Le voyage dans le temps est un des grands thèmes de la science-fiction, au point d'être considéré comme un genre à part entière. L'idée d'aller revivre le passé ou de découvrir à l'avance le futur est un rêve humain causé par le fait que l'être humain avance dans le temps de manière permanente, mais irréversible (et, à l'état de veille, apparemment de façon linéaire).
La première mention d'un voyage dans le temps serait le personnage de Merlin l'enchanteur dans le cycle arthurien des Chevaliers de la table ronde, qui visitait les temps passés.
Les physiciens et les philosophes, tout autant que les auteurs de science-fiction s'intéressent au voyage dans le temps, aux effets théoriques des voyages à la vitesse de la lumière et aux paradoxes logiques qui naîtraient d'un voyage dans le temps.
Violation des principes physiques
Par essence, le voyage dans le temps entraîne la violation de la plupart des principes de conservation connus (si l'on considère l'univers comme un système isolé) : masse, énergie, charge, etc.
Voyage dans le sens direct
Il est à noter que la relativité restreinte d'Albert Einstein (et, par extension, la relativité générale) autorise explicitement certaines dilatations du temps, ce qui ressemble à un « voyage dans le temps ». La théorie considère que le temps « s'écoule moins vite » pour les corps « se déplaçant » à grande vitesse : par exemple, une montre « en mouvement » ira « moins vite » (cette simplification est en toute rigueur abusive, car en vertu du principe de relativité, justement, aucun objet ne peut être considéré comme « en mouvement » dans l'absolu). À l'approche de la vitesse de la lumière pour un observateur, la montre sera presque arrêtée du point de vue de cet observateur.
Cependant, cet effet permet le « voyage dans le temps » seulement accéléré vers le futur : en avant, jamais en arrière. Et cela dit, même sans mouvement, nous voyageons déjà de toute façon du passé vers le futur.
Voyage dans le sens rétrograde
Le voyage rétrograde dans le temps semble a priori hautement improbable. Toute théorie qui permettrait des voyages vers le passé devrait résoudre les questions de violation de causalité. Que se passerait-t-il si j'essayais de revenir dans le passé et que je tuais mon grand-père? (exemple dû au romancier René Barjavel en 1943, et nommé depuis paradoxe du grand-père (voir « Le voyageur imprudent »).
Par ailleurs, en l'absence d'indices de voyage dans le temps, il n'est pas indispensable de supposer son existence. Stephen Hawking a suggéré que l'absence de touristes venant du futur constitue un argument solide contre l'existence du voyage temporel - variante du paradoxe de Fermi, les voyageurs temporels remplaçant les visiteurs extra-terrestres. Toutefois, considérer que le voyage dans le temps ne peut arriver est intéressant aussi pour les physiciens puisque cela pose la question du pourquoi de cette impossibilité, et des lois physiques hypothétiques interdisant la possibilité de voyages temporels rétrogrades. L'expérience de Marlan Scully suggère en tout cas que la notion de temps que nous connaissons au sens macroscopique n'a pas toujours d'équivalent exact en mécanique quantique.
Equivalence du voyage « plus vite que la lumière » et d'un voyage temporel rétrograde
Le principe de relativité d'Einstein consiste à dire que les lois de la physique sont les mêmes quel que soit le repère depuis lequel on les observe.
En conséquence, si un signal se déplaçait plus vite que la lumière pour déclencher une action à distance, il existerait des repères où cela apparaitrait comme une violation de causalité, contredisant ainsi l'hypothèse fondamentale de la relativité. Il ne s'ensuit pas exactement que le phénomène soit impossible (après tout, ce principe n'est lui-même qu'une hypothèse), mais si le cas s'observait, il faudrait ipso facto changer de théorie. L'expérience d'Alain Aspect, bien que semblant impliquer une transmission instantanée d'information si l'on assimile (abusivement) l'univers à la connaissance qu'en a l'observateur, ne remet pas ce principe en cause, puisqu'elle ne comporte pas de transmission de signal. Ou plus exactement puisqu'il ne se dégage jusqu'à nouvel ordre aucun moyen de transmettre un signal plus vite que la lumière en utilisant les résultats de cette expérience.
Le dispositif de Tipler
En 1973, le physicien américain Frank Tipler proposa, dans son article "Cylindres en rotation et possibilité d'une violation globale de la causalité", une théorie qui n'exigeait plus la rotation de tout l'univers ni un cylindre infiniment long pour pouvoir créer une machine à se déplacer dans le temps. Le travail de Tipler présente le grand mérite de pouvoir servir de base sérieuse à toute réflexion future sur la possibilité de voyager dans le temps. Tipler balise en trois étapes la route qui mène à l'expression mathématique de la "machine à voyager dans le temps".
D'abord, il se demande si les équations autorisent, en théorie, des voyages dans l'espace-temps, dans lesquels le voyageur retourne à son point de départ à la fois dans l'espace et dans le temps, une partie du voyage ayant été effectuée en arrière dans le temps. La réponse est oui, comme l'a prouvé par ailleurs Gödel, et comme le prouveront d'autres physiciens comme Brandon Carter et Kip Thorne.
Ensuite, Tipler se demande si les conditions sous lesquelles on voyage dans une boucle du genre temps peuvent apparaître de manière naturelle dans l'univers. La réponse est encore oui. Enfin, Tipler se demande si de telles conditions peuvent être réalisées "artificiellement"; à savoir s'il est possible de "construire" une machine à voyager dans le temps. La réponse est toujours oui.
Venons-en au développement des arguments de Tipler. Les points importants de sa théorie sont la rotation du cylindre et le fait que cette rotation soit à l'origine d'une singularité nue. De quoi s'agit-il? La rotation du cylindre est directement compréhensible. Par contre, la notion de "singularité nue" nécessite quelques explications. Une singularité est le point vers lequel converge tout ce qui tombe dans un Trou Noir. Aucune forme d'être ne peut résister aux forces qui sont en jeu dans la singularité. Le seul espoir de pouvoir exploiter un Trou Noir pour voyager dans le temps, c'est d'en trouver ou d'en fabriquer un dont la singularité est nue, c'est-à-dire sur laquelle la matière ne s'effondrera pas. On peut rencontrer de telles possibilités dans la nature, soit à travers l'explosion d'un trou noir, soit quand un agrégat de matière non-sphérique s'effondre sur lui-même sous l'effet de la gravitation.
Lorsqu'une singularité nue massive et en rotation rapide est prise dans un champ gravitationnel intense, les cônes de lumière qui en sont proches sont fort inclinés. Un observateur pris dans ce champ ne verra pas de modification des lois de la physique, mais un observateur éloigné oui. Lorsqu'il est incliné à plus de 45°, une partie du futur du cône se trouve dans le passé. Pour un observateur extérieur, le voyageur du temps, qui peut évoluer n'importe où dans la partie "futur" de son cône, se trouve partout à la fois autour de l'orbite de la singularité nue. Le voyageur peut aussi descendre de plus en plus bas en spirale, dans le passé, en repassant toujours au même endroit, le long de l'axe du temps. Tout cela est bien beau, mais en réalité, on ne fait ici qu'analyser un graphe, donc les équations, dans lesquels est pris en compte "-t", donnant l'impression que le passé existe en même temps que le présent. Or, dans la réalité, le passé n'existe pas.
Mais en dehors du fait de savoir si la machine du temps existe à l'état naturel ou si elle peut être réalisée de manière artificielle, il faut bien se rendre compte qu'on ne peut remonter indéfiniment dans le passé dans ce type de machine. Seulement dans un passé qui correspond au moment de création de la machine. Par contre, tout le futur est ouvert à l'exploration, ce qui n'est déjà pas si mal et crée la situation surprenante que le futur semble être plus accessible que le passé. Pour remonter loin dans le passé, il faudrait découvrir une machine à "voyager" naturelle qui existait déjà, par exemple, au temps du Christ, des pyramides ou des dinosaures, ou même aux premiers temps de l'univers, ce que croient possible certains spécialistes de la physique quantique.
Les optimistes disent que si on n'a pas encore reçu la visite de voyageurs du temps, c'est parce qu'on n'a pas encore découvert de machine naturelle ou artificielle - artificielle, ça on le sait -, et non pas parce que le voyage dans le temps est impossible - contrairement à ce que pensait Stephen Hawking dans un premier temps.
Donc, ce dont nous avons besoin, c'est d'un cylindre massif et compact en rotation rapide. C'est la condition indispensable pour créer une singularité nue, c'est-à-dire sur laquelle ne s'effondre pas la matière qu'elle attire. Il faut que le cylindre ait 100km de long et entre 10 et 20 km de diamètre, avec une masse au moins équivalente à celle du soleil, avec une densité d'une étoile à neutrons, et il faut que ce cylindre tourne sur lui-même deux fois chaque milliseconde, soit seulement trois fois plus vite que le pulsar milliseconde, c'est-à-dire à la moitié de la vitesse de la lumière. Le pulsar, ou étoile à neutrons, est l'objet le plus dense, le plus massif, le plus compact connu. Certains tournent très rapidement. Il existe ainsi des pulsars "milliseconde" - en fait, ils effectuent un tour toutes les 1,5 milliseconde.
Mais la machine à voyager dans le temps n'est pas encore complète. Il reste encore à joindre plusieurs étoiles à neutrons pôle à pôle pour obtenir la machine de Tipler. Mais les difficultés qu'implique une telle réalisation sont innombrables, peut-être insurmontables en pratique: il faut trouver dix étoiles à neutrons; la force centrifuge développée serait si forte qu'elle disloquerait le cylindre dans sa largeur, tandis qu'il tendrait à s'effondrer sur lui-même dans sa longueur. Enfin, le champ gravitationnel de plusieurs étoiles serait si fort qu'elles s'effondreraient en un trou noir, à moins qu'un champ d'énergie plus fort que tout ce qui est connu actuellement ne maintienne les cylindres rigides. Les cordes cosmiques sembleraient tenir la corde pour maintenir les cylindres rigides et arrêter leur effondrement, et constitueraient la matière idéale pour garder ouverte assez longtemps l'entrée d'un trou de ver.
Paradoxe du grand-père et multivers d'Everett
Reprenons le cas du retour en arrière dans le temps. Si un individu Z tue un homme X qui se trouve être son grand-père, la question est de savoir dans ces conditions, dans l'hypothèse de la fidélité de sa grand-mère (ce qui de toute façon aurait engendré non pas Z mais un autre individu ne disposant que de la moitié de son génome), comment Z a pu naître. L'échappatoire la plus classique est de considérer qu'il existe (au moins) deux lignes de temps, l'une où X n'est pas tué et engendre l'un des parents de Z, une autre où il est tué et dans laquelle Z n'est pas né. Ce qui n'empêche pas a priori le Z de la première ligne de temps de s'y promener. Il y évitera au moins le paradoxe de se rencontrer lui-même.
Par une coïncidence amusante, cette possibilité de multiplicité des futurs a également un pendant en physique, qui est la théorie énoncée en 1957 par Hugh Everett et reprise depuis par John Wheeler, David Deutsch et quelques autres physiciens, au moins à titre d'hypothèse de travail méritant qu'on en examine les tenants et aboutissants.
Paradoxe EPR. Expérience d'Alain Aspect
Effet dit de « téléportation » quantique
Trou de Ver et Boucle temporelle
Une théorie défendue par certains scientifiques laisserait tout de même une possibilité de voyage dans le temps. Celle ci est basée sur le phénomène de la boucle temporelle que sont censés créer les trous noirs.une région de l'espace dotée d'un champ gravitationnel si fort qu'aucun corps ni aucun rayonnement ne peut s'échapper de son voisinage. Ils sont considérés comme le stade ultime d'une étoile massive s'effondrant sur elle même sous l'action de la gravité. L'existence des trous noirs fut prédite en 1916 par l'astronome allemand Karl Schwarzschild, sur la base de la théorie de la relativité générale. La notion classique d'espace-temps n'a plus de signification à proximité d'un trou noir. Un corps ou un rayonnement qui pénètre dans un trou noir ne peut théoriquement plus en sortir en raison de la force gravitationnelle considérable du trou noir. Ainsi, un trou noir déforme la structure de l'espace-temps dans son voisinage. Il faut tout de même rappeler qu'aucun trou noir n'a jamais été observé et qu'il s'agit d'une théorie expliquant certaines observations astronomiques, mais certains indices laissent penser qu'ils existent bel et bien (il est de toute façon impossible de les observer car ils attirent toute la lumière à eux) Après avoir théorisé l'existence des trous noirs, Einstein et un autre physicien Nathan Rosen suggérèrent que le puit gravitationnel de certains d'entre eux peut s'ouvrir sur un autre puits symétrique appelé par opposition "fontaine blanche". Ce passage est nommé "trou de ver" ou aussi "Pont Einstein-Rosen-Podolski" (communément appelé "Pont Einstein-Rosen").Toute matière tombant dans ce dernier serait expulsée en un autre point de l'espace... et du temps. Etant donnée que les 2 extrémités du trou de ver peuvent etre 2 points très éloignés dans l'univers, passer à travers le trou de ver permettrait de voyager plus vite que la lumière! En manipulant les équations de la relativité générale, certains scientifiques comme Kurt Gödel réussirent à montrer que les trou de ver pouvaient engendrer des boucles temporelles. Si l'entrée d'un "trou de ver" (le trou noir) est immobile par rapport à nous et si la sortie (la "fontaine de lumière") se déplace a une vitesse proche de celle de la lumière le phénomène de dilatation du temps prevut par Einstein aura une conséquence étonnante: le temps s'écoulera différemment à l'entrée et à la sortie du tunnel. Si on suppose que la fontaine blanche se déplace à 99,99% de la vitesse de la lumière, lorsque 48 heures auront passé à l'entrée, il ne se sera écoulé que 28 minutes à la sortie. Un voyageur pénétrant dans le tunnel 48 heures après sa création fera alors un voyage dans le temps de 47h32mn! La science-fiction prend ici le relais pour décrire un avenir où l'homme saura créer des boucles temporelles et maîtriser les coordonées d'arrivées... Sans que cela vienne heurter le grand argument de Stephen Hawking comme quoi le voyage temporel ne se fera pas car on aurait alors eu des visites de nos descendants : une boucle temporelle ne permetrait de remonter dans le temps que jusqu'a sa création, autrement dit, créée en 2300 et utilisée en 3000, elle ne permettrait de revenir qu'en l'an 2300 et pas avant.
en clair c'est vaste