Demandez à Ethan: Comment voyager en toute transparence dans l'espace?

Illustration d'un champ de distorsion déformant l'espace de Star Trek, raccourcissant l'espace devant le navire et l'allongeant par derrière.

Peu importe qui vous a inspiré à voyager dans l'espace - NASA, Star Trek ou Einstein, ils offrent des possibilités incroyables. Beaucoup d'entre nous rêvaient de pénétrer dans l'espace et de voler entre des planètes ou des étoiles sur une fusée ou à travers un faisceau de téléportation, mais nous devons encore faire face aux lois de la physique ... et aussi à nos familles en rentrant chez eux. C'est exactement ce qui dérange notre lecteur en racontant l'histoire suivante:

Parfois, généralement le vendredi après le travail, mon ami Scotty, à l'aide d'un faisceau de téléportation, me déplace vers Enterprise pour une promenade autour du Soleil sur l'orbite de la Terre. La marche dure environ 2 heures, donc notre vitesse devrait être assez proche de la vitesse de la lumière, mais ne pas la dépasser. Pendant la promenade, je bois quelques bouteilles de bière, alors au moment où Scotty me ramène chez moi, ma femme ne me croit pas quand je lui dis que je n'étais pas dans le pub local.

Histoire assez convaincante. Vérifions si le parcours du lecteur satisfait aux lois de la physique.


Le chemin, répétant l'orbite de la Terre autour du Soleil, mesure 940 millions de kilomètres de long

Pour voler autour du Soleil sur l'orbite de la Terre, il faut parcourir 940 millions de km. Pour le faire en quelques heures, vous devez voyager à une vitesse moyenne de 44% de la vitesse de la lumière - cela permet la théorie de la relativité d'Einstein. Vous n'avez pas besoin de trous de ver, d'un moteur de distorsion, rien que des fusées conventionnelles. Et une énorme quantité d'énergie.


Star Trek Enterprise: The Next Generation (Saison 3, épisode 11)

Dans la série Star Trek, le mouvement à des vitesses de sous-lumière était assuré par des moteurs à impulsions. Le moteur de distorsion est bien adapté pour se déplacer sur de grandes distances, mais il ne convient pas pour des manœuvres précises; lorsque vous quittez le mode Warp, vous ne voulez pas être à l'intérieur d'une planète ou d'une étoile. Les moteurs à impulsions ne plient pas le tissu de l'espace-temps, ils fonctionnent simplement selon le principe de la troisième loi de Newton: jetez les atomes, le plasma ou la lumière dans la direction opposée au mouvement, et accélérez dans la direction dont vous avez besoin. C'est exactement comme cela que fonctionnaient absolument toutes les fusées inventées par l'humanité.


Un moteur plasma, un moteur antimatière, un moteur nucléaire ou un moteur ordinaire fait avancer toute fusée sur le même principe de poussée. Même un moteur pulsé de Star Trek.

Supposons que les transporteurs de téléportation fonctionnent et que l'Entreprise ne ralentisse pas lors de votre prise en charge, une accélération supplémentaire ne sera nécessaire que pour votre masse relativement petite, de l'ordre de 80 kg. Pour vous accélérer à 44% de la vitesse de la lumière, vous aurez besoin d'environ 100 PJ d'énergie - autant que ce qui a été émis lors de l'explosion la plus puissante jamais réalisée aux États-Unis: le bombardement de la bombe B41 .


Une bombe nucléaire sous-marine de l' opération Crossroads n'avait qu'un millième de l'énergie nécessaire pour disperser une personne à 44% de la vitesse de la lumière.

Une fois à bord de l'Enterprise, vous rencontrerez un problème encore plus important: maintenir votre vitesse en orbite terrestre. "Attendez une minute", me dites-vous, "tant que je maintiendrai la même vitesse, la première loi de Newton, concernant un objet en mouvement qui reste en mouvement, ne me permettra-t-elle pas de le faire?" Oui, alors que vous êtes satisfait d'une seule direction de mouvement - le long de la tangente à l'orbite terrestre. Bienvenue dans l'espace interplanétaire, et bientôt dans l'espace interstellaire. Cela ne vous prendra que quelques heures pour ce que les Voyagers ont pris des décennies: pour sortir du système solaire.


Les sondes Voyager ont mis environ 40 ans à quitter le système solaire. Se déplaçant à 44% de la vitesse de la lumière, un vaisseau spatial peut le faire plus rapidement que 24 heures

Au lieu de cela, vous voulez continuer à vous déplacer sur l'orbite de la Terre, ce qui signifie que vous devrez organiser une énorme force centripète afin de rester en orbite. À des vitesses aussi gigantesques, vous aurez besoin d'une poussée constante de 140 teranewtons juste pour maintenir l'Enterprise, pesant environ un million de tonnes, sur une orbite stable à la vitesse dont vous avez besoin. Même si votre moteur pulsé travaillait sur l'anéantissement de la matière et de l'antimatière, vous auriez besoin de brûler environ 100000 tonnes de masse, la transformant en énergie pure selon la formule E = mc ² , pour faire une révolution autour du Soleil à une vitesse de 44% de la vitesse de la lumière.


Faire une révolution autour du Soleil, étant à la même distance que la Terre, sera gratuit en termes d'énergie - seulement si vous vous déplacez à la même vitesse que la Terre

Disons que vous l'avez fait. Disons que votre ami Scotty a décidé que vous méritiez une telle dépense d'énergie et que vous avez tourné le soleil en deux heures. Mais ici, sur Terre, deux heures se sont écoulées, et vous constaterez que, de votre point de vue, le vol est allé un peu plus vite. Étant donné que vous vous rapprochez de la vitesse de la lumière, votre montre - à la fois biologique et au poignet, une montre dans un smartphone et tout autre appareil mécanique - ira plus lentement.


Les heures-lumière iront différemment pour les observateurs se déplaçant à des vitesses différentes - en raison de la constance de la vitesse de la lumière. La théorie spéciale de la relativité d'Einstein détermine comment le temps et la distance sont transformés.

Cet effet signifie que pour vous ce voyage prendra 108 minutes, soit 12 minutes de moins que ce que votre famille a laissé à la maison mesurera. Si vous vous déplaciez deux fois plus vite, 88% de la vitesse de la lumière, alors tout le voyage ne vous prendrait que 56 minutes. Plus vous vous déplacez vite, plus votre temps est lent.

Mais comment est-ce possible? N'avez-vous pas parcouru la même distance dans les deux cas?


Se déplacer à une vitesse proche de la lumière entraîne une transformation des temps et des distances. Les longueurs, y compris la longueur du navire, deviennent plus courtes dans le sens de la marche.

Seulement du point de vue de la Terre. De votre point de vue, non seulement le temps est allongé, mais les longueurs sont également réduites. Plus vous vous déplacez rapidement (plus la vitesse de la lumière est proche), plus l'espace est comprimé dans le sens de votre mouvement. Ces transformations doivent se produire afin de maintenir la constance de la vitesse de la lumière - c'est une dans tous les référentiels. Si le temps passe différemment, les dimensions de l'espace doivent également changer pour que tout corresponde. C'est la clé des stations-service, et à des vitesses inférieures à la lumière, cela fonctionne peu importe où vous allez.


Dans l'espace ou sur terre, le mouvement à des vitesses relatives conduit à des effets relativistes.

Et si votre conjoint vous croyait ou non? Voici quelques conseils:

• N'essayez pas de la convaincre que vous êtes partie depuis moins de deux heures. Respectez son cadre de référence - elle n'était pas dans le vôtre.
• Savourez une bière, mais n'essayez pas de lui prouver que vous n'étiez pas au pub simplement parce que vous n'étiez pas au pub local.
• Votre technologie du 21e siècle devrait fonctionner dans n'importe quel cadre de référence - alors prenez déjà quelques photos!


Une fois dans le vaisseau spatial, prenez quelques photos!

En rentrant chez vous, vous vous rendrez compte que vous avez acquis une expérience incomparable et que vous êtes 12 minutes plus jeune que si vous n'aviez pas fait ce voyage. Assis sur le canapé, vous vous retrouverez à nouveau au même endroit de l'espace et du temps, mais les chemins qui vous y conduiront seront très différents. Vous êtes allé dans l'espace, avez parcouru 940 millions de kilomètres à travers l'espace et cela a pris moins de temps pour compenser cela. Vous deux aurez les mêmes points de départ et d'arrivée, mais les chemins seront très différents: son voyage sera plus long dans le temps, le vôtre - dans la distance. Mais la vitesse de la lumière sera constante pour vous deux, et ce sera comme ça à tout moment de votre voyage.


Livre d'Ethan Siegel "Treknologiya: science de Star Trek"

Ethan Siegel - astrophysicien, vulgarisateur scientifique, auteur de Starts With A Bang! Il a écrit les livres «Beyond the Galaxy» [ Beyond The Galaxy ] et «Tracknology: the science of Star Trek» [ Treknology ].