En cinq minutes
Le moteur à distorsion, ou warp drive, est un moyen imaginé de voyager plus vite que la lumière sans que le vaisseau lui-même ne dépasse jamais la lumière. Le modèle le plus connu est le moteur d'Alcubierre, décrit en 1994 par le physicien mexicain Miguel Alcubierre. C'est une solution valide des équations d'Einstein de la relativité générale. Ce n'est pas une machine, et personne ne sait comment en construire une.
Le warp drive est l'un des plus vieux outils de l'histoire de la science-fiction, et l'un des rares que des physiciens ont pris assez au sérieux pour l'écrire en équations.
Le problème qu'il cherche à résoudre, c'est la distance. Le système stellaire le plus proche, Alpha du Centaure, se trouve à environ 4,2 années-lumière : même la lumière met plus de quatre ans à y arriver. Voyager 1, qui file à environ 17 kilomètres par seconde, mettrait quelque 75 000 ans. La relativité restreinte dit qu'un objet doté d'une masse ne peut pas être accéléré jusqu'à la vitesse de la lumière à travers l'espace : une fusée plus puissante n'y changera donc rien. Cette limite de vitesse est inscrite dans la façon dont l'espace et le temps fonctionnent.
L'idée d'Alcubierre consiste à ne plus déplacer le vaisseau, mais l'espace. Imaginez une bulle autour du vaisseau. À l'avant de la bulle, l'espace se contracte, ce qui rapproche la destination. À l'arrière, l'espace se dilate, ce qui éloigne le point de départ. Le vaisseau reste dans la bulle, au sein d'un espace ordinaire et plat, tandis que toute la bulle chevauche l'onde de déformation de l'espace. Un surfeur ne court pas plus vite que l'océan : c'est la vague qui le porte. Un tapis roulant d'aéroport fonctionne de façon comparable : vous restez immobile dessus et vous arrivez pourtant en avance.
Cela n'enfreint pas la limite de vitesse de la relativité, car cette limite concerne le mouvement à travers l'espace. Elle ne dit rien sur la vitesse à laquelle l'espace lui-même peut s'étirer. À l'échelle cosmique, l'espace le fait déjà : l'expansion de l'Univers emporte les galaxies très lointaines loin de nous plus vite que la lumière. À l'intérieur de la bulle, l'équipage serait au repos dans sa propre portion d'espace et, dans le modèle d'Alcubierre, ne ressentirait aucune accélération.
L'idée en quatre étapes
- Envelopper le vaisseau dans une bulle d'espace plat.
- Contracter l'espace devant la bulle.
- Dilater l'espace derrière elle.
- Laisser la bulle voyager pendant que le vaisseau reste immobile à l'intérieur.
Ce que dit la science
Commençons par ce qui est établi. Les équations d'Alcubierre sont des mathématiques correctes, publiées en 1994 dans la revue Classical and Quantum Gravity. La relativité générale autorise bien la courbure de l'espace, et elle autorise bien une bulle de cette forme. Ce qui reste spéculatif, c'est de savoir si la nature peut fournir ce dont la bulle a besoin.
Le prix à payer est une forme d'énergie jamais observée en quantité : une densité d'énergie négative, souvent appelée matière exotique. De minuscules quantités d'énergie négative apparaissent dans des effets de laboratoire comme l'effet Casimir, où deux plaques métalliques placées très près l'une de l'autre subissent une faible attraction. Personne n'en a produit assez pour que cela compte, et personne ne sait comment faire.
Combien en faudrait-il ? En 1997, les physiciens Michael Pfenning et Larry Ford ont estimé qu'une bulle de 100 mètres de large exigerait une énergie négative supérieure d'environ dix ordres de grandeur à la masse de l'Univers visible. En 1999, Chris Van Den Broeck a proposé une bulle remodelée qui réduisait beaucoup cette exigence, jusqu'à quelques fois la masse du Soleil. C'est une énorme amélioration sur le papier, mais cela reste très au-delà de tout ce que nous pourrions produire.
D'autres problèmes s'ajoutent. La paroi avant de la bulle est coupée du vaisseau : l'équipage ne pourrait donc ni mettre la bulle en marche, ni la diriger, ni l'arrêter depuis l'intérieur ; il faudrait que quelque chose façonne l'espace devant le vaisseau. Une étude de 2009 de Stefano Finazzi, Stefano Liberati et Carlos Barceló a montré qu'une bulle supraluminique serait probablement instable dès qu'on tient compte des effets quantiques. Une autre analyse, en 2012, a suggéré que les particules recueillies en chemin pourraient être libérées dans une explosion violente à l'arrêt de la bulle.
En 2021, le tableau a un peu évolué. Alexey Bobrick et Gianni Martire ont publié un cadre général pour des moteurs à distorsion physiquement réalistes, y compris des bulles subluminiques qui, en principe, n'auraient besoin que d'énergie positive ordinaire. Erik Lentz a proposé une version supraluminique sans énergie négative, mais elle repose sur des sources d'énergie très au-delà de tout ce que l'on connaît, et d'autres physiciens l'ont remise en question. Rien de tout cela ne constitue un plan de construction.
Les expériences menées jusqu'ici sont modestes. Vers 2011 et 2012, Harold White et ses collègues du centre spatial Johnson de la NASA ont étudié des façons de remodeler la bulle et réalisé un essai de laboratoire à petite échelle pour chercher de minuscules déformations de l'espace. Il n'a montré aucun effet de distorsion. Aujourd'hui, le warp drive est une question pour les théoriciens, pas pour les ingénieurs.
Dans la fiction
Les livres y sont arrivés par des chemins différents. Dans le cycle de Fondation d'Isaac Asimov (le premier tome date de 1951), les vaisseaux font des sauts dans l'hyperespace, un raccourci que les récits n'expliquent jamais en détail. Dans Dune de Frank Herbert (1965), les navigateurs de la Guilde plient l'espace pour que les vaisseaux franchissent d'immenses distances d'un seul coup. Dans La Mort éternelle de Liu Cixin, troisième tome de la trilogie du Problème à trois corps, un moteur à courbure permet aux vaisseaux de voyager en abaissant la vitesse de la lumière dans le sillage qu'ils laissent. Chaque auteur résout le même problème à sa manière, et chacun doit composer avec la limite de vitesse.
Le mot « warp » lui-même est devenu célèbre grâce à la série télévisée Star Trek, lancée en 1966, qui a fait de la vitesse de distorsion une expression courante. Alcubierre a dit que cette série avait inspiré son travail. Star Wars a son hyperpropulsion, et l'anime japonais Space Battleship Yamato est connu pour ses sauts en warp. Ils ne sont cités ici que par leur nom : chacun est un procédé narratif, et aucun ne suit les calculs d'Alcubierre.
Si le warp drive ne fonctionne jamais, la fiction a une réponse plus ancienne pour atteindre les étoiles : aller lentement et prendre des générations. Lisez à ce sujet Vaisseau générationnel.
Idées reçues
- « Le warp drive viole la limite de vitesse d'Einstein. » Pas dans le modèle d'Alcubierre. Le vaisseau ne se déplace jamais plus vite que la lumière dans sa propre portion d'espace. C'est l'espace lui-même qui bouge, et la relativité ne limite pas cela.
- « Quelqu'un en a construit un. » Non. Il n'existe ni warp drive fonctionnel ni prototype. Les travaux de laboratoire n'ont fait que chercher de minuscules effets, et aucun n'a été trouvé.
- « Warp drive et hyperespace, c'est la même chose. » Dans la fiction, l'hyperespace désigne en général l'entrée dans un autre domaine, puis le retour. La bulle d'Alcubierre reste dans notre espace et en change la forme autour du vaisseau.
- « Un warp drive est un trou de ver. » Un trou de ver est un raccourci, un tunnel entre deux endroits. Une bulle de distorsion est une région mobile d'espace courbé. Les deux idées sont cousines, mais différentes. Voir Trou de ver.
- « L'équipage serait écrasé. » Dans le modèle, le vaisseau est en chute libre, donc l'équipage ne ressentirait aucune accélération. Les forces extrêmes se trouvent dans la paroi de la bulle, pas dans le vaisseau.
À lire ensuite
- Trou de ver : un autre raccourci imaginé à travers l'espace, et en quoi il diffère d'une bulle en mouvement.
- Vaisseau générationnel : la réponse lente au même problème de distance.
- Histoire de la science-fiction : la place du warp drive et de ses cousins dans la grande histoire du genre.
