« Vitesse de distorsion, M. Sulu! » Avec ces mots, le capitaine Kirk du Starship Enterprise a préparé son vaisseau pour un voyage plus rapide que la lumière tout en inspirant une génération de physiciens en herbe qui ont regardé Star Trek depuis leur canapé.
Il n’est donc pas surprenant qu’en 1994, le physicien théoricien Miguel Alcubierre ait découvert comment un moteur de distorsion pourrait fonctionner dans l’univers réel. La principale caractéristique d’un moteur à distorsion est qu’il peut propulser un vaisseau spatial à des vitesses supraluminiques sans que les occupants ne subissent une énorme accélération.
L’idée d’Alcubierre était de créer une région plate de l’espace-temps à l’intérieur d’une bulle d’espace-temps hautement déformée qui se déplace à travers l’univers. Les passagers sont assis dans la région plate où l’accélération est nulle, tandis que la bulle dans son ensemble se déplace à une vitesse supraluminique, ou du moins à une vitesse extrêmement élevée.
La grande question, bien sûr, était de savoir si le parcours d’Alcubierre était physiquement possible. La réponse s’est avérée probablement non, car cela nécessitait de l’énergie négative, ce qui n’est pas permis par notre compréhension actuelle de la physique, et des densités d’énergie incroyablement élevées.
Physique des bulles
Néanmoins, le travail d’Alcubierre a inspiré d’autres personnes à rechercher des moteurs de distorsion alternatifs qui pourraient être physiquement possibles. En 2021, des physiciens ont découvert comment créer un moteur de distorsion en utilisant de l’énergie positive, mais avec une densité d’énergie incroyablement élevée. En effet, il existe toute une classe de moteurs de distorsion.
Mais évaluer ces modèles est difficile en raison des mathématiques diaboliquement difficiles qui les sous-tendent. Les mathématiques comportent deux étapes.
Après avoir trouvé une structure pour l’espace-temps qui pourrait permettre la vitesse de distorsion, la première consiste à résoudre les équations de champ d’Einstein pour déterminer le flux d’énergie et la quantité de mouvement. Ce flux est donné par des entités mathématiques appelées tenseurs énergie-contrainte.
Une fois ceux-ci trouvés, la deuxième étape consiste à déterminer si les tenseurs énergie-contrainte sont physiquement réalistes. En d’autres termes, qu’ils violent les lois de la physique ou qu’ils nécessitent des ressources peu pratiques, comme une densité d’énergie infinie.
Ces calculs sont si complexes que les physiciens ont souvent recours à des solutions simples qui rendent les équations impliquées plus gérables, comme l’hypothèse d’une symétrie sphérique. Cependant, cela ignore inévitablement les espaces-temps potentiellement intéressants avec des géométries plus complexes.
Christopher Helmerich, de l’Université d’Alabama à Huntsville, et ses collègues ont développé un logiciel appelé Warp Factory, qui prend en charge le gros du travail mathématique. « Warp Factory est une boîte à outils spécialisée conçue pour analyser les espaces-temps liés aux moteurs de distorsion », déclarent Helmerich et co.
Ils l’ont mis à l’épreuve en caractérisant les tenseurs d’énergie de contrainte d’une gamme de géométries de distorsion connues, telles que celle d’Alcubierre, et en évaluant leur plausibilité physique.
Aucun de ces modèles n’est proche d’être autre chose que des curiosités mathématiques, mais la Warp Factory offre de nouvelles façons de les comprendre et conduit à de nouvelles connaissances sur leur nature. En particulier, cela permet aux physiciens d’étudier plus en détail les mécanismes de distorsion subluminaux, qui pourraient s’avérer être les plus intéressants.
«Cette boîte à outils complète fournit des visualisations perspicaces en 2D et 3D, offrant une compréhension plus approfondie des mesures et de leurs tenseurs contrainte-énergie correspondants», déclarent Helmerich et co.
Téléchargement d’usine
L’équipe a réalisé le Warp Factory disponible en téléchargement afin que n’importe qui puisse étudier la conception d’un moteur de distorsion révolutionnaire. Cela ne garantit pas que des moteurs de distorsion physiquement plausibles émergeront. Mais il fournit un outil qui va sûrement relancer la recherche dans ce domaine. « Nous visons à approfondir la recherche sur les moteurs à distorsion et, espérons-le, à nous rapprocher de la réalisation de moteurs à distorsion physiquement réalisables », déclarent les chercheurs.
Ne soyez donc pas surpris si des moteurs de distorsion plus plausibles émergent dans les semaines et les mois à venir. En effet, Helmerich et ses collègues y font allusion dans leur article. « Dans un article séparé, actuellement en préparation, une nouvelle solution d’entraînement de distorsion à vitesse constante a été trouvée sans violations des conditions énergétiques », disent-ils. On ne sait pas encore dans quelle mesure cela sera physiquement plausible.
Néanmoins, M. Sulu serait sûrement impressionné.
Réf : Analyse des espaces-temps Warp Drive avec Warp Factory : arxiv.org/abs/2404.03095
