Arbre de l’Au-delàidées de frontière sur l'énergie, l'espace-temps et l'esprit

Base réelle

• Effet Casimir: En 1948, Casimir prédit que deux plaques métalliques non chargées placées très près l'une de l'autre dans le vide s'attirent, parce qu'il y a moins de fluctuations quantiques entre les plaques qu'à l'extérieur. En 1997, Lamoreaux mesura cette force avec une balance de torsion, à environ 5 % de la théorie. La densité d'énergie entre les plaques est inférieure à celle du vide ordinaire, la seule « densité d'énergie négative » jamais confirmée par une expérience.

• Fusion de l'hélium-3: La majeure partie de l'énergie libérée par la fusion deutérium–hélium-3 est emportée par des particules chargées, qui peuvent être converties directement en électricité, avec bien moins de rayonnement neutronique. Le prix à payer est une température plusieurs fois supérieure à celle qu'exige la fusion deutérium–tritium. Le sol lunaire contient de l'hélium-3 implanté par le vent solaire, à raison de seulement quelques parties par milliard.

• Statoréacteur de Bussard: En 1960, Bussard proposa de collecter l'hydrogène interstellaire comme carburant avec un immense entonnoir magnétique : plus on va vite, plus on en collecte. Des calculs ultérieurs ont montré que la traînée magnétique sur le plasma interstellaire dépasse souvent la poussée de la fusion, de sorte qu'il agit plutôt comme un parachute de freinage. Cela s'est avéré un bon moyen de freiner un vaisseau interstellaire.

• Moteur stellaire: En 1987, Shkadov imagina un gigantesque miroir courbe placé d'un côté d'une étoile, renvoyant la moitié de sa lumière. Le déséquilibre de la pression de rayonnement ferait emporter à l'étoile tout son système planétaire. Pour une étoile semblable au Soleil, la vitesse après 1 million d'années serait d'environ 20 m/s, après 1 milliard d'années d'environ 20 km/s, pour un déplacement total d'environ 34 000 années-lumière.

• Puissance des jets de trous noirs: En 1977, Blandford et Znajek calculèrent que les lignes de champ magnétique qui traversent un trou noir en rotation peuvent en extraire l'énergie de rotation, alimentant un jet projeté à presque la vitesse de la lumière. On pense que cela alimente les jets des quasars ; le centre de la galaxie M87 a un tel jet long d'environ 5 000 années-lumière.

• Kugelblitz: En théorie, focaliser assez de lumière en un seul point créerait directement un trou noir. Mais un calcul de 2024 a montré qu'avant que la lumière devienne si intense, elle « arrache » au vide des paires électron-positon et emporte l'énergie (effet Schwinger). Les effets quantiques bloquent cette voie.

• Moteur à trou noir: En 2009, Crane et Westmoreland calculèrent qu'un trou noir artificiel d'environ 600 000 tonnes et de rayon inférieur à 1 attomètre pourrait fournir environ 1,6×10¹⁷ W par rayonnement de Hawking, avec une durée de vie d'environ 3,5 ans, et dans le cas idéal accélérer un vaisseau à 10 % de la vitesse de la lumière en 20 jours. Le plus dur est de le construire : ils imaginaient un gigantesque laser à rayons gamma, mais le nœud précédent a montré que cette voie est bloquée, il faut donc une autre façon de comprimer la matière.

• Ère dégénérée: En 1997, Adams et Laughlin divisèrent l'avenir de l'univers en plusieurs ères : après environ 10¹⁴ ans, les dernières naines rouges s'éteignent, ne laissant que des naines blanches, des étoiles à neutrons et des trous noirs. Ensuite, l'énergie ne peut venir que de l'annihilation de la matière noire, des collisions de restes stellaires, et peut-être de la désintégration du proton.

• Usine cosmique: En 1987, Farhi et Guth étudièrent si l'on pouvait fabriquer un nouvel univers en laboratoire. La relativité générale permet à une petite bulle de faux vide de s'étendre en « univers-bébé » causalement coupé du nôtre, mais en physique classique le point de départ doit être une singularité. En 1990, avec Guven, ils proposèrent que l'effet tunnel quantique pourrait contourner cela.

• Vol relativiste: Plus on approche de la vitesse de la lumière, plus le temps ralentit à bord : à 0,99 c, une année passe dans le vaisseau et environ 7 ans à l'extérieur. En 1971, Hafele et Keating firent faire le tour du monde à des horloges atomiques dans des avions de ligne et mesurèrent des écarts de temps conformes à la prédiction de la relativité.

• Communication par neutrinos: Les neutrinos traversent presque tout ; même la Terre entière ne peut les arrêter. En 2012, le Fermilab fit passer le mot « neutrino » à travers 240 m de roche avec un faisceau de neutrinos, à environ 0,1 bit par seconde. Émettre demande un accélérateur de particules ; recevoir demande un détecteur de plusieurs centaines de tonnes.

• Diffusion par ondes gravitationnelles: Les ondes gravitationnelles sont à peine absorbées par la matière. Mais en émettre de détectables demande des masses astronomiques : le premier signal reçu par LIGO en 2015 venait de la fusion de deux trous noirs d'environ 30 masses solaires, qui libéra environ 3 masses solaires d'énergie en 0,2 seconde environ.

• Cartographie de l'horizon: L'univers est en expansion accélérée, donc la lumière émise aujourd'hui par des galaxies au-delà de l'horizon des événements ne pourra jamais nous atteindre. Environ 94 % des galaxies de l'univers observable sont déjà au-delà de l'horizon, et chaque année environ 160 milliards d'étoiles de plus franchissent cette ligne. Si vous voulez parler à des civilisations lointaines, mieux vaut le faire tôt.

• Trou de ver traversable: En 1988, Morris et Thorne montrèrent que la relativité générale permet des trous de ver qu'une personne pourrait traverser, à condition que le col soit maintenu ouvert par une « matière exotique » d'énergie négative. Tout commença quand Sagan demanda de l'aide à Thorne pour son roman Contact. En 1996, les inégalités quantiques de Ford et Roman ajoutèrent que l'énergie négative ne peut exister que dans une couche extrêmement mince ou pendant un instant extrêmement bref.

• Bulle de distorsion subluminique: La solution de distorsion supraluminique d'Alcubierre de 1994 exige de l'énergie négative ; un calcul de 2009 a aussi trouvé que la paroi avant de la bulle accumule sans cesse du rayonnement de Hawking et finit par se détruire. En 2021, Bobrick et Martire ont montré qu'une bulle de distorsion n'utilisant que de l'énergie positive est possible, mais elle ne peut être que plus lente que la lumière. Les moteurs à distorsion peuvent exister ; plus vite que la lumière, non.

• Déplacer une bouche de trou de ver: Les deux bouches d'un trou de ver commencent ensemble, et l'une doit être portée à destination par un vaisseau voyageant sous la vitesse de la lumière. Un trou de ver ne peut donc pas atteindre des endroits où aucune sonde n'est allée, encore moins au-delà de l'horizon cosmologique. Une fois une bouche en place, le voyage entre les deux extrémités est instantané.

• Machine à voyager dans le temps par trou de ver: En 1988, Morris, Thorne et Yurtsever firent remarquer que si une bouche de trou de ver fait un aller-retour à grande vitesse, la dilatation du temps ouvre un écart de temps entre les deux bouches, et le traverser vous emmène dans le passé. En 1992, Hawking proposa la « conjecture de protection de la chronologie » : au moment où une machine à voyager dans le temps se forme, les fluctuations du vide sont amplifiées sans limite et la détruisent.

• Message vers le passé: Si une machine à voyager dans le temps existe, on peut envoyer des messages dans le passé. En 1991, Deutsch montra que dans la version quantique des courbes de genre temps fermées, le paradoxe du grand-père ne se produit pas et le résultat converge automatiquement vers un état cohérent. Le plus étrange qui reste est le paradoxe de l'amorçage : un message sans auteur, qui tourne simplement en boucle dans le temps.

• Message vers le commencement: Envoyer un message avant la première seconde de cet univers. D'après la condition d'autocohérence de Deutsch, ce ne peut être qu'un message déjà reçu.

• À travers le trou de ver: La bouche du trou de ver a été portée jusqu'à la sonde la plus lointaine, et le col est sur le point de s'ouvrir. Sagan a écrit une scène semblable dans Contact, mais un vrai trou de ver ne peut relier que des endroits où votre vaisseau est déjà allé.

• Connectome du cerveau entier: En 2024, le consortium FlyWire a publié le connectome du cerveau entier d'une drosophile adulte : près de 140 000 neurones et plus de 50 millions de synapses. Le cerveau humain compte environ 86 milliards de neurones, plus de 600 000 fois plus.

• Interface cerveau-cerveau: En 2019, BrainNet de l'université de Washington a permis à trois personnes de coopérer sur un jeu de type Tetris uniquement avec des signaux cérébraux : deux envoyaient « tourner » ou « ne pas tourner » par EEG, et la troisième le recevait sous forme d'éclairs de lumière produits par stimulation magnétique du cortex visuel. Le taux de réussite moyen était de 81 %.

• Accélération de l'esprit: Un esprit téléversé peut tourner bien plus vite qu'un cerveau biologique, mais le prix est que l'univers paraît plus grand : pour un esprit un million de fois plus rapide, un message qui fait le tour de la Terre (environ 0,13 seconde) prend un jour et demi de temps subjectif. Sandberg en conclut en 1999 que des esprits supérieurs seraient piégés par la vitesse de la lumière dans une très petite région.

• Esprit distribué: Une pieuvre a environ 500 millions de neurones, dont les deux tiers dans ses huit bras, et un bras sectionné peut encore faire des mouvements de préhension en réponse à des stimuli. Un esprit n'a pas besoin d'être concentré dans un seul cerveau.

• Immortalité numérique: Une fois un esprit complet copié, lequel est vous, l'original ou la copie ? Le philosophe Parfit a poussé la question avec le « téléporteur » : si une machine vous scanne, construit un vous identique sur Mars et détruit l'original, avez-vous voyagé jusqu'à Mars, ou êtes-vous mort ?

• Conscience collective: Quand une colonie d'abeilles essaime, les éclaireuses « votent » pour les sites de nid candidats avec des danses frétillantes, et dès que assez d'entre elles s'accordent, la décision est prise, sans commandement central. Les interfaces cerveau-cerveau humaines n'en sont qu'à leurs débuts.

• Cerveau de Jupiter: En 1999, Sandberg estima les limites d'un ordinateur de la taille d'une planète : sa taille est bornée par la dissipation de chaleur et le retard à la vitesse de la lumière. Si le cerveau est trop grand, la moitié gauche doit attendre longtemps pour apprendre ce que pense la moitié droite.

• Esprit planétaire: L'hypothèse Gaïa de Lovelock traite la vie et l'environnement de la Terre comme un seul tout autorégulé. En 2015, des scientifiques ont découvert que les biofilms de Bacillus subtilis coordonnent la croissance de toute la colonie par des ondes d'ions potassium, « s'activant » comme des neurones.

• Esprit cosmique: Relier ensemble les esprits de nombreuses planètes. À la vitesse de la lumière, une pensée qui couvre une galaxie met 100 000 ans à la traverser ; ce serait donc la pensée la plus lente et aussi la plus vaste de l'univers.

• Emménager dans l'appareil: Principe de Landauer : à température ambiante, effacer 1 bit d'information dissipe au moins environ 3×10⁻²¹ J de chaleur. En théorie, l'énergie d'une seule batterie de téléphone pourrait alimenter une quantité inimaginable de pensée ; les vraies puces sont encore très loin de cette limite.

• Correction d'erreurs quantiques: Les qubits sont extrêmement sujets aux erreurs. En 2024, la puce Willow de Google a montré pour la première fois qu'encoder davantage de qubits physiques en un qubit logique fait baisser le taux d'erreur, franchissant le seuil de la correction d'erreurs quantiques.

• Langage cosmique: En 1960, le mathématicien Freudenthal conçut Lincos (un langage cosmique), qui enseigne depuis zéro avec seulement les mathématiques et la logique. Le message d'Arecibo de 1974 fait 1 679 bits, exactement le produit des nombres premiers 23 et 73, ce qui suggère au destinataire de l'organiser en une image de 73 lignes sur 23 colonnes.

• Recherche de technosignatures: Outre la radio, on peut chercher la chaleur perdue d'une civilisation. Le relevé Ĝ de 2015 n'a trouvé aucune civilisation de type III parmi 100 000 galaxies ; le projet Hephaistos de 2024 a passé au crible environ 5 millions de sources pour en retenir 7 naines rouges suspectes, et des études de suivi ont conclu qu'il pourrait s'agir de galaxies lointaines en arrière-plan, masquées par la poussière.

• Messages actifs: Le message d'Arecibo de 1974 et les « Cosmic Calls » de 1999 et 2003 ont tous envoyé des messages aux étoiles à dessein. Faut-il le faire ? Le débat dure depuis longtemps ; en 2010, Hawking avertit que celui qui nous répondra ne sera peut-être pas amical.

• Borne de Bekenstein: La quantité d'information qu'une région peut contenir a une limite supérieure, proportionnelle à sa surface et non à son volume. Bekenstein donna cette borne en 1981, et elle devint plus tard le principe holographique. Selon cette borne, une sphère de 1 m de rayon peut contenir au plus environ 10⁷⁰ bits.

• Ordinateur à trou noir: En 2000, Lloyd calcula l'« ordinateur portable ultime » : 1 kg de matière peut effectuer au plus environ 5×10⁵⁰ opérations par seconde ; comprimé en trou noir, il atteint à la fois les limites de stockage et de vitesse.

• Simulation de l'univers: En 2003, Bostrom proposa l'argument de la simulation : si des civilisations peuvent simuler des êtres conscients et sont prêtes à le faire, alors l'immense majorité des êtres conscients vivent dans des simulations. En 2012, des physiciens proposèrent un test : si l'univers est calculé sur un réseau, les directions d'arrivée des rayons cosmiques de plus haute énergie porteraient des traces du réseau.

• Télescope de l'Observateur: Une expérience de photons de 2019 a testé l'« ami de Wigner » : deux observateurs peuvent aboutir à des enregistrements contradictoires d'un même événement quantique. Les observateurs ne sont peut-être pas de simples spectateurs objectifs.

• Récursion: Une civilisation dans une simulation peut aussi lancer des simulations. Bostrom a noté que les simulations peuvent s'emboîter couche après couche, la puissance de calcul étant réduite à chaque couche.

• Voir l'Observateur: Le télescope n'est pointé vers aucune étoile en particulier, mais vers l'unique écart qu'on ne peut retirer de tous les relevés d'observation.

• Silence permanent: Éteignez toutes les stations radio, ramenez votre chaleur perdue à la température ambiante et faites ressembler votre étoile à n'importe quelle autre. Dans un univers où existent des armes cinétiques relativistes, « ne pas être trouvé » est la stratégie de survie la plus sûre : un objet d'1 tonne qui frappe à 0,1 c porte une énergie équivalente à environ 100 millions de tonnes de TNT.

• Détection directe de la matière noire: En 2024, l'expérience LZ, à environ 1,5 km sous terre aux États-Unis, a utilisé 7 tonnes de xénon liquide pour attendre que des particules de matière noire frappent des noyaux atomiques. Elle n'a vu aucun signal, fixant les limites les plus strictes à ce jour. La matière noire n'a été « vue » jusqu'ici que par la gravité.

• Recherche de la désintégration du proton: Les théories de grande unification prédisent que les protons se désintègrent. Le détecteur Super-Kamiokande a surveillé 50 000 tonnes d'eau pure pendant plus de vingt ans sans jamais en voir une, ce qui signifie que la durée de vie du proton dépasse 10³⁴ ans. Le Hyper-Kamiokande de la prochaine génération utilisera environ 260 000 tonnes d'eau.

• Stabilité du vide: En prenant la masse du boson de Higgs, d'environ 125 GeV, avec celle du quark top, notre vide n'est peut-être que « métastable » : il existe un état d'énergie plus basse. Un calcul de 2018 a donné sa durée de vie attendue à environ 10¹³⁹ ans, bien plus longue que l'âge de l'univers.

• Échos de la matière noire: Les lentilles gravitationnelles peuvent « photographier » la matière noire : après la collision de l'Amas du Boulet, le gaz chaud est resté au milieu tandis que le centre de gravité s'est déplacé de part et d'autre.

• L'énergie noire change-t-elle ?: En 2025, DESI a mesuré l'histoire de l'expansion cosmique avec plus de 14 millions de galaxies et de quasars et, combiné au fond diffus cosmologique et aux supernovae, favorise un « affaiblissement de l'énergie noire au cours du temps » à 2,8 à 4,2 écarts-types. Si elle continue de s'affaiblir jusqu'à devenir négative, l'univers se contractera un jour de nouveau.

• Résonance de Hoyle: En 1953, Hoyle déduisit que le carbone-12 doit avoir un état excité à environ 7,65 MeV, sinon les étoiles ne pourraient pas fabriquer assez de carbone, et nous n'existerions pas. Des expériences l'ont vite trouvé. Beaucoup de paramètres de l'univers semblent réglés avec une précision qui évoque un ajustement, point de départ du débat sur le « réglage fin ».

• Évaporation des trous noirs: En 1974, Hawking montra que les trous noirs rayonnent et s'évaporent lentement. Un trou noir d'une masse solaire met environ 10⁶⁷ ans à s'évaporer complètement, et les plus grands trous noirs supermassifs environ 10¹⁰⁰ ans.

• Ingénierie du vide: Si l'on pouvait changer l'état du vide d'une petite région de l'espace, on obtiendrait peut-être un autre jeu de physique. Le danger : dès qu'une bulle de vide d'énergie plus basse se forme, elle s'étend à presque la vitesse de la lumière et réécrit toute la physique à l'intérieur. Coleman et De Luccia ont étudié ce type de désintégration en 1980.

• Surveiller le proton: Si les protons se désintègrent, alors à un moment après 10³⁴ ans toute la matière ordinaire de l'univers disparaîtra, ne laissant que des photons, des électrons, des positons et des neutrinos.

• Big Crunch: Si l'énergie noire devient négative, l'expansion s'arrêtera puis s'inversera. Le fond diffus cosmologique se réchauffera de nouveau, les galaxies se rapprocheront, et à la fin tout retournera en un seul point.

• Déclencher le vide: Une nouvelle bulle de vide plus petite qu'un atome, qui s'étend à presque la vitesse de la lumière. On ne peut pas la voir avant qu'elle arrive.

• Le dernier proton: Choisissez de veiller à la fin de l'univers et de voir se désintégrer le dernier proton.

• Parler à la matière noire: Rassemblez toutes les preuves sur la matière noire et écoutez cette série d'événements de basse énergie.

Recherches liées

Ces études sont liées au sujet mais ne prouvent pas directement le contenu de cette page.

• L'univers inflationnaire: Guth a proposé que l'univers primitif a connu une expansion exponentielle, ce qui explique d'un coup pourquoi il est si plat et pourquoi la température est presque la même partout.

  Source : Guth, Physical Review D 1981, "Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems"

• Expansion accélérée: En utilisant des supernovae lointaines comme « chandelles standard », ils ont trouvé que l'expansion de l'univers s'accélère. L'énergie noire entrait en scène, et ce travail a valu le prix Nobel 2011.

  Source : Riess et al., The Astronomical Journal 1998, "Observational evidence from supernovae for an accelerating universe and a cosmological constant"

• 42 supernovae: Une autre équipe est arrivée indépendamment à la même conclusion : une énergie de l'univers entraîne l'expansion accélérée.

  Source : Perlmutter et al., The Astrophysical Journal 1999, "Measurements of Omega and Lambda from 42 high-redshift supernovae"

• Les trous noirs s'évaporent: Les effets quantiques font rayonner lentement de l'énergie aux trous noirs. Les trous noirs ne sont pas éternels et finiront par s'évaporer.

  Source : Hawking, Nature 1974, "Black hole explosions?"

• Moteur à distorsion: La relativité générale autorise une « bulle de distorsion » qui comprime l'espace devant et l'étire derrière, mais elle exige une énergie négative qui n'existe peut-être pas dans la réalité.

  Source : Alcubierre, Classical and Quantum Gravity 1994, "The warp drive: hyper-fast travel within general relativity"

• Le dernier chapitre de l'univers: A calculé le destin de l'univers sur des milliers de milliards d'années et au-delà : les étoiles s'éteignent, les protons se désintègrent peut-être, et les trous noirs finissent par s'évaporer.

  Source : Adams & Laughlin, Reviews of Modern Physics 1997, "A dying universe: the long-term fate and evolution of astrophysical objects"