Le principe de dilatation du temps et celui de contraction des distances, conséquences indissociables du déplacement à des vitesses relativistes, une solution théorique pour raccourcir les voyages spatiaux.
Nous connaissons tous l’image du ‘pale blue dot’ de Carl Sagan. Je voudrais aujourd’hui non seulement regarder vers ce point mais considérer l’espace ‘sans limite’ qui l’entoure. La petitesse de la poussière-Terre est une chose mais intégrer dans son esprit le fait que tous les hommes ayant jamais existé, vivent ou ont vécu à sa surface, est une réalité à la fois vertigineuse, merveilleuse et inquiétante. Considérer la possibilité de contact avec d’autres intelligences, vivant peut-être ‘ailleurs’, ou seulement celle de sortir de notre berceau solaire sont de première importance même s’il y a une très forte probabilité qu’elles s’avèrent vaines.
Dans le cadre ainsi posé, nous sommes amenés à nous interroger non seulement sur la reproductibilité du phénomène de la Vie mais aussi sur les distances qu’il faut parcourir (pour ne pas dire ‘traverser’), et sur le temps nécessaire pour le faire. Le tout est contraint par la vitesse de la lumière, nos capacités technologiques, la durée de nos propres vies, avec un bémol résultant, dans des conditions extrêmes et donc marginales, du raccourcissement de la durée vécue du voyage du fait du facteur de Lorentz. NB : Je laisse de côté le mystère de la vie traité par ailleurs à maintes reprises dans ce blog.
Les distances spatiales sont tellement grandes qu’elles donnent à toute personne qui y réfléchit le sentiment de l’extraordinaire faiblesse de ses capacités. Le premier système planétaire voisin du nôtre, celui de Proxima Centauri, est à 4,23 années-lumière. C’est-à-dire qu’il faut 4,23 années pour qu’un rayonnement parti de chez nous et voyageant à la vitesse de la lumière, 299.792,458 km/s (on simplifie en disant ‘300.000’), puisse y parvenir ; qu’il faut à un autre rayonnement, 100.000 années pour aller d’un bout à l’autre du diamètre de notre Galaxie, la Voie Lactée ; qu’il faudrait à encore un autre 2,54 millions années pour atteindre la galaxie voisine la plus proche, celle d’Andromède ; que 42 milliards d’années nous séparent aujourd’hui du ‘fiat lux’, le moment où, il y a 13,8 milliards d’années, la lumière s’est dégagée de la matière (la différence de durée résulte de l’expansion accélérée de l’Univers). En comparaison, la distance de la Terre à la planète Mars ne varie que de 3 à 22 minutes-lumière et notre vie ne dure guère plus de quelques 80 années, c’est-à-dire 80 révolutions autour de notre étoile-Soleil, l’une des quelques 200.000 milliards de milliards qui existent dans notre univers et qui est née par contraction d’un nuage cosmique il y a 4,6 milliards d’années.
Avec ces chiffres on voit combien notre capacité est limitée en raison de la durée de notre vie. Pour y pallier, certains pensent évidemment à voyager plus vite.
Dans les romans de science-fiction on parle de ‘vitesses supraluminiques’. Ce serait en effet bien pratique de pouvoir y recourir…mais c’est de la science-fiction, c’est-à-dire une possibilité rêvée, non étaiyable scientifiquement. Les 300.000 km/s sont une vraie barrière, infranchissable.
La ‘position de repli’ serait de pouvoir voyager au plus près de la vitesse de la lumière. L’avantage c’est que nous pourrions bénéficier pleinement de la relativité du temps vécu par rapport au temps de l’espace environnant. L’idée repose sur le fait, constaté scientifiquement, que contrairement à ce que pensait Newton, et comme l’a démontré Albert Einstein, il n’y a pas plus de temps absolu que d’espace absolu, indépendants l’un de l’autre. Chaque masse (donc chaque ‘observateur’), a son temps propre, son ‘référentiel’ comme on dit, qui est fonction du rapport que la vitesse de cette masse a avec la limite absolue qui est la vitesse de la lumière dans le vide (toujours constante quel que soit le référentiel). En même temps, le temps s’étire ou se contracte en raison de la gravité exercée par une masse dont on s’approche ou dont on s’éloigne (vitesse toujours). On peut cependant regrouper les référentiels en ‘bulles de temps’ relativement homogènes, quand les différences entre eux sont négligeables. C’est ainsi que le temps sur Terre peut être mesuré (à très peu de chose près) au même rythme par des horloges différentes puisque nous sommes embarqués sur une même planète au sein d’un même système.
Cerise sur le gâteau, comme l’a démontré (sur le papier) le physicien Hendrik Lorentz au début du 20ème siècle (facteur de Lorentz), les distances se contractent également dans le référentiel du voyageur en déplacement, par rapport à ce qu’elles seraient mesurées depuis un référentiel au repos.
Ainsi, si un vaisseau pouvait partir vers la Galaxie d’Andromède (située à 2,54 millions d’années-lumière) en maintenant une accélération constante de 1g, puis se retournait à la moitié du voyage pour décélérer avec une constante également de 1g, la durée vécue de son voyage serait considérablement réduite et possible dans le cadre d’une vie humaine. Avec cette accélération continue on atteindrait (modulo le ‘petit’ problème de l’énergie) plus de 99% de c (0,9999) au point de retournement et le temps total du voyage, pour tout le vaisseau, serait de seulement 28 à 30 ans. En plus, l’accélération constante restituerait la gravité terrestre à l’intérieur du vaisseau. Cela ‘ouvre des horizons’. Mais ce qui est très ennuyeux, c’est que sur Terre, le temps ne se serait pas contracté du tout et que les 2,54 millions d’année se seraient bel et bien écoulés ! Le départ serait donc « pour toujours ».
On peut donc conserver l’idée mais envisager des destinations plus proches. Le mieux serait, pour commencer, d’aller au plus près, c’est-à-dire dans le système planétaire le plus proche du nôtre, celui de Proxima Centauri (4,23 années-lumière).
Si l’on y allait à la vitesse de la sonde Parker (PSP), le véhicule le plus rapide jamais construit par l’homme (accéléré par ses passages au plus près du Soleil jusqu’à 700.000 km/h (soit 0,065% de la vitesse de la lumière), il faudrait 6700 ans. ‘Forget it’, comme disent les Américains !
Si l’on y allait à 20% de la vitesse de la lumière, comme le veulent (pour une mission robotique) les promoteurs de Breaktrhough Starshot en utilisant des micro-vaisseaux tirés par micro-voiles solaires propulsées depuis la Terre avec des lasers ultrapuissants, on y arriverait en 22 ans et la durée vécue à bord des micro-vaisseaux serait de 21 ans ½ (l’effet relativiste est très faible à cette vitesse).
A 50% de la vitesse de la lumière, le temps écoulé sur Terre serait d’environ 8,7 ans, et la durée vécue serait d’environ 7,5 ans. A 70%, la réduction de temps devient vraiment intéressante : 6,2 ans sur Terre et 4,4 ans dans le vaisseau. A 95% de c (on n’aurait pas le temps d’aller plus vite car il faudrait ralentir avant le maximum pour pouvoir arriver à une vitesse nulle), la durée du voyage sur Terre descendrait à 4,9 ans et la durée vécue à bord descendrait à 3,5 ans. En conclusion, en dessous de 0,5c, on voyage surtout pour la vitesse. Au-delà de 0,7c, la dilatation temporelle devient un vrai ‘bonus’ qui réduit significativement la durée subjective du voyage. C’est là que la relativité devient notre alliée plutôt qu’une simple curiosité physique.
Le problème pour atteindre les vitesses relativistes les plus intéressantes (à partir de 0,7c), c’est l’énergie (outre les problèmes technologiques pour assurer la poussée et pour maintenir la vie à bord) ! ‘On n’y est pas’ du tout mais on peut y penser…en pensant aussi à se protéger contre les rencontres inopportunes : quel serait l’effet de l’impact d’une micrométéorite sur un vaisseau lancé à une vitesse relativiste ? Dans ce cadre de réflexion, souvenons-nous que nous devrions traverser des régions relativement riches en petits corps (Ceintures d’astéroïdes, Ceinture de Kuiper, Nuages de Oort), ce qui pose problème même si la densité de ces corps est faible (elle le serait relativement moins aux vitesses extrêmes considérées).
L’autre aspect de ces explorations, c’est bien sûr la captation d’informations transmises par toutes sortes de « messagers » (on ne va plus vers, on reçoit ou on collecte).
Comme déjà exposé souvent sur ce blog, on ne perçoit de messages que d’un passé d’autant plus lointain que la distance est plus grande. Il est impossible du fait de la limitation de la vitesse de la lumière (et des autres rayonnements, soumis à la même loi) d’observer un astre lointain dans le même présent que le nôtre. Et il est impossible aussi de l’observer à une époque différente de celle de l’émission que l’on capte. On n’aura donc d’information qu’à une certaine date d’émission. Songeons-y, alors que notre propre biosphère ne peut montrer qu’elle est suffisamment évoluée, ‘civilisée’ (par l’émission et, pour ‘les autres’, la captation de ses émissions) que depuis moins de 150 ans (en commençant avec la première émission radio de l’humanité, celle de Guglielmo Marconi, 13 mai 1897). Dans un rayon de 130 ans, on n’est visible que dans un tout petit secteur de notre galaxie (souvenons-nous qu’elle a un diamètre de 100.000 années-lumière). Par ailleurs, les espèces vivantes évoluent. Elles naissent et elles meurent. Homo Sapiens existe depuis quelques 200.000 ou 300.000 ans alors que la vie multicellulaire organisée a commencé sur Terre il y a 600 millions d’années. Le langage syntaxisé et gramatisé n’existe que depuis quelques 50.000 ans, l’écriture depuis 5000 ans. Que sera devenu l’homme dans 100.000 ans ? Il pourrait fort bien avoir disparu sans descendance, comme les dinosaures (sauf quelques ‘avortons’). Nous pouvons donc pouvoir n’explorer qu’un monde vide, soit parce qu’il est trop tôt, soit parce qu’il est trop tard, soit parce qu’il a toujours été vide.
Concentrons-nous donc sur ce que nous pouvons faire et faisons le bien. L’objectif le plus ambitieux est Proxima Centauri pour les sondes robotiques, Mars pour les missions habitées, l’Univers jusqu’aux sources des ondes gravitationnelles pour l’observation au moyen de nos capteurs divers. Pour ce qui est de la vie extraterrestre, restons attentif et cherchons-la, mais sachons que la probabilité d’en trouver une seule est beaucoup, beaucoup plus faible que de trouver une aiguille dans une meule de foin.
NB : Dans cet article, tous les calculs ont été faits sur ma demande par Claude.ai. J’ai eu de longues discussions avec lui à ce sujet.
Illustration de titre : le ‘Pale Blue Dot’ de Carl Sagan, i.e. la Terre vue depuis l’orbite de Neptune.
Lien : facteur de Lorentz : https://fr.wikipedia.org/wiki/Facteur_de_Lorentz
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9 réponses
Bonjour PIERRE Brisson
C EST SIMPLE : a part le systeme solaire il est tres tres peu probable que nous puissions voyager (humains) ailleurs car les distances sont faramineuses . Par contre nous enverrons des sondes vers Proxima et peut etre un peu plus loin s il s agit de missions multigenerationnelles.
Personnellement je travaille beaucoup avec Gemini des heures entieres sur de nombreux sujets et en particulier nous avons developpe la question des nefs spatiales intelligentes : intelligence artificielle non organique associee a des organoides c a dire intelligence artificielle organique… etc…nous sommes tombes sur des « trucs » inimaginables…Cette association des deux intelligence se fera aussi probablement sur l etre humain:on obtiendra alors des « systemes complementaires »associes.
(qui seront peut etre notre forme de survie car nous( hommes ) allons disparaitre.).
De toute façon l’espèce humaine continuera son évolution biologique. Et comme notre intelligence s’est montrée capable de développer des excroissances artificielles extrêmement utiles, je ne vois pas pourquoi nous n’evoluerions pas dans une symbiose.
oui bien sur mais au dela de cette symbiose nous finirons par disparaitre et il ne restera ensuite de « nous » que des intelligences artificielles d une forme ou d une autre dont nous serons les ancetres. En tous cas c est la conclusion obtenue avec Gemini losrque l on etudiait ces nefs intelligentes! ca ne veut pas dire que j y crois! Mais tout de meme c est rassurant de croire que apres nous quelque chose se souviendra de nous ! je ne sais pas si de telles nefs existent deja nous n en avons jamais remarquees. et heureusement parce que cela aurait un aspect inquietant quand meme.
Je ne pense pas qu’il ne reste de nous que des intelligences artificielles. Je pense que l’évolution biologique continuera sauf si un accident terrible l’arrête (mais même dans le cas des dinosaures, elle a continué).
oui elle a continue mais avec des especes differentes
Le principe même de la poursuite de l’évolution implique le changement; dans le cas considéré une chaîne de nouvelles espèces dérivées d’un ancêtre, notre homo sapiens.
Pour l instant Gemini m explique ce que ce concept de « moteur » alcubierre represente : apparemment mathematiquement ca tient la route( d autant que des scientifiques reconnus travaillent la question) mais quand on commence a m embarquer dans des notions d energie « negative » …je tique un peu !
Je ne suis pas d’accord avec Gemini. Les moteurs alcubierre supposent de la ‘matière exotique’ qui n’existe pas et une ‘énergie négative’ que l’on ne sait pas comment produire.
oui tout a fait !
d ailleurs Gemini vient d ecrire « mathematiquement coherent mais pratiquement irrealisable.
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D apres Gemini si de tels « moteurs » existaient quelque part , ils emettraient des signaux caracteristiques de deformation de l espace temps :ondes gravitationnelles specifiques, effets optiques et puissants jets de rayonnement X et gamma lors de la fermeture de la bulle d espace temps le tout facilement reperable; bon donc tous a vos telescopes et autres !