Un physicien a résumé le voyage dans le temps en trois lignes de démonstration : si l'espace-temps se découpe en couches de lumière, tous les voyageurs les traversent dans le même sens, donc aucun trajet ne peut revenir en arrière.
Une question que beaucoup d’entre nous se sont déjà posée est : où iriez-vous si vous aviez une machine à voyager dans le temps ?
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Vous iriez voir l’an 3000 pour découvrir ce qu’est devenue l’humanité ? Ou bien vous remonteriez le temps comme Marty McFly, au risque de saboter votre propre avenir ? Avant de préparer vos bagages, un physicien a une nouvelle qui pourrait gâcher quelques films Marvel : il se pourrait que vous ne puissiez voyager que dans un sens, et ce n’est pas vers le passé.
Hongsheng Zhang, chercheur à l’université de Jinan, en Chine, a montré que, dans une vaste classe d’univers théoriques, voyager dans son propre passé est impossible.
Tout son raisonnement repose sur un fait : « la lumière ne peut jamais pointer de côté par rapport à la direction temporelle d’un voyageur », explique Zhang.
Imaginez l’espace-temps découpé en couches le long desquelles la lumière elle-même peut se déplacer. Tout ce qui se déplace plus lentement que la lumière doit traverser ces surfaces dans le même sens, comme si vous montiez un escalier qui ne vous permet jamais de redescendre.
Si vous ne pouvez que monter, vous ne reviendrez jamais sur la marche d’où vous êtes parti.
« Mon article pose une question plus précise : quand un espace-temps autorise-t-il une telle boucle, et quand sa géométrie l’interdit-elle au contraire ? », a déclaré Zhang à Euronews Next.
Les deux failles
Les physiciens appellent les voyages vers le passé des « courbes temporelles fermées » : des trajectoires dans l’espace-temps qui reviennent exactement au lieu et au moment où elles ont commencé.
« Supposons que vous vouliez serrer la main à votre moi plus jeune », explique Zhang. « Pour y parvenir, il vous faudrait un chemin dans l’espace-temps qui se referme sur lui-même sans jamais dépasser la vitesse de la lumière. »
Les équations d’Einstein autorisent de telles trajectoires dans quelques scénarios, par exemple près du cœur d’un trou noir en rotation.
Point essentiel, les travaux de Zhang (source en anglais), qui ont été soumis à l’évaluation par des pairs, montrent aussi précisément comment une machine à voyager dans le temps pourrait contourner cette contrainte, et il n’existe que deux moyens.
La première, c’est la torsion. Imaginez des rayons de lumière qui, au lieu de voyager côte à côte, s’enroulent les uns autour des autres comme les brins d’une corde. Dans ce cas, les jolies surfaces de lumière ne peuvent pas se former, et il n’y a plus d’escalier pour vous faire monter.
C’est ce qui se passe près du centre d’un trou noir en rotation. La théorie d’Einstein indique qu’une masse en rotation entraîne l’espace et le temps avec elle, et près du cœur du trou noir cette traction est si forte que progresser « vers l’avant dans le temps » se trouve déformé en un cercle.
Un voyageur qui suivrait ce cercle verrait son horloge avancer dans le temps normalement, mais son trajet le ramènerait au moment où il est parti. Le physicien Brandon Carter a montré en 1968 que de telles boucles existent à l’intérieur des trous noirs en rotation.
Mais Zhang insiste sur le fait que la torsion, à elle seule, n’est pas responsable. « La torsion, en elle-même, ne crée pas de courbe fermée. Elle ne fait que bloquer mon argumentation », explique Zhang. « La torsion est partout dans l’univers et, à notre connaissance, elle est inoffensive. »
La seconde concerne la forme même de l’univers. L’escalier peut être parfaitement construit, mais il pourrait contourner les côtés d’un bâtiment, si bien que la marche du haut ramène directement à celle du bas, comme dans les escaliers impossibles d’un dessin d’Escher. Vous continueriez à monter et finiriez pourtant là où vous avez commencé. La plupart des machines à voyager dans le temps imaginées par les physiciens sur le papier, y compris celles bâties à partir de trous de ver, reposent sur cette astuce.
Les physiciens appellent cette faille la topologie, et Zhang estime que c’est celle qu’il faut surveiller. « La faille qui pourrait vraiment compter, c’est la topologie, et c’est justement celle qui semble la moins susceptible d’apparaître sans intervention délibérée », affirme Zhang.
Destination : demain
Les voyages vers le futur, en revanche, sont déjà bien établis. Einstein a montré que se déplacer très rapidement, ou séjourner dans un champ gravitationnel intense, ralentit votre horloge par rapport à celle des autres. Les astronautes qui reviennent de six mois à bord de la Station spatiale internationale sont environ cinq millièmes de seconde plus jeunes qu’ils ne l’auraient été autrement, selon l’Agence spatiale européenne.
Zhang tient à souligner les limites de ces travaux. « Il ne s’agit pas d’affirmer que le voyage dans le temps est impossible », précise-t-il.
Pour l’instant, cependant, il vaut sans doute mieux préparer vos bagages pour demain plutôt que pour hier... à moins que vous ne possédiez la Pierre du Temps, bien sûr.