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Cinq prouesses impossibles autorisées par les lois de la physique
Cette article fascinant de New Scientist explique une série de phénomènes étranges liés aux lois de la physique, qui représentent une opportunité de briser les impossibilités physiques actuelles. Ces découvertes pourraient un jour nous permettre de créer des technologies que nous n’avons même pas envisagées, comme le voyage instantané ou la déviation des séismes loin des villes !
Les trous de ver : un voyage à travers le temps
La théorie de la relativité générale d’Albert Einstein est célèbre pour sa prédiction des trous de ver, qui sont de potentiels raccourcis permettant un voyage dans le temps. Bien qu’aucun individu n’ait jamais observé de tels structures, le débat est intense sur la possibilité de voyager à travers ceux-ci si jamais ils existent.
En attendant un visiteur du futur pour éclairer ce mystère, examinons d’autres impossibilités physiques qui pourraient en fait s’avérer réalisables.
Les machines à mouvement perpétuel
La notion de dispositifs capables de fonctionner ou d’exécuter des tâches sans énergie externe a intrigué de nombreuses personnalités au fil des siècles. Léonard de Vinci a conçu plusieurs modèles impliquant des poids tournants, tandis que Robert Boyle a imaginé un entonnoir qui s’auto-alimente. Blaise Pascal, en revanche, a eu la sagesse de renoncer à cette quête et a plutôt inventé la roue de la roulette.
Les grandes machines à mouvement perpétuel contreviennent aux lois fondamentales de la physique, en particulier celles de la thermodynamique, notamment le principe de conservation de l’énergie. Ce principe, que nous avons appris dès l’école primaire, stipule que l’énergie ne peut être créée ni détruite, mais seulement transformée d’une forme à une autre.
Cependant, les « cristaux du temps », créés par le physicien lauréat du Prix Nobel Frank Wilczek, semblent s’en rapprocher. Ces matériaux présentent un mouvement perpétuel dans le temps sans source d’énergie externe. Néanmoins, les modèles récemment développés en laboratoire n’effectuent pas de travail utile, ce qui incite à la poursuite des recherches.
Le transport instantané
Avez-vous déjà souhaité être englouti puis projeté à un autre endroit ? Étonnamment, les lois de la physique ne l’interdisent pas. Dans son livre publié en 2008, « La physique de l’impossible », le physicien Michio Kaku décrit le transport instantané comme une « impossibilité de premier ordre », indiquant que cette technologie est théoriquement réalisable.
En réalité, des dispositifs de téléportation existent déjà, mais pas pour les humains, seulement pour les particules subatomiques. L’intrication quantique, phénomène qu’Einstein a qualifié d' »action fantôme à distance », permet la transmission instantanée d’informations et d’états quantiques à travers l’espace.
Les premières expériences de téléportation quantique, menées en 1997, ont réussi à reconstruire l’état quantique d’un photon dans un autre situé à quelques dizaines de centimètres. En 2017, le record mondial de téléportation quantique a été porté à plus de 100 kilomètres.
Capes d’invisibilité
La cape d’invisibilité d’Harry Potter est un exemple fictif d’un vêtement magique capable de vous rendre invisible. Cependant, les matériaux dits « métamatériaux » (des substances conçues pour avoir des propriétés absentes dans la nature) suggèrent une possibilité semblable dans la vie réelle.
Le principe derrière ces dispositifs est simple : les ondes lumineuses se courbent autour d’un objet dans votre champ de vision, tout comme l’eau contourne une pierre dans un cours d’eau. En pratique, cela nécessiterait le développement de nouveaux matériaux nanoscopiques capables de plier la lumière de manière inhabituelle.
Les premiers métamatériaux ont été fabriqués en laboratoire en 2000, et des dispositifs d’invisibilité basiques ont suivi. Récemment, des chercheurs ont conclu que le camouflage pour des objets de taille humaine est impossible. Cela dit, même si cela était réalisable, seuls certains spectres lumineux pourraient être redirigés, rendant l’objet couvert d’une couleur étrange et plus visible.
Au lieu de cela, des principes similaires pourraient être appliqués à une échelle plus significative, en détournant les ondes sismiques pour protéger des villes entières des tremblements de terre.
Températures négatives
Pour vivre dans cet univers, il est préférable de respecter ses règles. Vous ne pouvez pas voyager plus vite que la lumière, vous ne pouvez pas diviser par zéro, et vous ne pouvez pas refroidir quoi que ce soit à une température inférieure à zéro absolu.
Le zéro absolu, qui est d’environ -273 degrés Celsius, est la température à laquelle les atomes cessent de bouger. Il semble donc logique de ne pas pouvoir descendre en dessous. En réalité, des physiciens ont prouvé qu’il était impossible d’atteindre le zéro absolu, mais on peut sauter sous.
Selon une définition thermodynamique stricte, la température mesure le désordre : plus un système est calme et ordonné, plus sa température est basse. Ainsi, en 2013, des physiciens de l’Université Ludwig Maximilian de Munich ont atteint une température inférieure au zéro absolu en refroidissant un ensemble d’atomes à quelques degrés près du zéro.
Bien que de telles conditions ne soient pas pratiquement utiles, elles pourraient nous aider à étudier l’énergie noire, cette matière mystérieuse qui déchire l’univers, avec certains pensant qu’elle pourrait avoir une température négative.
Matière mariée à antimatière
En règle générale, lorsque la matière entre en contact avec son opposé, l’antimatière, les deux « s’anéantissent » dans une explosion soudaine d’énergie. Heureusement, notre univers possède beaucoup de matière et peu d’antimatière, un fait mystérieux. (L’antimatière est la même que la matière normale mais avec des charges opposées.)
Étonnamment, une partie de la matière pourrait également se comporter comme de l’antimatière. Les particules appelées fermions de Majorana pourraient avoir leurs propres antiparticules, capables de produire de grandes quantités d’antimatière.
Les neutrinos, lorsqu’ils sont dans des conditions appropriées, pourraient être des particules auto-anéantissantes. Des scientifiques soupçonnent depuis longtemps que les neutrinos pourraient appartenir à cette catégorie, bien que prouver cela nécessiterait d’observer certaines des plus rares interactions de l’univers, très peu fréquentes et pouvant se produire une fois tous les 100 trillions d’années.
Dans un contexte similaire, des rapports continuent d’affirmer que nous avons obtenu des résultats analogues dans des laboratoires. Lorsque l’électron est extrait d’un superconductor, un trou se forme, agissant comme une particule chargée positivement de la même masse. Si manipulés correctement, ces deux éléments pourraient se comporter comme des particules de Majorana.