{"id":1909,"date":"2016-01-26T11:11:03","date_gmt":"2016-01-26T11:11:03","guid":{"rendered":"https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/luminet\/?p=1909"},"modified":"2016-03-17T13:48:18","modified_gmt":"2016-03-17T13:48:18","slug":"physique-etrange-dinterstellar-56-machines-a-remonter-temps-cinquieme-dimension","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/luminet\/2016\/01\/26\/physique-etrange-dinterstellar-56-machines-a-remonter-temps-cinquieme-dimension\/","title":{"rendered":"La physique \u00e9trange d\u2019Interstellar (5\/6) : machines \u00e0 remonter le temps et cinqui\u00e8me dimension"},"content":{"rendered":"

Suite du billet pr\u00e9c\u00e9dent La physique \u00e9trange d’Interstellar (4\/6)<\/a>
\n<\/strong><\/p>\n

En novembre 2014, le film de science-fiction Interstellar<\/em> (r\u00e9alisation Christopher Nolan, Warner Bros Pictures, 169 minutes, 2014) sortait sur nos \u00e9crans. V\u00e9ritable \u00ab\u00a0blockbuster\u00a0\u00bb hollywoodien, il a suscit\u00e9 un \u00e9norme battage m\u00e9diatique, comme en t\u00e9moignent les innombrables forums de discussion et articles de presse ayant fleuri au cours des jours, semaines et mois qui ont suivi.\u00a0 A la demande de la revue de langue anglaise Inference : International Review of Science, <\/a>j\u2019ai par la suite fait un travail d\u2019analyse scientifique beaucoup plus d\u00e9velopp\u00e9 et approfondi, publi\u00e9 au printemps 2015. Je vous en livre la traduction fran\u00e7aise, d\u00e9coup\u00e9e en 6 billets. Celui-ci est le cinqui\u00e8me.<\/p>\n

Gargantua, une machine \u00e0 remonter le temps<\/strong><\/h5>\n

Au cours d\u2019une sc\u00e8ne de la derni\u00e8re partie du film, Cooper plonge dans Gargantua, de fa\u00e7on \u00e0 s\u2019assurer que le vaisseau Endurance<\/em> puisse bien atteindre la troisi\u00e8me et derni\u00e8re plan\u00e8te. En d\u00e9pit de la menace pos\u00e9e par les forces de mar\u00e9e, Cooper survit. Il est donc chanceux, car les forces de mar\u00e9e deviennent infinies quand r<\/em> tend vers 0. Ainsi, m\u00eame pour un trou noir supermassif comme Gargantua, une fois pass\u00e9 sain et sauf l\u2019horizon des \u00e9v\u00e9nements, tout corps s\u2019approchant de la singularit\u00e9 centrale doit \u00eatre en fin de compte d\u00e9truit. Heureusement, Gargantua est un trou noir en rotation rapide, et sa l\u00e9tale singularit\u00e9 a la forme d\u2019un anneau \u00e9vitable.<\/p>\n

\"La
La structure interne d’un trou noir en rotation montre une singularit\u00e9 en forme d’anneau, qui peut donc \u00eatre \u00e9vit\u00e9e selon certaines trajectoires.<\/figcaption><\/figure>\n

Cooper utilise donc le trou de ver associ\u00e9 au trou noir g\u00e9ant pour se transporter dans une autre r\u00e9gion de l\u2019espace-temps, un univers pentadimensionnel auquel le film se r\u00e9f\u00e8re sous le nom de tesseract.<\/p>\n

\"Diagramme
Diagramme de Penrose-Carter d’un trou noir de Kerr, montrant en rouge des trajectoires d’espace-temps permises qui survolent l’anneau singulier pour r\u00e9\u00e9merger dans l’univers ext\u00e9rieur, ou bien passent \u00e0 travers l’anneau pour d\u00e9boucher dans un univers interne au trou noir.<\/figcaption><\/figure>\n

De nombreuses recherches ont \u00e9t\u00e9 faites pour d\u00e9terminer si les lois de la physique autorisent le voyage temporel dans le pass\u00e9. La physique des trous noirs offre des pistes int\u00e9ressantes mais pas de r\u00e9ponse claire. Comme le sugg\u00e8rent les diagrammes de Penrose\u2013Carter, un trou noir de Kerr pourrait connecter plusieurs trous de ver \u00e0 diff\u00e9rentes r\u00e9gions de l\u2019espace-temps. Puisque deux \u00e9v\u00e9nements peuvent diff\u00e9rer par leur coordonn\u00e9e temporelle autant que par leurs coordonn\u00e9es spatiales, il deviendrait possible de voyager le long d\u2019une trajectoire soigneusement choisie et parvenir \u00e0 une m\u00eame position dans l\u2019espace bien qu\u2019\u00e0 des temps diff\u00e9rents. Le trou noir deviendrait une sorte de machine \u00e0 explorer le temps. La notion de voyage vers le pass\u00e9 est une offense au bon sens car elle viole la loi de causalit\u00e9. Le fait que la cause doive toujours pr\u00e9c\u00e9der l\u2019effet est implicite en relativit\u00e9 restreinte, o\u00f9 il n\u2019y a pas de gravit\u00e9. Le voyage dans le pass\u00e9 exigerait une vitesse superluminique, ce qui est absolument interdit. En relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale cependant, l\u2019univers est courb\u00e9 par la gravit\u00e9; l\u2019espace-temps peut \u00eatre d\u00e9form\u00e9 par un trou de ver associ\u00e9 \u00e0 un trou noir en rotation. Le voyage dans le temps n\u2019exige plus forc\u00e9ment de vitesse superluminique.<\/p>\n

De telles distorsions temporelles existent-elles dans l\u2019univers? Peut-\u00eatre, \u00e0 l\u2019\u00e9chelle quantique. Si des trous noirs microscopiques, gouvern\u00e9s par les lois de la physique quantique, ont \u00e9t\u00e9 form\u00e9s peu apr\u00e8s le Big Bang, des trous de ver microscopiques auraient \u00e9galement \u00e9t\u00e9 form\u00e9s[1]<\/a>. Il n\u2019est pas impossible que des conditions initiales tr\u00e8s particuli\u00e8res de l\u2019univers naissant aient conduit \u00e0 la formation de mini-trous de ver, lesquels auraient grandi \u00e0 des tailles macroscopiques suite \u00e0 la phase d\u2019inflation primordiale.<\/p>\n

\"A
A l’\u00e9chelle subatomique, la structure de l’espace-temps pourrait \u00eatre une sorte de mousse quantique constamment changeante, permettant l’existence de micro trous de ver.<\/figcaption><\/figure>\n

Gargantua pourrait<\/em> \u00eatre un tel trou de ver g\u00e9ant, porte ouverte sur d\u2019autres r\u00e9gions du cosmos, voire des univers parall\u00e8les.<\/p>\n

Une cinqui\u00e8me dimension<\/strong><\/p>\n

Apr\u00e8s l\u2019arriv\u00e9e de Cooper dans le tesseract pentadimensionnel, les notions mises en jeu dans le film deviennent beaucoup plus sp\u00e9culatives.<\/p>\n

\"Dans
Dans le film Interstellar, Cooper survit \u00e0 son passage dans le trou de ver de Gargantua et d\u00e9bouche dans la Matrice d’un univers pentadimensionnel.<\/figcaption><\/figure>\n

La relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale d\u00e9crit notre univers en termes de trois dimensions d\u2019espace et une dimension de temps. Ce mod\u00e8le, not\u00e9 espace 3+1, fournit une description tr\u00e8s correcte de l\u2019univers observ\u00e9. N\u00e9anmoins, les th\u00e9oriciens examinent des mod\u00e8les alternatifs pour voir comment ils peuvent se d\u00e9marquer de la relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale ordinaire. Ils peuvent par exemple consid\u00e9rer un espace 2+1, sorte de plan spatial muni d\u2019une dimension temporelle. Ces mod\u00e8les alternatifs sont utiles car ils aident \u00e0 mieux comprendre la nature de la gravit\u00e9. La cosmologie branaire[2]<\/a>, par exemple, envisage que l\u2019univers quadridimensionnel visible ne soit qu\u2019une membrane (renomm\u00e9e simplement brane) au sein d\u2019un espace de dimensionnalit\u00e9 plus \u00e9lev\u00e9e, appel\u00e9 Matrice (ou encore hyperespace). Dans la Matrice, certaines dimensions suppl\u00e9mentaires sont \u00e9tendues, voire de taille infinie, et d\u2019autres branes peuvent se d\u00e9placer en son sein. Les interactions avec la Matrice, et \u00e9ventuellement d\u2019autres branes, peuvent influencer notre propre brane d\u2019univers et introduire des effets qui ne sont pas pr\u00e9sents dans les mod\u00e8les cosmologiques standard[3]<\/a>.<\/p>\n

\"Dans
Dans les mod\u00e8les de cosmologie branaire, l’espace-temps 4D usuel est une “brane” 3D \u00e9voluant au cours du temps au sein d’un espace-temps de dimension sup\u00e9rieure, la Matrice. Seules les interactions gravitationnelles se propagent dans les dimensions additionnelles.<\/figcaption><\/figure>\n

Un article influent de Lisa Randall et Raman Sundrum a ainsi propos\u00e9 un mod\u00e8le fond\u00e9 sur la cosmologie branaire[4]<\/a>. Il y en a deux versions diff\u00e9rentes, not\u00e9es RS1 et RS2, mais toutes deux supposent que notre univers 4D est une brane au sein d\u2019un espace-temps matriciel \u00e0 cinq dimensions. Dans un univers de Randall\u2013Sundrum, la mati\u00e8re et la lumi\u00e8re ne peuvent pas se propager dans la cinqui\u00e8me dimension. Les ondes gravitationnelles sont les seules entit\u00e9s physiques capables de le faire. C\u2019est pr\u00e9cis\u00e9ment le mod\u00e8le d\u00e9crit dans Interstellar<\/em>: les sc\u00e9naristes ont imagin\u00e9 une civilisation tr\u00e8s avanc\u00e9e, n\u00e9e dans la Matrice et qui, ayant appris \u00e0 ma\u00eetriser les lois de la gravit\u00e9, a \u00e9t\u00e9 capable de cr\u00e9er des trous de ver et influencer notre brane au moyen d\u2019ondes gravitationnelles.<\/p>\n

La suite est \u00e0 lire ici : <\/em>La physique \u00e9trange d\u2019Interstellar (6\/6): L’\u00e9quation ultime<\/a><\/strong><\/p>\n

REFERENCES<\/strong><\/p>\n

[1]<\/a> Bernard Carr and Stephen Hawking, \u201cBlack Holes in the Early Universe,\u201d Monthly Notices of the Royal Astronomical Society<\/em> 168 (1974): 319\u2013416.<\/p>\n

[2]<\/a> Philippe Brax and Carsten van de Bruck, \u201cCosmology and Brane Worlds: A Review,\u201d Classical and Quantum Gravity<\/em> 20, no. 9 (2003).<\/p>\n

[3]<\/a> Wikipedia<\/em>, \u201cBrane Cosmology.\u201d<\/p>\n

[4]<\/a> Lisa Randall and Raman Sundrum, \u201cLarge Mass Hierarchy from a Small Extra Dimension,\u201d Physical Review Letters<\/em> 83, no. 17 (1999): 3,370\u201373.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Suite du billet pr\u00e9c\u00e9dent La physique \u00e9trange d’Interstellar (4\/6) En novembre 2014, le film de science-fiction Interstellar (r\u00e9alisation Christopher Nolan, Warner Bros Pictures, 169 minutes, 2014) sortait sur nos \u00e9crans. 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