivalent à la masse de Jupiter .
Cependant, cela représente une baisse significative par rapport aux estimations d'énergie 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 encore prohibitive. À cet égard, des progrès importants doivent encore être réalisés 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. Sur le plan technique, des progrès supplémentaires 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 lorsqu'il s'agit de concepts qui sont réputés « là-bas ».
Mais comme l'affirme Agnew, ce n'est pas un défi insurmontable. Compte tenu des progrès réalisés jusqu'à présent, il y a lieu d'être optimiste quant à l'avenir :
«La théorie a confirmé jusqu'à présent qu'elle vaut la peine d'être poursuivie, et il est plus facile maintenant qu'avant de fournir la preuve qu'elle est légitime. En termes de justifications pour l'allocation des ressources, il n'est pas difficile de voir que la capacité d'explorer au-delà de notre système solaire, voire au-delà de notre Galaxie, serait un énorme bond en avant pour l'humanité. Et la croissance de la technologie résultant du fait 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 vers le haut. Mais si ces autres cas historiques sont une indication, cela peut éventuellement passer un point de non-retour et sembler soudainement tout à fait possible !
Et compte tenu de notre préoccupation croissante pour les exoplanètes (un autre domaine explosif de l'astronomie), il ne manque pas de personnes qui espèrent envoyer des missions vers des étoiles proches pour rechercher des planètes potentiellement habitables. Et comme les exemples susmentionnés le démontrent certainement, parfois, tout ce qui est nécessaire pour lancer le bal est une bonne poussée…
Une version de cet article a été publiée pour la première fois en septembre 2019.
Cet article a été initialement publié par Univers aujourd'hui . Lis le article original .