Si vous êtes déjà fan de Star Wars, vous savez que les histoires se déroulent dans une galaxie lointaine, très lointaine, donc les lois de la physique devraient toujours s’appliquer. D’un autre côté, ce sont évidemment des œuvres de fiction; y a-t-il un intérêt à appliquer ces lois? Mon livre fait le cas qui est à la fois amusant et intéressant de le faire pour une gamme de technologies Star Wars, y compris l’une de ses plus importantes: l’hyperespace.
En 1905, Einstein formalisa sa théorie de la relativité restreinte. Selon cette théorie, la vitesse de la lumière n’est pas seulement une constante, mais aussi la limite de vitesse universelle. Des théories proposant comment on pourrait voyager plus vite que la vitesse de la lumière ont été avancées, allant des trous de ver aux tesseracts en passant par le voyage dans le temps. Certaines de ces théories tirent parti de dimensions supplémentaires que nous ne pouvons pas voir. Mais dans quelle mesure ces suggestions sont-elles réalistes? Y a-t-il plus de trois dimensions? Est-il possible de voyager plus vite que la lumière? Qu’est-ce qu’un trou de ver et comment cela nous permettrait-il de parcourir de grandes distances en peu de temps?
Backstory
Dans Star Wars, l’hyperespace est un espace extra-dimensionnel à travers lequel les vaisseaux peuvent voyager de manière à se déplacer à travers la galaxie plus rapidement que ne le permettrait un voyage dans l’espace réel. Pour ce faire, un navire doit être équipé d’un hyperdrive. Mais aller dans l’hyperespace n’est pas sans dangers. « Voyager dans l’hyperespace n’est pas comme dépoussiérer les cultures”, comme l’explique Han Solo. « Sans calculs précis, nous pourrions voler à travers une étoile ou rebondir trop près d’une supernova. »Avec des risques aussi graves, il est important de compter sur des ordinateurs hyperdrive.
La physique de Star Wars
L’hyperespace est, en théorie, un ensemble de dimensions supplémentaires au-delà des trois que nous vivons quotidiennement. Ces dimensions supplémentaires sont capables de connecter des points éloignés dans l’espace réel. Cela permet des vitesses plus rapides que la lumière (dans un sens). Par exemple, considérons le vol de Tatooine à Alderaan. Si Owen allumait un laser pointé directement sur Alderaan (et que nous supposons qu’il n’y a pas d’obstructions et que le faisceau restera suffisamment orienté avec précision pour être détectable à Alderaan) au même moment, le Faucon Millenium sautait dans l’hyperespace, le Faucon Millenium arriverait avant que le faisceau laser n’atteigne Alderaan. Il semble que le Faucon Millenium ait voyagé « plus vite que la lumière. »
Il y a des problèmes avec cette explication théorique. La première est l’idée que la cause et l’effet dépendent des choses qui se passent dans un ordre particulier. Plus simplement, pour qu’un événement provoque un deuxième événement, le premier événement doit se produire avant le second. Cela semble assez facile et sans rapport avec l’hyperespace, mais le concept de simultanéité jette une clé dans tout.
Considérez ce qui suit: vous êtes assis sur une chaise à côté d’une voie ferrée à grande vitesse et vous décidez de lancer deux feux d’artifice en même temps, un de chaque côté. De votre point de vue, ils se lancent exactement au même moment. Si votre ami devait monter dans un train roulant à proximité de la vitesse de la lumière lorsque les feux d’artifice ont été lancés, cet ami verrait les feux d’artifice se lancer à différents moments. Un événement simultané pour vous ne le serait pas pour votre ami. De même, vous pouvez lancer les feux d’artifice à différents moments de sorte que dans le cadre de référence de votre ami, ils se lancent simultanément.
Le hic, c’est que si le train de votre ami devait voyager plus vite que la vitesse de la lumière, l’ordre dans lequel le feu d’artifice sera lancé vous semblera différent (en tant qu’observateur stationnaire) par rapport à votre ami (en tant qu’observateur voyageant plus vite que la lumière).
Vous pouvez penser, eh bien, les feux d’artifice sont un exemple stupide. Qui se soucie si vous n’êtes pas d’accord sur l’ordre dans lequel les feux d’artifice ont été lancés? Cependant, cette expérience de pensée nous montre l’interrelation entre la vitesse et la séquence des événements. Les lois de la physique se fichent de ces événements. Imaginez un tir de blaster (événement 1) et le boulon touchant la cible (événement 2). Ou lire un livre (événement 1) et parler à un ami de ce que vous lisez (événement 2). Comme vous pouvez le voir, l’ordre dans lequel ces événements se produisent serait absurde lorsqu’il est inversé. Techniquement, il serait possible pour le Faucon Millenium de voler plus vite que la lumière au-delà d’Alderaan lorsqu’il explose et d’arriver à l’Étoile de la Mort à temps pour empêcher l’arme de tirer en premier lieu.
Il existe cependant des moyens par lesquels voyager dans l’hyperespace ne nécessiterait pas de violation de la relativité. L’idée que deux points de l’espace réel sont reliés par un « tunnel” profitant de dimensions supplémentaires n’est pas inédite dans les théories de la physique. Ces connexions entre les points de l’espace-temps sont appelées trous de ver. Voici comment fonctionne un trou de ver: Tenez un morceau de papier devant vous et pliez-le en deux. Maintenant, prenez un crayon (ou un autre objet pointu) et percez un trou dans le papier plié. Imaginez maintenant qu’une fourmi veuille marcher d’un côté à l’autre du papier. S’il marche le long de la surface du papier, il devra marcher tout le long du pli et autour du pli. D’un autre côté, si la fourmi traverse le trou, elle peut passer d’un côté du papier à l’autre beaucoup plus rapidement. La fourmi elle-même n’a jamais voyagé plus vite; elle l’a juste fait d’un endroit à l’autre plus rapidement.
Alors que le papier est une surface bidimensionnelle, l’espace tridimensionnel tel que nous le comprenons pourrait être plié dans une quatrième dimension pour créer des connexions entre deux points. Parce que nos esprits n’ont jamais expérimenté que l’espace tridimensionnel, cela est impossible à visualiser pleinement. Pourtant, si un hyperdrive était capable de déformer l’espace-temps de telle sorte qu’il se déformait et créait un trou entre Tatooine et Alderaan, voyager dans l’hyperespace ne violerait aucune loi de la physique. Il faudrait juste d’énormes quantités d’énergie pour accomplir ces sauts.
La physique de la vie réelle
Tout cela semble probablement fantastique; quelque chose qui ne pouvait pas arriver dans la réalité. En ce qui concerne la physique vérifiée expérimentalement, c’est vrai. Il existe cependant des théories qui indiquent qu’il pourrait y avoir des dimensions supplémentaires de la réalité encore inconnues. L’exemple le plus connu de ceci est peut-être la théorie des cordes. À l’heure actuelle, il existe cinq formalisations différentes de la théorie des cordes, qui ne peuvent toutes pas être falsifiées par les données actuelles. La théorie M est une unification possible de toutes les théories des cordes selon laquelle chaque théorie des cordes individuelle est un exemple particulier de la théorie M généralisée.
La prémisse de base de toutes les théories des cordes est que tout dans l’univers est composé de minuscules chaînes, qui sont soit enveloppées dans une boucle, soit existent en ligne droite. Tout comme les cordes d’une guitare oscillent de manière particulière pour prendre des notes dans une chanson, les cordes composant l’univers oscillent de différentes manières pour créer des particules subatomiques.
Une des autres idées de la théorie des cordes est qu’il y a plus que les trois dimensions spatiales et la dimension unique que nous connaissons. Selon la formulation spécifique de la théorie des cordes à laquelle vous faites référence, il existe différents nombres de dimensions proposés. Par exemple, en théorie des cordes bosoniques, il y a vingt-six dimensions proposées.
Alors, où sont ces dimensions supplémentaires? Pourquoi ne pouvons-nous pas les voir ou les expérimenter? Comme la plupart des choses impliquées dans la physique à la frontière de la connaissance humaine, nous utilisons des analogies pour décrire les résultats. Imaginez que vous êtes un astronaute dans la Station spatiale internationale en regardant New York. Vous pourrez voir la grille des rues illuminées la nuit. De votre point de vue, les rues ressembleront à des lignes unidimensionnelles; les choses peuvent les longer, mais il n’y a pas de largeur pour les traverser. Après avoir été dans une rue, vous savez que vous pouvez traverser une rue (pas seulement la longer) et que vous pouvez même sauter de haut en bas en traversant la rue, mais de l’espace, vous êtes trop loin pour voir ces détails. De même, à notre échelle humaine, nous sommes peut-être si loin de ces dimensions compactes que nous ne pouvons pas en voir les subtilités.
Ces dimensions sont souvent décrites en termes de longueur de Planck. Certaines personnes suggèrent que c’est la longueur la plus courte possible. La longueur de Planck peut être visualisée de cette manière: Regardez la largeur d’un cheveu humain. C’est environ un dixième de millimètre de diamètre. Si ces cheveux étaient mis à l’échelle pour avoir la taille de l’univers observable (environ 1027 mètres de diamètre), dans la version mise à l’échelle, la longueur de Planck serait la largeur d’un cheveu humain. Une autre façon de dire cela est qu’un cheveu humain mesure environ 1031 longueurs de Planck. C’est dix millions de fois le nombre d’étoiles dans l’univers observable.