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Voyages interstellaires & temporels

(prochaine frontière scientifique à franchir)

Publié le 5 septembre 2003 - Modifié le dimanche 24 octobre 2004 :: 2967 visites robots/humains. ( Popularité: 6)

ScientoX

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Vitesse de la lumière, moteurs à fusion, oxygène liquide, antimatière...
...quand la Réalité n’est plus Science-fiction ...

Une aventure exceptionnelle qui ne verra le jour que dans plusieurs décennies mais qui finira par devenir possible... 1 - Voyages interstellaires 2 - Voyages temporels

1 - Voyages interstellaires


(prochaine frontière scientifique à franchir.)

Voyager dans l’espace, c’est d’abord le rêve de l’Homme d’aller toujours plus loin et d’échapper à cette bonne vieille planète Terre.
C’est aussi l’espoir de résoudre nos problèmes écologiques, qui n’iront pas en s’améliorant.
C’est, du point de vue économique, la possibilité de découvrir des matières premières exploitables. C’est enfin la seule façon de vérifier si nous sommes seuls dans l’Univers.

Introduction


Lorsque Einstein a établi la théorie de la relativité, celui-ci a révolutionné le concept du temps. En effet, l’espace-temps se courbe d’autant plus que la vitesse est grande.

Le centre de notre galaxie se situe à environ 30 000 Al..... Grâce à la relativité, et en supposant que nous voyagions à la vitesse de la lumière, nous atteindrions celui-ci en moins de 50 ans.... Paradoxal ? Non...Seulement relatif ! Nous, voyageurs allant à la vitesse de la lumière, verrions un temps de 50 ans écoulé..... Cependant sur Terre, 30 000 années se seraient passées !

Mais pour aller à la vitesse de la lumière, la principale contrainte est de devoir être sans masse. Seul le photon, particule de lumière, a la possibilité d’atteindre cette vitesse. Dès qu’il y a une masse, l’énergie nécessaire devient infinie, car une accélération augmente en fait la masse de l’objet accéléré, et ce d’autant plus que la masse est importante ; il faut alors de plus en plus d’énergie pour accélérer l’objet ! En fin de compte, un objet de masse au repos non nulle a une masse infinie s’il est accéléré exactement à la vitesse de la lumière, et donc une énergie infinie qu’il aura fallu lui fournir (E=mc2).

En tous cas, même en voyageant à la vitesse de la lumière, la vie d’un homme ne permettrait pas de visiter tous les recoins du tiers de notre galaxie !

Les fusées actuelles consomment en effet beaucoup trop de carburant pour une trop courte distance : le carburant est un problème majeur quant à notre désir de voyager dans l’univers..... Certains scientifiques pensent qu’il faudrait remplacer notre carburant par un autre, bien plus performant..... Et à cette pensée, vient une idée : l’antimatière.

Certes, l’antimatière résoudrait bien des problèmes. Déjà plusieurs feuilletons relevant de la science-fiction (star-trek) ont envisagé cette idée. Avec seulement quelques grammes d’antimatière, il serait aisé d’avoir une vitesse extrêmement élevée, mais aussi de parcourir des distances astronomiques.... C’est le cas de le dire ! Cependant, restons sceptiques. Le rêve est merveilleux, mais la réalité est tout autre chose, voire un cauchemar ! La fabrication de l’antimatière n’est pas aussi facile que cela : il ne nous suffit pas d’aller voir le droguiste du coin, en lui demandant : " euh... 2Kg d’antimatière sans sucre si possible ! "....

IL faut savoir que l’antimatière de nos jours se fabrique en une infime quantité, avec des moyens infiniment coûteux, pour nous simples mortels.... La quantité s’exprime en nano, voire même picogramme (le millième du milliardième du gramme..... pas mal de Zéros !) et ces fameux moyens sont des accélérateurs de particules : il faut accélérer une particule, jusqu’à ce qu’elle atteigne une vitesse relativiste, et la projeter sur une " plaque métallique ". Ainsi, cette particule va créer son anti-soi. Les scientifiques stockent l’antimatière dans une sorte de sas magnétique.... Magnétique car ainsi, les antiparticules ne peuvent s’annihiler avec la matière du sas par exemple. Elles tourneront en rond ! Si jamais une particule rencontre son anti-particule, hé bien tout se transforme en énergie....

Ainsi, ces moyens reviennent trop chers comparés à la quasi nullité de la récolte. Et cette récolte ne saurait suffire pour faire des voyages interstellaires. Il faudrait des grammes, et non pas des picogrammes d’antimatière.

Aujourd’hui les hommes ont peut-être trouvé le moyen d’atteindre une vitesse considérable : il suffirait que le moteur d’un quelconque vaisseau puisse accélérer indéfiniment, mais lentement. Bien sur la vitesse, de départ sera dérisoire, cependant au fil du temps (un fil d’une longueur étonnante !) les vitesses pourraient s’approcher de celle de la lumière (sans l’atteindre vraiment bien-sûr). D’autres idées ont été proposées comme une énorme voile solaire qui serait " poussé " par le vent solaire. L’accélération serait sans fin également, mais la vitesse ne deviendrait intéressante qu’au bout de quelques siècles ! Cependant, si nous sommes assez patients, notre vitesse pourrait atteindre celle des particules solaires !

Ces 2 idées sont appréciables, cependant la vitesse escomptée n’arrive que bien longtemps après. Est-ce que l’homme pourra un jour associer efficacité et rapidité ?

Il existe une théorie concernant les trous noirs, ces merveilleux aspirateurs stellaires !

Cette théorie stipule que, lorsque nous rentrons dans le trou noir, nous allons pénétrer dans une sorte de tunnel stellaire, appelé trou de vers, pour enfin sortir par un trou blanc ! Il faut s’imaginer que le trou noir, courbe énormément l’espace à sa périphérie, et également le temps. Imaginons nous l’espace comme une feuille de papier vu de profil. Plions en 2 cette feuille de papier. Ce pliage est dû à la force gravitationnelle qu’exerce le trou noir sur l’espace. Ainsi, au lieu de faire complètement le tour de la feuille, nous y passons à travers, grâce au trou noir. Ainsi, cet objet astronomique serait une sorte de raccourci temporel.

Cependant ceci est une théorie, parmi d’autres ! Il faut s’avoir également, que si nous pénétrons un trou noir, les forces de marées seront telles, que nous serions déchiquetés ! Donc, adieu trous noirs ? ?

Les voyages interstellaires, sont aujourd’hui bien loin de la réalité, mais d’une étonnante proximité avec nos rêves. Les hommes ont concrétisé bien des rêves, donc pourquoi pas les voyages intergalactiques ? Bien sur, le temps aide. Lançons alors un défi à l’humanité

- Limitation de Vitesse
Le premier problème à résoudre : la vitesse. Depuis Einstein et sa Théorie de la relativité restreinte, nous savons que la vitesse de la lumière est indépassable.

qu’elle batte un record cosmique ! Voyager dans l’univers !
Pourquoi ? Bon, accrochez vous : la Théorie de la relativité a démontré que l’accélération d’une masse demande une énergie proportionnelle à cette masse. Plus c’est lourd, plus faut pousser en gros !
L’ennui c’est que la masse elle-même croît avec la vitesse : plus un objet est rapide, plus il est lourd. Du coup, à chaque accélération, l’objet gagne en vitesse ET en poids, et l’énergie requise pour accélérer encore augmente, etc, etc.

La dépense d’énergie nécessaire à certaine vitesse devient rapidement infinie ! Donc, hors de notre portée. Pour aller aussi vite que la lumière [environ 300 000 kh/h], il faudrait, comme les photons, ne pas avoir de masse...

Conclusion : la vitesse dans l’Espace est limitée. Une sacrée contrainte quand on sait que l’étoile la plus proche de la Terre, Alpha du Centure, est quand même à 43 000 milliards de km, et que même à la vitesse de la lumière, il faudrait plus de 4 ans pour y arriver.

- Où faire le plein ? ( le carburant. )
Le projet Ramjet du Laboratoire de Los Alamos estime pouvoir avaler les atomes d’hydrogène rencontrés dans l’espace dans un entonnoir magnétique de quelques milliers de kilomètres de diamètre. Ces atomes seraient accélérés puis rejetés vers l’arrière, pour permettre d’atteindre près de 90% de la vitesse de la lumière. Un astronef propulsé ainsi atteindrait Alpha du Centaure en 3 ans seulement.

Autre possibilité : l’antimatière [comme dans Star Trek !] Avec quelques grammes d’antimatière, on obtient des réserves énormes d’énergie, car matière + antimatière = explosion. Du coup, on peut atteindre des vitesses très élevées, et aller loin...

Il ne reste plus qu’à fabriquer suffisamment d’antimatière, ce que nous ne savons pas encore faire. En dépendant des budgets colossaux, les accélérateurs de particules ne parviennent quà créer des picogrammes d’antimatière [le picogramme, c’est le millième du milliardième du gramme]. On y est pas encore...

- Déjà des projets :

- 3 inventions de l’avant-guerre permettent cependant d’envisager le voyage spatial : la bombe atomique, la fusée et l’ordinateur.

Dès 1947, les scientifiques du projet Manhattan envisageaient de propulser un vaisseau spatial en faisant exploser des bombes atomiques derrière lui. Protégé par un bouclier capable d’encaisser l’énergie et la chaleur de la bombe, le vaisseau avancerait "par bond", d’explosion en explosion, à plusieurs milliers de mètres par secondes.

Dans les années 50 le projet "Orion" prévoyait de pousser un tel vaisseau à coup d’explosion d’une mégatonnes toutes les trois secondes. Poussé par le souffle des atomes, l’astronef aurait pû ainsi acquérir 3% de la vitesse de la lumière en dix jours. Il aurait atteint Alpha du Centaure, l’étoile la plus proche de la Terre, en... un siècle.

Dans les années 60, le projet Dédale de la Société Interplanètaire Britannique envisageait de réaliser de micro-explosion nucléairesdans une chambre de combution à l’arrière de la fusée. Carburant employé : un mélange de deutérium et d’hélium 3. Un champ magnétique important encadrerait l’explosion pour maximiser l’effet du souffle. Un tel astronef atteindrait en quatre ans 36 000 km/seconde, un peu plus de 10% de la vitesse de la lumière. Rest un souci : du fait de la vitesse acquise, il est impossible de s’arrêter !

-  Voiliers interstellaires
Avant de lancer pour de bons des hommes à la conquête de l’Espace, voici que se prépare le lancement du premier voilier solaire. Mais si ! C’est un projet européen, baptisé Etoile de la Tolérance, et qui consiste à faire naviguer autour de la Terre une voile télépilotable de 1600 mètres carrés.

L’Etoile de la Tolérance sera mûe par l’énergie solaire, puisque ce sont les photons envoyés par le soleil qui, en se réfléchissant sur sa toile, la feront avancer à une vitesse de 150 km/secondes, soit 54 000 kh/h. Un vaisseau spatial écolo ! Lancement en 2001.

[Illustration : Space Island Group]

- Touristes cosmonautes
D’ici quelques années [dix ou vingt ans, pas plus] vous pourrez sans doute vous offrir des vacances en orbite. Des sociétés américaines et japonaises préparent déjà très concrètement un nouveau genre de voyage exotique. La société Space Adventures par exemple pense pouvoir envoyer ses premiers clients dans l’espace en 2005. Pour un tarif de 700 000 F. [et oui, c’est pas donné] elle offrira deux heures de vol en orbite et en apesanteur.

On envisage également la construction d’hôtels orbitaux. Grâce à l’absence de gravité, il sera facile de construire des stations touristiques aux architectures audacieuses et de taille respectable. La Nasa travaille à l’élaboration de bungalows modulables. La chaîne hôtelière Hilton a aussi des projets.

La chaîne Shimizu planche sur une hôtel en forme de roue de 140 mètres de diamètre, pourvu de bars, karaoké et piscine. Il pourrait accueillir 60 clients à 450 kilmètres de la planète.

30% des américains seraient prêts à dépenser 2 ans de salaires pour s’offrir un week-end en apesanteur. Le marché des voyages spatiaux de tourisme est estimé à 25 milliards de Frs.

- Replier l’Espace ?

Reste encore une voie à explorer : les trous de ver. Selon certaines théories, si l’on parvenait à pénétrer dans un trou noir, on plongerait dans un tunnel d’espace-temps pour ressortir par un trou blanc, situé à des distances inimaginables.
Le trou noir, aspirateur stellaire encore mal connu, courbe terriblement l’espace-temps à sa périphérie, et pourrait peut-être servir de raccourci... mais là, on est vraiment dans la théorie, mais qui vaut donc un deuxième chapitre ...


2 - Voyages temporels

- Depuis la « Machine à remonter le temps » d’H.G. WELLS, les auteurs de science-fiction rêvent de voyageurs du temps se baladant aux époques de leurs choix, jonglant avec les paradoxes temporels.
Dans la réalité, la plupart des scientifiques doutent de la possibilité de voyager dans le temps, mais d’autres y croient tout à fait !

- 

LE TEMPS EST RELATIF

Un détour par la Théorie de la Relativité restreinte [1905] s’impose. d’après celle-ci, le temps ralentit dans un repère en mouvement : plus un objet se déplace vite, plus le temps s’écoule lentement pour lui...

Ce principe est illustré par le fameux paradoxe des Jumeaux de Langevin : Julien et Aurélien sont deux jumeaux de 20 ans habitant sur la Terre... Julien décide d’embarquer dans une fusée spatiale alors qu’Aurélien reste sur Terre...

Si Julien voyage à une vitesse ultra-rapide à bord de sa fusée pendant deux ans à la vitesse de la lumière, quand il rentre sur Terre, deux ans se sont écoulés pour lui, ce qui lui fait 22 ans... Mais pour son frère, plusieurs dizaines d’années se sont écoulées... Aurélien est un vieillard.

-  JE DIRAIS MÊME PLUS : LE TEMPS EST COURBE !
La Théorie de la Relativité Générale d’Einstein [1916] va encore plus loin : elle nous apprend que la trame de l’Univers compte trois dimensions : les trois dimensions spatiales, et le Temps.

- Espace et Temps sont donc indissociables.

L’expérience a montré qu’une particule de lumière, qui prend toujours le chemin le plus court entre deux points, voit sa trajectoire déviée par un objet de masse et de densité importante.
Cela signifie que l’écoulement du temps n’est pas partout le même :

- la matière courbe l’espace-temps : tout corps est attirée par un corps plus dense - c’est la force de gravité.

Il devient donc imaginable de jouer sur la relativité de l’écoulement du temps pour se « transporter » dans le Temps.
La masse d’énergie à mettre en œuvre est colossale.
Mais il existe des déformations naturelles de l’espace-temps qui pourraient, en théorie, nous permettre de voyager dans le temps : les trous noirs.

- C’EST QUOI UN TROU NOIR ?
Une étoile est stable tant que les deux forces qui s’exercent sur elle s’équilibrent. Ces deux forces sont :
- 1 : l’explosion.
Elle est due à la fission des atomes d’hydrogène qui se transforment en atomes d’hélium en libérant lumière et énergie. Cette force pousse l’étoile à grandir.

- 2 : la gravité.
Elle est due à la masse de l’astre. Cette force pousse l’étoile à rapetisser.

A la fin de leur vie, les supernovae, étoiles de masse très importante,ne possèdent plus assez de combustible pour entretenir la première force. La gravité l’emporte est l’étoile « s’effondre » sur elle-même.

Sa taille se réduit mais, sa masse étant stable, sa densité s’accroît dans des proportions énormes.
Etant donné sa masse et sa densité exceptionnelle, cette étoile effondrée devient un gouffre sans fond duquel rien, pas même la lumière, ne peut s’échapper. C’est un trou noir.

Ce trou noir ; extrêmement dense, courbe l’espace-temps, ce qui permet d’imaginer que voyager dans un trou noir reviendrait à voyager dans le temps...

LE TROU NOIR
Ni matière, ni rayonnement, ni lumière ne s’en échappent. On ne les repère que par leurs effets sur leur environnement, en particulier une très forte attraction gravitationnelle.

Il faut noter qu’aucun trou noir n’a pu réellement être observé à ce jour : ils ne sont que la meilleure réponse théorique apportée aux observations astronomiques actuelles, dans le cadre de la théorie de la relativité d’Einstein.

C’EST PAR OÙ LA SORTIE ?
Selon certaines théories, dont celles du physicien britannique Stephen HAWKING, le trou noir aboutirait à ce que l’on appelle une fontaine blanche, sortie par laquelle la matière et la lumière absorbée s’échappent.

Si cette issue est très éloignée du trou noir, passer par cet étrange tunnel - le fameux trou de ver de la littérature SF - permettrait de voyager plus rapidement que la lumière, donc de voyager dans le temps.


Si l’entrée d’un trou noir est immobile par rapport à nous et si la sortie se déplace a une vitesse proche de celle de la lumière le phénomène de dilatation du temps prévut par Einstein aura une conséquence étonnante : le temps s’écoulera différemment à l’entrée et à la sortie du tunnel !

Ainsi une maîtrise de la construction des trou de ver permettrait de choisir le moment de sortie dans le passé.
Cependant ATTENTION : la boucle temporelle doit être crée avant de pouvoir être utilisée.
Si un génial inventeur crée un "trou de ver" le 1 janvier 2000, l’entrée et la sortie commenceront leur existence à ce moment la. L’entrée évoluera normalement et la sortie sera figée dans le temps pour peu qu’on lui communique la vitesse de la lumière.
L’inventeur ne pourra donc jamais revenir avant la date de création.

DIFFICULTES...
- 1 : le premier problème que l’on rencontrerait pour passer à travers le trou noir serait... de le trouver.
En effet même s’il existe, ce n’est qu’à l’échelle microscopique...il ne mesurerait que 10e-43 cm et ne resterait stable que 10e-35 secondes.

- 2 : deuxième difficulté : les forces gravitationnelles intenses, appelées forces de marée, à l’action à l’extérieur d’un trou noir ont une puissance suffisante pour déchiqueter un être humain, seulement par la différence de gravité entre les pieds et la tête...
Un vaisseau spatial ne pourrait donc vraisemblablement pas survivre à proximité d’un trou noir... en tous cas en l’état actuel de nos connaissances.

- 3 : le voyage dans le Temps est à l’origine de paradoxes temporels apparement incompatibles avec les règles de la physique et de la logique.
Le principal paradoxe réside dans la négation des principes de causalité : remonter le temps signifierait qu’il est possible d’empêcher des événements qui se sont déjà produits...

Le meilleur exemple est le paradoxe du « grand-père »( issu du « Voyageur imprudent » de BARJAVEL ) :
- X a tué son ancêtre ?
- Donc X n’existe pas.
- Donc X n’a pas tué son ancêtre.
- Donc X existe.
- Donc X a tué son ancêtre.
- Donc X n’existe pas.
- Donc X n’a pas tué son ancêtre.
- Donc X existe...

-  MONDES PARALLELES ET PHYSIQUE QUANTIQUE

La meilleure réponse actuelle aux paradoxes temporels est la théorie selon laquelle plusieurs mondes parallèles coexistent :

Il y a un monde A, ou X est né puis est parti en voyage. Il y a un monde parallèle B dans lequel X survient, et tue son grand-père mais où il ne naîtra pas plus tard. Le paradoxe est résolu.

Selon une théorie formulée en 1957 par un nommé Hugh EVERETT, et basé sur la physique quantique, "chaque chose qui peut physiquement se produire, va se produire - dans un certain univers".

Autrement dit, notre univers, avec l’Histoire telle que nous l’avons apprise à l’école, ne serait qu’un univers parmi une infinité d’autres.
C’est la porte ouverte aux Uchronies de la science-fiction.

Il existerait donc un monde où John F. Kennedy n’a pas été assassiné. Un où la Grande Armada espagnole n’a pas succombé à une terrible tempête [c’est le thème de "Pavane" de Keith ROBERTS]. Un où les Allemands et les Japonais ont gagné la guerre et occupent pacifiquement les États-Unis [comme dans "Le Maître du Haut-Château", de Philip K. DICK].
En revanche un autre paradoxe survient : la masse totale de l’univers dans le monde A a diminué soudainement quand X est passé dans l’univers B.

Comme Robert SILVERBERG le démontre dans "Les déserteurs temporels" , cela contredit la permanence observée de la masse totale de l’univers...

- « la meilleure preuve qu’un voyage dans le temps est impossible est que nous n’avons pas été envahis par des hordes de touristes du futur » Stephen HAWKING, Physicien


Liens, Livres & infos :


- les voyages temporels dans la S.-F :
- D’abord les pionniers : "La Machine à voyager dans le Temps" d’H.G. WELLS et "Le Voyageur imprudent" de BARJAVEL.

- Pour le plaisir : "Les voies d’Anubis" de Tim POWERS "Un paysage du temps" de Gregory BENFORD ou "Docteur Futur" de Philip K. DICK.

- Plus ambitieux, dans la volonté d’expliquer le voyage temporel et son contrôle : "La Fin de l’éternité" d’Isaac ASIMOV et "La patrouille du temps" de Poul ANDERSON.

- Enfin, un roman qui pousse plus loin l’exploration des univers parallèles entrevus par la physique quantique : "Isolation" de Greg EGAN [pas facile...]

- Le Voyage Spatial dans la SF :
- Le voyage spatial est d’une banalité totale dès que l’on parle de SF... mais, certains romanciers se sont plus attachés que d’autres à en décrire les contraintes, les nuisances, et les implications...

- Dans le Cycle de "Dune", Frank HERBERT trouve un moyen simple d’éviter l’obstacle de la vitesse de la lumière : la Guilde fait voyager les vaisseaux instantanément d’un point à un autre grâce à l’Epice... et hop ! l’Espace est replié...
- Frederik POHL, dans le Cycle de "La Grande Porte" imagine une station spatiale extra-terrestre abandonnée dont les vaisseaux pré-programmés s’envolent vers des destinations inconnues... voire inexistantes

- Serge LEHMAN renouvelle élégamment l’Odyssée stellaire dans "Aucune Etoile aussi lointaine"

- Dans "La Guerre Eternelle", Joe HALDEMAN étudie les effets de voyages spatiaux répétés sur la vie d’un soldat lassé par une guerre sans fin ni finalité...
- Le site officiel de l’Etoile de la Tolérance Toutes les explications sur le projet, avec shéma et tout et tout... http://www.staroftolerance.org

- The Astrophysics Papers Site très didactique sur l’astrophysique, avec des explications claires et concices sur les principaux thèmes... http://perso.wanadoo.fr/astrop/Astr...

- HoobySpace Site foisonnant consacré à tout ce qui troune autour de l’Espace : livres, photos, envoi de fusée amateur, astronomie, musique et bien sûr, tourisme... drôle et pleins de curiosité http://www.hobbyspace.com/Tourism/i...

- Space Adventures Le site d’une entreprise qui propose des périples extrêmes comme des vols sub-orbitaux en MiG25, ou des expériences hors apesanteur dans des avions en chute libre... tarifs assez élévés, forcément... http://www.spaceadventures.com


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2 Messages de forum

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    Voyages interstellaires & temporels

    23 juillet 2007 17:19, par bschaeffer

    En réalité, le paradoxe des jumeaux relève plus de la science-fiction que de la physique. Du point de vue théorique, c’est assez simple : il faut raisonner dans l’espace à quatre dimensions. Lorsque les jumeaux se rejoignent à nouveau, ils ont, par définition les mêmes coordonnées, non seulement x,y,z mais aussi t. Comme ils sont au même endroit de l’espace-temps, leurs montres donnent la même heure, même après un voyage intersidéral, accéléré ou non. Quant aux preuves expérimentales, elles sont basées sur un tour du monde en avion d’une horloge atomique. Malheuresement , cette expérience a été critiquée par l’inventeur de l’horloge atomique par son manque de précision. Certains pensent que l’expérience des mésons justifient le viellissement différentiel des jumeaux. Il n’en est rien car il faudrait les attrapper vivants en vol et les ramener sur Terre pour les comparer à leurs homologues de laboratoire.

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    Voyages interstellaires & temporels

    23 septembre 2007 10:16

    NON ! il ne faudrait pas 4 ans pour rejoindre Alpha du Centaure mais qques jours (pour les passagers) à une vitesse proche de la lumière !!

    Par contre il ne servirait à rien de revenir sur terre car elle aurait fortement vieillie ! Luca

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