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12/02/2008

Voyage dans le temps et théorie des cordes

Bientôt des voyages dans le temps au LHC ?

Par Laurent Sacco, Futura-Sciences

Il y a quelques mois, deux chercheurs russes ont publié un article explorant la possibilité que le LHC puisse produire des mini-machines à remonter le temps. La proposition est extrêmement spéculative et difficile à tester mais ne semble pas absurde.

En 1998-1999, deux groupes de chercheurs américains ont secoué le monde de la physique théorique en démontrant que les conséquences expérimentales d’une théorie de la gravitation quantique, comme celle des supercordes, ne nécessitaient pas obligatoirement, pour être testées, la construction d’un accélérateur grand comme la Voie Lactée.

En introduisant des dimensions supplémentaires, la constante de la gravitation que l’on mesurait n’était pas nécessairement la véritable constante fondamentale associée à l’interaction gravitationnelle. Sans ces dimensions supplémentaires, l’énergie de Planck est très élevée et vaut 1016 Tev (téra électrons-volts). Mais avec elles, en revanche, on peut imaginer que  la véritable échelle d’énergie à laquelle toutes les interactions sont unifiées, gravitation comprise, et à laquelle relativité générale d’Einstein et mécanique quantique décrivent ensemble les processus physiques, n'est peut-être plus que de l’ordre du Tev ou de 10 Tev.

Si cela se révélait exact, les conséquences seraient potentiellement fabuleuses. Non seulement il serait possible de simuler en laboratoire la « création » quantique de notre Univers observable mais, en derniers ressort, on pourrait imaginer qu’une technologie basée sur le contrôle de la Superforce, à la base de toutes les particules et de toutes les interactions du cosmos, deviendrait possible, peut-être au cours de ce siècle.

Au commencement étaient des mini-trous noirs

Une des conséquences les plus fascinantes, prédite au début des années 2000, serait la production au LHC, dans les détecteurs d’Alice ou d’Atlas par exemple, de mini-trous noirs s’évaporant rapidement par radiation Hawking. Le processus est sans danger car le temps de vie de ces hypothétiques trous noirs est bien trop bref pour qu’ils puissent grossir et avaler la Terre. Nous en sommes sûrs car, si ce genre de phénomène est réalisable avec le LHC, il se produit déjà depuis des milliards d’années sur Terre et dans le système solaire. En effet, des rayons cosmiques bien plus énergétiques que les faisceaux de particules du LHC tombent chaque année sur notre planète et y produisent d’impressionnantes gerbes de particules, comme on peut les observer avec le détecteur Auger.

Les trous noirs ressemblant aux trous de vers, on pouvait donc déjà conjecturer depuis des années que si des mini-trous noirs pouvaient être fabriqués au LHC, des mini-trous de vers pourraient l'être aussi.

L’année dernière, un article de Thibault Damour et Sergey Solodukhin démontrait d’ailleurs que les trous de vers possédaient nombre des propriétés normalement attribuées à un trou noir avec son horizon. Ainsi, on pouvait retrouver l’analogue du théorème de la calvitie, des modes quasi normaux avec émission d’ondes gravitationnelles et même la fameuse résistivité de 377 ohms du paradigme de la membrane associée à l’horizon des trous noirs. Un trou de vers serait donc difficilement discernable d’un trou noir en astrophysique à part, très probablement, par son évaporation finale par effet Hawking qui ne serait pas thermique, sans spectre de corps noir.

Une histoire d'Univers branaires

Irina Ya. Aref'eva et Igor Volovich sont de célèbres chercheurs membres du prestigieux Steklov Mathematical Institute. Cela fait plus de 10 ans qu’ils s’intéressent, entre autres, à la création de trous noirs lors de collisions de particules à très hautes énergies, au delà de la masse de Planck. Dans l’article qu’ils ont consacré à la création de trous de vers au LHC, ils montrent que dans le cas des modèles à basse masse de Planck, caractérisant l’énergie de Planck, et reposant sur l’idée que notre Univers est une membrane à trois dimensions flottant dans un Univers possédant d'autres dimensions spatiales, il est possible de violer de façon effective sur notre membrane certaines conditions sur l’énergie, interdisant normalement la création de trous de vers.

Quatrième à partir de la gauche, Irina Ya. Aref'eva, entourée de collègues et élèves. Cliquez pour agrandir. Crédit : Steklov Mathematical Institute

Ramenées à l’espace-temps à plus de 4 dimensions, les conditions sur l’énergie ne sont pas violées et l’on a donc un moyen d’obtenir facilement des petits trous de vers sur notre membrane de façon très similaire à celle des trous noirs.

Or, les trous de vers peuvent servir, théoriquement du moins, de machine à voyager dans l’espace, comme la série Stargate l’a popularisé, mais aussi de machine à voyager dans le temps ! C’est pourquoi l’article de Aref'eva et Volovich n’hésite pas à considérer sérieusement le fait que des mini-voyages dans le temps au niveau des particules élémentaires soient produits de la main de l’Homme au cours de cette année au LHC.

De la «méta-physique» falsifiable ?

Rappelons quand même que la notion de voyage dans le temps conduit à de nombreux problèmes, comme celui du grand-père. De plus, Lisa Randall, qui avaient été l’une des personnes qui avait proposé en 1999 une théorie avec des Univers sous forme de membranes et une basse masse de Planck, a publié récemment une analyse des conditions de production de trous noirs au LHC plutôt pessimiste. Certaines simplifications dans les calculs de la production de mini-trous noirs au LHC auraient conduit à une image trompeuse et trop optimiste de la création de ces mini-trous noirs.


Lisa Randall. Crédit : Gloria b.Ho

Le lecteur pourra considérer à juste titre que ces spéculations de théoriciens relèvent davantage de la métaphysique que de la science, mais on commence déjà à avoir des propositions de tests expérimentaux au LHC. A défaut de permettre la construction du vaisseau spatial de Valérian et Laureline, il y aura peut-être de la belle physique au LHC basée sur des mini-trous de vers dans moins de 10 ans.

Après tout, comme l’ont proposé John Wheeler et Richard Feynman, les particules d’anti-matière, comme le positron, peuvent être considérées sérieusement et efficacement en électrodynamique quantique comme des électrons remontant dans le temps, et cette image fait partie de la science depuis plus de 50 ans maintenant.



Le détecteur Atlas du LHC : une future porte des étoiles ? Crédit : Cern
Le détecteur Atlas du LHC : une future porte des étoiles ? Crédit : Cern


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Voir le documentaire sur la théorie des cordes