Energie négative

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Réponse du département Sciences et Techniques

Bonjour,

Le concept d’énergie négative est en effet étroitement lié aux différents moyens supposés permettre de remonter le temps, comme les trous de ver, dont l’existence physique dans l’Univers n’est pas avérée en dépit de sa possibilité mathématique.

L'énergie négative est a priori difficilement concevable : comment un objet peut-il être constitué d'énergie ou de matière négative ? ou, en d'autres termes, comment un objet (ou une région de l'Univers) peut-il contenir moins que rien ? La physique théorique admet pourtant cette possibilité : un volume peut contenir moins que rien, sa densité d'énergie peut donc être négative. "Ce concept n'est donc pas pure imagination ; certains de ses effets ont même été produits en laboratoire. Ils découlent du principe d'incertitude d'Heisenberg, qui stipule que tout champ (électrique, magnétique, etc.) fluctue. Même quand la densité d'énergie est nulle en moyenne, comme dans le vide, elle n'est pas constamment nulle, de sorte que le vide réel n'est pas le vide qu'imaginait la physique classique ; c'est une mer agitée de particules «virtuelles» qui se créent et s'annihilent spontanément." (source : L'énergie négative, article de la revue Pour la science)

Ce concept d’énergie négative lié au voyage dans le temps a été popularisé par le physicien théoricien et cosmologiste Stephen Hawking. Dans L’Univers dans une coquille de noix (2002) il avance que « la construction d’une machine à explorer un temps fini nécessiterait de disposer d’une énergie négative (…). On peut donc avancer qu’une civilisation très avancée parvienne à créer une densité d’énergie assez négative pour disposer d’une machine à remonter le temps utilisable par des objets macroscopiques tels que les vaisseaux spatiaux (…). La densité d’énergie de la matière dépendant de l’état dans lequel elle se trouve, une civilisation avancée réussirait peut-être à disposer d’une densité d’énergie finie à la frontière d’une machine à remonter le temps en « congelant » ou en éliminant les particules virtuelles qui tourneraient indéfiniment au sein de boucles fermées. Mais il n’est pas certain pour autant qu’une telle machine à remonter le temps serait stable ; la moindre perturbation – par exemple, celle causée par quelqu’un qui franchirait l’horizon pour entrer dans la machine – risquerait de provoquer une remise en circulation des particules virtuelles génératrice d’une puissante décharge de radiations. »

Par ailleurs, même si la relativité générale permet théoriquement l’existence des trous de ver, la possibilité du voyage rétrograde est aussi limitée par le principe de causalité, « qui veut que l'effet ait obligatoirement lieu après la cause. Il faudrait alors admettre que le passé existe encore, et qu'il n'est donc pas réellement passé. » (source : Wikipédia, article Voyage dans le temps)

Pour en savoir plus sur les théories de Stephen Hawking, voici une sélection de ses ouvrages :
Une brève histoire du temps : du big bang aux trous noirs
3 minutes pour comprendre les grandes théories de Hawking : sa vie, ses théories et son influence en un rien de temps
Commencement du temps et fin de la physique

Voyager dans le temps est un rêve largement exploité par les auteurs de science-fiction. Parmi les plus célèbres, citons Retour vers le futur, Star Trek, Avatar, Donnie Darko ou encore le très récent Interstellar… Sur Wikipédia, vous pouvez consulter la liste - très fournie ! - des œuvres littéraires et cinématographiques impliquant le voyage dans le temps. Plus ludique, cette infographie recense sur une frise chronologique tous les allers-retours dans le temps effectués par les personnages des grands films du genre.

Dans cet article sur la distorsion du temps de l’ITSF (= “Les nouvelles technologies dans la science-fiction”, un projet de l’Agence spatiale européenne reposant sur l’idée que les ouvrages de SF peuvent receler l’amorce d’innovations technologiques susceptibles d’être réalisées par les techniques dont on dispose aujourd’hui ou dont on disposera demain), on peut lire que « la déformation de l’espace-temps est une technique sur laquelle repose « le système de propulsion de base de la plupart des vaisseaux interstellaires plus rapides que la lumière », dans l’univers de Star Trek par exemple. « Il s'agit pour l'essentiel d'un mécanisme qui s'appuie sur une matière exotique à densité d'énergie négative pour déformer la topologie de l'espace-temps de telle façon qu'un objet puisse se déplacer plus vite que la lumière. »

Pour aller plus loin...
Singularités, trou de ver et voyage spatiotemporel, un article de Futura-sciences
L'étrange matière négative, page personnelle mais néanmoins bien documentée
Peut-on voyager dans le temps ? de Gabriel Chardin
Qu'est-ce que le temps ? Qu'est-ce que l'espace ? de Carlo Rovelli et du même auteur Et si le temps n'existait pas ? un peu de science subversive
Le temps : voyage dans la 4e dimension
Voyager dans le temps : la physique moderne et la temporalité de Marc Lachièze-Rey
Les machines à explorer le temps : mythe et réalité du voyage dans le temps de Luc Mary

Et en vidéo :
Quels temps font-ils ? une introduction au temps des physiciens (DVD)
Les secrets du cosmos 2. Le voyage dans le temps. Les origines de la vie (DVD)
Peut-on voyager dans le temps ?, une conférence de
Etienne Klein, physicien au Commissariat à l'énergie atomique, Professeur à l'École centrale, docteur en philosophie des sciences.

Et si vous aussi vous avez envie de tenter l'expérience, Sciences-mag vous suggère six méthodes, de la plus simple à la plus complexe

Bon(s) voyage(s) !