Des ondes de surface remontent le temps
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Quand, par malheur, un verre tombe et se casse, jamais vous ne verrez la scène à l’envers : des morceaux qui se recollent, puis montent du sol vers la table, pour reconstituer ce récipient à la valeur inestimable.
Pourtant, c’est ce que vient d’observer, sur un phénomène certes différent, une équipe de l’Institut Langevin, à Paris, comme elle l’explique dans la revue Nature Physics du 11 juillet. Ces chercheurs créent des vagues à la surface d’un bain d’eau, en soufflant brièvement par-dessus, ce qui est équivalent au fait d’y faire tomber un caillou. Ils voient les ondulations de la surface s’écarter de la source. Et, d’un coup de baguette magique, ils les « retournent » pour les renvoyer de là où elles étaient parties, au centre du bassin. Ils ont même soufflé sur des motifs en forme de carte de France ou de tour Eiffel et réussi à retourner la tempête ainsi créée : les contours de la France ou de la tour réapparaissent dans le bassin…
« Dans quelques années, tout le monde aura ce genre de bain de jouvence : un coup de baguette et hop vous rajeunissez ! », s’exclame Mathias Fink, coauteur de cette surprenante découverte et spécialiste reconnu du contrôle des ultrasons et autres ondes pour l’imagerie biomédicale, les communications, les radars… Il a même déjà inventé, il y a une vingtaine d’années, une technique pour retourner les ondes, en l’occurrence des ultrasons.
Celle-ci consiste à enregistrer tous les sons en périphérie de la source, puis à retourner le signal dans le temps, à le rejouer pour reconcentrer les ondes vers le point d’émission et les « réentendre ». Mais ce n’est pas ainsi qu’il a procédé cette fois-ci, car il est impossible d’enregistrer toutes les ondulations des vagues. L’opération a consisté à soulever brièvement et assez fort le bain en lui donnant une secousse par en dessous. Cela a pour effet de « casser » l’onde en deux : une partie continue son chemin et l’autre revient vers la source. « Quand ça a marché, nous étions contents. Puis ensuite on a fait des calculs et vu qu’il y avait beaucoup de physique derrière », se souvient Vincent Bacot, doctorant dans l’équipe. « C’était dur à imaginer, même pour nous ! », se souvient Emmanuel Fort, également à l’Institut Langevin.
Miroir temporel
« L’une des beautés de cet effet est qu’il correspond exactement à ce qu’on appelait, au XIXe siècle, le démon de Loschmidt, rappelle Mathias Fink. C’est l’idée qu’on pourrait, à un instant donné, retourner d’un coup toutes les vitesses des particules d’un gaz dans une pièce pour les faire revenir à leur point de départ. »
Tout se passe comme si la variation soudaine d’amplitude créait une sorte de miroir temporel contre lequel les ondes se brisent et repartent. « Notre technique coupe le temps comme un miroir classique coupe l’espace, décrit Emmanuel Fort. Et ça peut marcher pour n’importe quelle onde, à condition de pouvoir effectuer rapidement la variation et avec une forte amplitude. »
« Comprendre la nature du temps fascine tous les physiciens. C’est pourquoi toutes les méthodes qui retournent le temps sont intéressantes, estime Ulf Leonhardt, professeur à l’Institut Weizmann, en Israël. La surprise, dans ce cas, est que l’expérience est simple et peut être faite à la maison ! » Le physicien a été si séduit qu’il va commencer une collaboration avec les Parisiens en lien avec… la cosmologie. « En fait, on peut interpréter la variation de vitesse de propagation des ondes, au moment où l’on fait le choc, comme une modification de la relation entre l’espace (les distances) et le temps (celui mis pour les parcourir). Donc comme un changement de la métrique de l’espace-temps », indique Emmanuel Fort.
De quoi tester des effets analogues à ceux créés par des ondes gravitationnelles ou des trous noirs, des phénomènes qui, justement, modifient considérablement l’espace-temps et qui restent difficiles à appréhender depuis la Terre. Depuis plusieurs années, des spécialistes de l’optique, du son ou des atomes froids essaient d’ailleurs de construire en laboratoire des modèles reproduisant ces effets cosmiques violents. Ces nouvelles vagues françaises donneront une petite cure de jouvence à ces tentatives.