Voyage relativiste - Définition

Introduction

Avant Einstein

Avec Einstein

En physique des particules

Méta

Position du problème

Il a été proposé d'utiliser une nouvelle forme d'énergie, par exemple l'énergie nucléaire pour propulser des vaisseaux spatiaux habités au-dehors du système solaire. Le problème est clairement que la plus proche des étoiles connues (α du Centaure) se trouve à 4 années-lumière, c'est-à-dire de l'ordre de 40 000 milliards de km. Pour lancer un équipage dans un voyage d'une durée raisonnable, et ceci dans des conditions d'accélération supportables sur la longue durée, on se heurte à une difficulté insurmontable.

Cependant, sur le papier, on peut penser au fait que quand on atteint des vitesses proches de celle de la lumière, le temps s'écoule plus lentement que pour les personnes qui n'ont pas été accélérées. On peut tenter de jouer sur ce fait pour raccourcir des voyages sur des distances qui paraissent inaccessibles.

Conclusions

Les hypothèses faites sont clairement intenables. La perte en masse due à la consommation d'énergie, en supposant un rendement de 100%, aboutit à des chiffres totalement absurdes. Le rendement de 100% suppose des procédés d'accélération encore insoupçonnés. Au mieux, on peut envisager, avec les connaissances actuelles en physique fondamentale – et sans se préoccuper des problèmes technologiques – un rendement de 1%, ce qui ne fait que rendre le problème encore plus aigu. On pourrait penser limiter cet effet en diminuant la portée de la mission, par exemple en se limitant à un paramètre relativiste de 1 seulement, au lieu de plus de 7. Toujours en gardant une accélération égale à celle que nous supportons sur la Terre, , et un rendement de 100%, on aboutirait alors à diviser la masse du vaisseau par un facteur pour l'ensemble de la mission. Le temps de mission serait de 4 ans à bord du vaisseau et de 4,7 ans sur Terre, mais évidemment, la portée de la mission ne serait que de 1,1 année-lumière. Avec les mêmes hypothèses, mais un rendement « réaliste » de 1%, la perte de masse serait élevée à la puissance 100, soit déjà un facteur de 10¹⁷⁴, pour une même distance, soit le quart de la distance à l'étoile la plus proche connue.

On pourrait néanmoins observer que, dans ces conditions, on peut se mettre en vol inertiel entre la période d'accélération et celle de décélération. Comme on a déjà atteint la vitesse respectable de tanh φ = 0,76 c, il suffit de patienter 2,9/0,76= 3,8 années terriennes, à l'aller comme au retour, pour rallonger la portée de la mission jusqu'à 4 années-lumière. C'est bien entre les deux phases accélération/décélération qu'il est le plus avantageux de procéder à ce vol inertiel, car c'est là qu'on bénéficie de la plus grande vitesse. En temps-vaisseau, cet intervalle est de 3,8/cosh φ = 2,5 années. Le temps total de la mission s'établit donc à 9 années-vaisseau et à 12,3 années terrestres. La répartition de l'accélération n'a pas d'influence sur le rapport de masses, puisque celle-ci ne dépend que de la variation totale de φ.

En attendant même la perspective de rendements convenables par rapport à l'hypothèse maximale de 100%, on voit que le voyage utilisant la contraction relativiste du temps est loin d'être sérieusement envisageable. Seules des économies considérables sur la vitesse maximale atteinte et donc sur la vitesse moyenne, peuvent permettre d'atteindre les objectifs du voyage intersidéral. Ces économies se répercutent évidemment alors sur la durée de la mission.

Pour fixer les idées, nous donnons ci-dessous une gamme de paramètres de voyage dans le cadre ci-dessus, avec un rendement 100% ou de 1% :