Un physicien a résumé le voyage dans le temps en trois lignes de démonstration : si l'espace-temps peut être découpé en couches de lumière, chaque voyageur doit les traverser dans le même sens, donc aucun trajet ne peut jamais reboucler vers le passé.
Une question que beaucoup d'entre nous se sont déjà posée est la suivante : où iriez-vous si vous disposiez d'une machine à voyager dans le temps ?
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Iriez-vous jusqu'à l'an 3000 pour voir ce qu'est devenue l'humanité ? Ou bien remonteriez-vous le temps comme Marty McFly, au risque de saboter votre propre avenir ? Avant de faire vos valises, un physicien a une nouvelle qui pourrait gâcher quelques films Marvel : vous ne pourriez voyager que dans un seul 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, il est impossible de voyager dans son propre passé.
Toute son argumentation repose sur un fait : « la lumière ne peut jamais être orientée latéralement 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 la même direction, comme si l'on montait un escalier qui ne permet jamais de redescendre une marche.
Si vous ne pouvez qu'aller vers le haut, vous ne pourrez jamais revenir sur la marche où vous avez commencé.
« Mon article pose une question plus étroite : à quel moment un espace-temps permet-il une telle boucle, et quand est-ce que la géométrie elle-même l'interdit ? », a déclaré Zhang à Euronews Next.
Les deux failles
Les physiciens appellent les voyages dans le passé des « courbes temporelles fermées » : des trajectoires dans l'espace-temps qui reviennent au point et au moment exacts où elles ont commencé.
« Supposons que vous vouliez serrer la main de votre moi plus jeune », dit Zhang. « Pour cela, vous auriez besoin d'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.
Surtout, les recherches de Zhang (source en anglais), qui ont été soumises à l'évaluation par les pairs, montrent aussi précisément comment une machine à voyager dans le temps pourrait contourner cette impossibilité, 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 lumineuses ne peuvent pas se former, donc il n'y a plus d'escalier pour vous obliger à monter.
C'est ce qui se passe près du centre d'un trou noir en rotation. La théorie d'Einstein dit 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 précis 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 souligne que la torsion, à elle seule, n'est pas la coupable. « La torsion, à elle seule, ne crée pas une courbe fermée. Elle ne fait que bloquer mon argument », explique-t-il. « La torsion est partout dans l'univers et, autant que nous le sachions, elle est inoffensive. »
Le second facteur est la forme même de l'univers. L'escalier peut être parfaitement construit, mais il peut contourner les côtés d'un bâtiment de sorte que la marche du haut ramène directement à celle du bas, comme les escaliers impossibles sur 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 construites à partir de trous de ver, reposent sur cette astuce.
Les physiciens appellent cette faille la topologie, et Zhang pense que c'est celle qu'il faut surveiller. « La faille qui pourrait compter est la topologie, et c'est précisément celle qui semble la moins susceptible d'apparaître sans une ingénierie délibérée », estime Zhang.
Destination : demain
Les voyages vers le futur, en revanche, sont déjà bien établis. Einstein a montré que se déplacer très vite, ou se trouver dans un champ gravitationnel intense, ralentit votre horloge par rapport à celle des autres. Les astronautes qui reviennent après 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 ses 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 peut-être mieux faire vos bagages pour demain plutôt que pour hier... à moins que vous ne possédiez la Pierre du Temps, bien sûr.