Visuel tiré du film Prédestination des jumeaux Spierig

Cela faisait un moment que je n’avais pas publié sur mon blog, par manque de temps principalement. Je ne l’ai pas pour autant délaissé, puisque j’ai 5 articles en cours d’écriture. Mais il en est un qui est de circonstance ! Le voyage dans le temps ! Car avec lui tout devient possible, si je le maîtrisais, je pourrais sans mal trouver le temps de concilier ma vie professionnelle, privée, associative, et littéraire. Je pourrais faire tenir une semaine dans une journée, ou bondir directement dans le futur pour gagner du temps (ou en gâcher…). Vous êtes nombreux à m’avoir parlé ou questionné sur le sujet.

Bref, c’est un thème qui a été abordé tellement de fois dans la littérature, le cinéma, le jeux-vidéo, qu’il est difficile de ne pas y penser lorsqu’on parle de science-fiction.

Mais que dit la science à ce sujet ? Quels sont les problèmes qui pourraient le rendre inaccessible à jamais ? C’est ce que nous allons essayer de démêler ici.

Définition du voyage dans le temps

Comment pourrait-on définir la notion de voyage dans le temps ? Si l’on parle de se déplacer vers le futur par exemple, alors nous serions tous des voyageurs du temps. A chaque instant nous nous déplaçons sur la trame temporelle vers notre futur, chaque seconde qui passe étant autant de kilomètres parcourus sur cette « route temporelle ». La différence étant que lorsque l’on se déplace dans l’espace tridimensionnel, la décision de tourner à droite, à gauche, de s’arrêter ou de rebrousser chemin nous appartient. Il en va différemment sur la route temporelle, nous ne décidons pas de la vitesse et de la direction vers laquelle nous nous déplaçons. Nous sommes emportés par un courant qui ne nous laisse aucun autre choix que de se laisser porter. Plutôt que de route, nous devrions parler de fleuve sur lequel nous dérivons sans gouvernail ni moteur.

Crédit: Jessie Barcia

Cette notion s’apparentera donc plutôt à prendre le contrôle de ce radeau, il serait alors question d’un voyage contrôlé dans le temps. Mais, comme nous l’explique la théorie de la relativité générale, se déplacer dans le temps implique également un déplacement dans l’espace. L’espace et le temps sont liés, et la notion d’espace-temps en est la preuve la plus évidente. De plus, un voyage dans le temps sans déplacement dans l’espace n’aurait aucun sens. En effet, à autre époque autre configuration spatiale et si vous faisiez un bond, même de quelque jours, dans le futur sans vous déplacer dans l’espace tridimensionnel, vous vous retrouveriez flottant dans l’espace et non plus sur la terre ferme. Et oui, pendant ces quelques jours de bond temporel la Terre aura continué sa course autour du Soleil, le Soleil lui-même aura continué sa course autour du centre galactique, et la galaxie se sera déplacée également. Cet exemple donne tout son sens à ce lien espace et temps.

Lorsque l’on parle de cette notion, on devra donc considérer deux déplacements, le premier serait celui de notre barque sur la rivière Temps, et le second serait celui de votre personne dans son espace tridimensionnel.

Entre relativité et mécanique quantique

La persistance de la mémoire – Dali

Si vous êtes un habitué de mon blog vous savez déjà beaucoup de choses sur ce que dit la relativité restreinte et générale au sujet du temps. Sinon je vous encourage à lire mon article concernant les trous noirs, car il est important que ces concepts soient bien compris lorsque l’on aborde cette question du voyage temporel. Mon introduction se voulait philosophique, mais si nous parlons en langage scientifique il va nous falloir confronter cette vision du temps avec les grandes théories physiques.

Si l’on veut grossièrement résumer la différence fondamentale entre ces deux théories, on pourrait dire que:

• La mécanique quantique décrit ce qu’il se passe à l’échelle subatomique
• La relativité générale décrit ce qu’il se passe à l’échelle macroscopique, c’est à dire à grande échelle

Si pour l’une de ces théorie la notion de temps est fondamentale (la relativité générale), pour l’autre elle est beaucoup plus floue…

Ce que dit la théorie de la relativité

Principalement que tout est relatif. Temps, espace, matière, tout est lié. Mais à l’inverse de la conception newtonienne du temps, ici c’est la matière (et donc l’énergie puisque E=mc²) qui influe sur le temps et l’espace. Autrement dit, il serait possible de jouer avec la matière et l’énergie pour influencer le temps.

Le trou noir

L’exemple le plus évident compte tenu de nos connaissances actuelles, est la plongée dans un trou noir. Ce que disent les théories relativistes est que, selon le cas, une inversion des deux référentiels, espace et temps, pourrait se produire en franchissant l’horizon d’un trou noir. Qu’est-ce que cela impliquerait alors ? Et bien que le fleuve sur lequel nous nous déplaçons sans moteur ni gouvernail ne serait plus le fleuve temporel, mais deviendrait le fleuve spatial. Nous serions dans l’impossibilité totale d’empêcher notre corps d’avancer vers la singularité, de la même façon que nous sommes dans l’impossibilité d’empêcher notre vie d’aller vers son futur. Mais ! En revanche, lors de cette inversion nous aurions toute latitude pour ce qui est de naviguer sur le fleuve du temps ! Se déplacer vers son futur ? Vers son passé ?

Représentation virtuelle d’un trou noir.
(Extrait du film Interstellar)

Pas tout à fait, car cela serait contraire au principe de causalité que nous détaillerons un peu plus loin dans cet article. On se rend donc bien compte que cela ne serait pas si simple…

En restant sur cette même théorie, on pourrait également voyager dans le temps et l’espace en utilisant un trou de ver. En effet, par définition, un trou de ver conduit d’un point de l’espace-temps à un autre. Autre point dans l’espace et autre point dans le temps donc. Mais ici encore, nous devons faire face à la violation possible du principe de causalité qui restreignait déjà notre option précédente.

La célérité

Passage en vitesse lumière (Extrait du film Star Wars a New Hope)

Si l’on en crois la théorie de la relativité restreinte, il serait « aisément » possible de voyager vers le futur. Je dis « aisément » non pas parce que cela serait facile, mais parce que la technique mise en jeu ici ne nécessiterait pas de plier l’espace-temps à sa convenance, ou d’ouvrir un trou de vers. Il « suffirait » de voyager vite. En effet, selon cette théorie plus un observateur A se déplace vite dans l’espace, plus le temps se dilatera pour lui. C’est à dire que le temps de A ralentira par rapport à un observateur B qui, lui, resterait immobile. Bien entendu, on parle ici de vitesse relativiste. C’est à dire de vitesse approchant celle de la lumière (environ 300 000 km/s).

Mais dans ce cas, serait-ce réellement un voyage dans le temps ? Pas vraiment, car même s’il serait possible de choisir son époque en calculant la vitesse et la durée (pour A) du voyage, il s’agirait plutôt d’un bond en avant plutôt que réellement un voyage dans le temps. De plus, avec cette méthode, aucun voyage dans le passé ne serait possible.

Ce que dit la mécanique quantique

Les fluctuations quantiques et le temps de Planck

Vous avez peut-être déjà entendu parler au cinéma ou dans des ouvrages de la fameuse échelle de Planck. On regroupe plusieurs notions derrière ces mots (également appelé les unités de Planck). Entre autres: la longueur de Planck et le temps de Planck.

Qu’est-ce que cela représente ? Pour faire simple, la longueur de Planck représente la longueur observable la plus petite possible. J’ai bien mis en avant le terme « observable » car c’est une notion importante, la longueur de Planck n’est donc pas forcément la longueur la plus petite existante, mais celle que l’on peut observer. Il s’agit d’une unité naturelle et universelle. Alors que le mètre, par exemple, est une unité arbitraire fixée par l’Homme.

Cette longueur est égale à: mètre

Si l’on reste dans cet univers, c’est à dire dans un système d’unités fondamentales et naturelles, le temps de Planck serait donc l’unité de temps la plus petite mesurable. Autrement dit et pour simplifier, sa valeur serait le temps qu’il faut pour parcourir la longueur de Planck en voyageant à la vitesse de la lumière dans le vide (puisqu’il s’agit de la vitesse maximale atteignable dans la nature).

Soit: seconde

Si l’on reste à cette échelle, on se rend compte que même si les choses se passent très vite, elles se passent quand même dans le temps. En revanche si l’on descend sous cette échelle… les choses se corsent. Lorsque l’on parle de physique quantique, on a tendance à laisser transparaître quelque chose de défini, de précis. Pourtant la physique quantique est peuplée de nombreuses théories qui décrivent nombre de situations et d’événements qui sont parfois contradictoires. Pourquoi ? Parce que cette partie de la science est en pleine évolution et est extrêmement difficile à vérifier par l’expérience. Cela laisse donc la porte ouverte à de nombreuses formulations.

Comparaison entre longueur de Planck et longueur relativiste.

On se rend alors compte qu’il est difficile de répondre à la question du temps à cette échelle, car il faut aussi prendre en compte un paramètre loin d’être négligeable: les inégalités de Heisenberg. Pour simplifier, à cette échelle, il est impossible d’avoir à la fois une localisation précise d’une particule dans l’espace et dans le temps. Soit l’on connait avec précision sa position spatiale et on « ignore » sa position temporelle, soit l’inverse. Il en va de même avec d’autres paramètres de la particule, comme son niveau d’énergie par exemple. Bref, en dessous de cette échelle règne le chaos et l’incertitude, soit littéralement, soit du point de vue de nos connaissance actuelles. Les fluctuations quantiques y sont à l’oeuvre et des phénomènes qui défient notre logique s’y produisent.

Le principe d’incertitude

Orbitale d’un électron autour de son noyau d’un point de vue quantique.
Credits: YouStupidRelativist.com

Et oui, s’ajoute à tout cela ce fameux principe d’incertitude. En physique quantique, rien n’est jamais acquis, tout est une question de probabilités. Aussi lorsque dans le paragraphe précédent je parle de determiner une position spatiale ou temporelle, il ne s’agit en réalité que de déterminer la probabilité de trouver la particule à un endroit donné. Autrement dit, rien n’est certain, d’où l’incertitude.

Dans notre représentation planétaire des atomes, les électrons gravitent autour du noyau sur des orbites définies correspondant à leur niveau d’énergie. En physique quantique, pour localiser un électron autour de son noyau, on introduit la notion de fonction d’onde (représentée en vert dans l’illustration). Elle représente les zones où la probabilité de trouver l’électron est la plus importante. Il y a donc autant de zones que de niveaux d’énergie possibles pour un électron d’un atome donné. De manière très simplifiée, la fonction d’onde d’un atome est la liste de ces zones.

Fonction d’onde de l’hydrogène (Credits: PoorLeno)

Vous conviendrez donc qu’à l’échelle quantique, il est assez compliqué d’imaginer une notion de temporalité comme nous l’entendons à notre échelle, et que si des choses seraient possibles ici, elles ne le seraient pas forcément pour nous. D’autant que, pour le moment, il n’existe pas de théorie suffisamment aboutie concernant la gravité. Et oui ! Elle a un rôle primordial lorsque l’on se trouve à l’échelle macroscopique (notre échelle) dès lors que nous parlons de voyage dans le temps mais qu’en est-il à l’échelle subatomique ? Pour l’instant rien n’est clair…

Le temps n’existe pas

Espace de Calabi Yau

Une autre façon de voir les choses, plus philosophique celle-là, pourrait même nous faire douter de l’existence même du temps à l’échelle quantique. Est-ce que le temps ne serait finalement pas une pure invention de notre esprit ? Existe t-il une vraie dimension temporelle à l’échelle quantique ? Il serait permis d’en douter. D’ailleurs certains scientifiques n’en sont toujours pas convaincus. Ou du moins, peut-être faudrait-il repenser notre définition du temps, peut-être ne voyons nous que sa manifestation, de la même façon que nous percevons nos 3 dimensions d’espace sans voir les 7 autres… Oui oui vous avez bien lu ! En mécanique quantique, la théorie des cordes par exemple, ne fonctionnerait que dans un monde à 11 dimensions dont une de temps (entre autres, car il est aussi envisagé des configurations à 26 dimensions !).

Comment se fait-il que nous ne les percevons pas ? La solution proposée est qu’elles seraient tellement compressées et repliées sur elles-mêmes à l’échelle subatomique, que nous n’aurions aucun moyen de les voir. Peut-être en est-il autant pour le temps ? Toutes les conjectures sont possibles.

Principe de causalité

J’en parle depuis le début de cet article, mais qu’est-ce que ce principe de causalité qui vient mettre à mal notre rêve de pouvoir un jour aller voir nos ancêtres ou élucider les grands mystères de notre histoire ?

Il s’agit d’un principe très simple qui postule que: « Un effet ne peut précéder sa cause »

Waterfall de M.C. Escher

Autrement dit, il serait impossible de voyager dans le passé et d’y changer quoi que ce soit. A ce sujet, le paradoxe du grand père est le plus parlant. Imaginons que vous fabriquiez une machine à voyager dans le temps, et que vous retourniez dans le passé pour tuer votre grand père avant la conception de votre père. Votre grand père étant mort il ne peut concevoir votre père. Donc vous n’existez pas, et si vous n’existez pas, vous n’avez pas pu retourner dans le passé tuer votre grand père. La causalité est brisée par votre action ou le fait que cette action soit possible, car un effet (vous remontant dans le temps) ne peux précéder sa cause (votre conception et celle de votre père).

Pour résoudre cet épineux problème, plusieurs solutions ont été proposées par les physiciens. Je vais en détailler quelques unes, mais en aucun cas je ne prétend être exhaustif. Si vous faites quelques recherches sur le net vous pourrez en trouver une multitude.

Boucle temporelle

La boucle temporelle part du postulat que l’univers est bienveillant. En effet, dans le cas ou vous retourneriez dans le passé pour tuer votre grand père, vous vous retrouveriez prisonnier d’une boucle temporelle. C’est à dire que l’univers aurait créé pour vous une boucle qui se répétera tant que vous n’aurez pas vous-même résolu le paradoxe (c’est à dire épargner votre grand père). La boucle partira donc du moment ou vous avez quitté votre époque jusqu’au moment où vous auriez le choix de résoudre le paradoxe ou pas. Dans l’éventualité ou vous ne le feriez pas, vous vous retrouveriez immédiatement à votre point de départ, c’est à dire le moment où vous quittez votre époque.

Rien ne précise toutefois ce qu’il se passerait pour le reste de l’univers qui se trouvait dans votre présent au moment où vous vous apprêtiez à quitter votre époque…

Boucle de causalité

Boucle causale, cas de la boule de billard
(Crédits: BrightR)

La boucle de causalité, elle, part du principe que l’effet est également la cause.

Le cas de la boule de billard si contre en est une illustration. Une boule de billard roule avec une certaine trajectoire vers une machine à remonter le temps. Lorsqu’elle arrive à proximité de la machine, la même boule, venant du futur, sort de la machine avec un certain angle et percute la boule du présent. La trajectoire de la boule du présent est donc déviée au moment où elle va entrer dans la machine dans son futur. Elle va donc ressortir dans le présent avec l’angle qui a provoqué la déviation de la boule du présent.

Mais dans ce cas on a plus ou moins déplacé le paradoxe. En effet, de l’information a été créée de nulle part. Pour mieux comprendre, je vais reprendre l’exemple du lien ci-dessus qui narre l’histoire du film Timerider qui est un bon exemple de boucle causale (à ce sujet je vous recommande également le film Prédestination qui risque de vous retourner le cerveau).

Swann, un motard, est accidentellement envoyé dans le passé. Il y rencontre Claire, avec qui, il a une relation amoureuse. Finalement il est retrouvé par les scientifiques et renvoyé dans son époque. Mais juste avant qu’il ne parte, Claire lui arrache son collier. D’après l’histoire de famille de Swann, ce collier avait été donné à son arrière grand-mère par son arrière grand-père, puis transmis à sa grand-mère, puis à sa mère, puis à lui-même. On réalise alors que Swann est lui-même son arrière grand-père ! Question: D’où vient ce collier ? Réponse: De nulle part.

Ce cas illustre donc également ce paradoxe de la perte de l’information de ce qui constitue la cause de la boucle.

Les multivers

Une autre solution serait de considérer que notre univers n’est pas unique, qu’il en existe une multitude d’autres.

Partant de ce postulat, on pourrait considérer qu’à chaque événement, à chaque « ping » temporel, à chaque unité de Planck, une multitude d’univers se créé. Contenant chacun les différentes possibilités qui s’offraient à la nature à cet instant donné. Ou encore qu’à chaque fois que la continuité de la temporalité est perturbée, ou qu’un paradoxe causal apparaît ou risque d’apparaître, l’univers se « duplique » en deux univers qui constituent chacun un nouvel univers complet et distinct. Dans ce dernier cas, le retour dans le passé donnerait lieu à la création de deux univers.

L’un dans lequel le voyageur a disparu sans laisser de traces (A), et l’autre où un homme venu de nulle part tue un pauvre innocent qui n’a aucun lien de parenté avec lui (B). Il n’y a plus de brisure de la causalité puisqu’il s’agit de deux univers ayant chacun sa propre histoire. Dans l’univers B, le voyageur A n’est pas le petit-fils du grand-père B. Le meurtre du grand-père B sera donc sans aucune incidence ni sur la vie du voyageur A, ni sur la vie du grand-père A dans l’univers A. Si ce n’est que le voyageur A finira sa vie en prison dans un univers qui n’est pas le sien (le B).

Limite métaphysique

Depuis le début de cet article, nous parlons de science, de faits, de théories. Mais l’aspect métaphysique d’un tel voyage ne peut être ignoré. Dans le dernier cas cité plus haut, qu’en est-il de la conscience des protagonistes, de leur mémoire ou de leur « âme ». Le voyageur A garderait-il en mémoire son histoire dans l’univers A ? Il y a de fortes chances car nous partirions sur le fait que son intégrité physique serait préservée lors de son voyage, donc son cerveau et ses connexions neuronales également. Il n’aurait lui-même pas conscience d’être dans un univers qui n’est pas le sien, car il serait en tout point identique. Aurait-il une chance de revenir chez lui à son époque s’il venait à se raviser et décidait de ne pas assassiner son grand-père ? Sans doute pas, il s’agirait d’un autre voyage sans retour vers un nouvel univers C, dans lequel, historiquement, il serait finalement né. Puisqu’il aurait décidé de ne pas commettre son méfait, son grand-père aurait pu donner vie à sa descendance, et il se retrouverait face à son double de l’univers C. Et dans ce cas, est-ce que son double de l’univers C aurait les mêmes desseins ? Partageraient-il leur conscience ?

Autant de questions sans fin que l’on pourrait se poser pendant des heures, le concept même de voyage dans le temps étant totalement contre-nature pour nos cerveaux.

Conclusion

Je ne doute pas que le voyage relativiste vers le futur (le bond) puisse un jour être réalité. Il met en jeu des principes qui ont fait leurs preuves et qui ont, depuis longtemps, été validés par l’expérience. Il ne fait aucun doute pour moi qu’un jour ou l’autre l’être humain sera confronté à la réalité de la dilatation temporelle, et qu’il devra faire face à ses terribles conséquences. Le voyage interstellaire serait clairement la raison de cet état de fait. En revanche, je ne pense pas que l’on puisse un jour établir la réalité du voyage dans le passé. Comment même pourrions-nous le savoir ? Quelles preuves pourrions-nous en retirer puisque tout ce qu’il s’y passerait nous serait à jamais inaccessible dans un univers parallèle. Un univers que nous ne pourrions jamais rejoindre car toute tentative en créerait un nouveau, different et distinct.

Ou alors nous nous fourvoyons, et ce que nous voyons comme des paradoxes à notre échelle, ne seraient absolument pas un problème à l’échelle quantique. Et il ne serait plus question d’univers multiples, mais simplement d’un ensemble de cordes, vibrant à des fréquences précises, et n’étant absolument pas reliées à un quelconque référentiel temporel…

Je vous laisse méditer…