Un physicien a réduit le voyage dans le temps à trois lignes de démonstration : si l'espace-temps peut être découpé en couches de lumière, chaque voyageur doit les franchir dans la même direction, donc aucun trajet ne peut jamais boucler 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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Partiriez-vous pour l'an 3000 afin de voir ce qu'est devenue l'humanité ? Ou tourneriez-vous le cadran en arrière 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 : vous ne pourriez voyager que dans un seul sens, et ce ne serait 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.
Toute l'argumentation 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 va moins vite que la lumière doit traverser ces surfaces dans la même direction, comme si vous grimpiez un escalier qui ne vous laisse jamais redescendre.
Si vous ne pouvez qu'aller vers le haut, vous ne pouvez jamais revenir sur la marche de départ.
« Mon article pose une question plus précise : quand un espace-temps permet-il une telle boucle, et quand est-ce la géométrie elle-même qui l'interdit ? » a déclaré Zhang à Euronews Next.
Les deux échappatoires
Les physiciens appellent ces voyages vers le passé des « courbes temporelles fermées » : des trajets dans l'espace-temps qui reviennent exactement au lieu et au moment où ils ont commencé.
« Supposons que vous vouliez serrer la main de votre moi plus jeune », dit Zhang. « Pour cela, il vous faudrait un chemin dans l'espace-temps qui boucle sur lui-même sans jamais dépasser la vitesse de la lumière. »
Les équations d'Einstein autorisent de tels chemins dans quelques scénarios, par exemple près du cœur d'un trou noir en rotation.
Point crucial, les travaux de Zhang (source en anglais), qui ont été soumis à l'évaluation par les pairs, montrent aussi très précisément comment une machine à voyager dans le temps pourrait contourner cet obstacle, et il n'existe que deux moyens.
Le premier 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 belles surfaces de lumière ne peuvent pas se former, il n'y a donc plus d'escalier pour vous obliger à monter.
C'est ce qui se produit près du centre d'un trou noir en rotation. La théorie d'Einstein affirme qu'une masse en rotation entraîne avec elle l'espace et le temps, et, près du cœur du trou noir, cet entraînement est si intense que le mouvement « vers l'avant dans le temps » se courbe en cercle.
Un voyageur suivant ce cercle verrait son horloge avancer normalement, et pourtant 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 en cause. « La torsion ne crée pas à elle seule une courbe fermée. Elle ne fait que bloquer mon argumentation », affirme Zhang. « La torsion est partout dans l'univers et, autant que nous le sachions, inoffensive. »
La deuxième échappatoire tient à la forme même de l'univers. L'escalier peut être parfaitement construit, mais il peut se dérouler tout autour d'un bâtiment, de sorte que la marche du haut mène directement à la marche du bas, comme dans les escaliers impossibles d'un dessin d'Escher. Vous continueriez de monter, tout en revenant à votre point de départ. La plupart des machines à voyager dans le temps imaginées par les physiciens sur le papier, y compris celles qui utilisent des trous de ver, reposent sur ce procédé.
Les physiciens appellent cette échappatoire la topologie, et Zhang pense que c'est celle qu'il faut surveiller. « L'échappatoire qui pourrait compter, c'est la topologie, et c'est justement celle qui semble la moins susceptible d'apparaître sans une ingénierie délibérée », explique Zhang.
Destination : demain
Les voyages vers le futur, en revanche, sont déjà bien établis. Einstein a montré que se déplacer très vite, ou rester dans un champ de gravité intense, ralentit votre horloge par rapport à celle des autres. Les astronautes qui reviennent de six mois à bord de la Station spatiale internationale ont environ cinq millièmes de seconde de moins que ce qu'ils auraient eu sinon, selon l'Agence spatiale européenne.
Zhang tient à souligner les limites de ses travaux. « Ce n'est pas une affirmation selon laquelle le voyage dans le temps est impossible », dit-il.
Pour l'instant, toutefois, il vaut peut-être mieux préparer vos bagages pour demain plutôt que pour hier... à moins que vous n'ayez la Pierre du Temps, bien sûr.