La série de jeux vidéo Half-Life sortie entre 1999 et 2007 (et on attend encore HL-3 !) est un jeu de tir (FPS) futuriste où l’humanité doit résister de façon clandestine à une violente dictature extraterrestre imposée par le Cartel. Le joueur, incarnant Gordon Freeman, est un scientifique qui fait partie de la résistance.

Au cours du jeu, Freeman est emmené à utiliser diverses armes à feu ainsi qu’une mystérieuse arme nommée « manipulateur du champ d’énergie du point zéro » ou plus simplement pistolet antigravité. L’arme permet en effet de soulever des objets très lourds avec un simple bouton.

Comment le pistolet antigravité fonctionne-t-il ?

Les hypothèses concernant le fonctionnement du pistolet antigravité

L’arme peut soulever des objets très facilement. D’un point de vue physique, l’arme compense la force de gravité s’exerçant sur l’objet. Il y a deux façons de faire ceci et on procédera par élimination (qui est tout à fait valable scientifiquement) en se basant sur le rendu dans le jeu vidéo :

• soit en utilisant une force opposée à la gravité et plus puissante que la gravité ;
• soit en annulant véritablement l’attraction gravitationnelle exercée par la Terre sur l’objet, donc son poids.

Dans le premier cas, c’est très facile à faire : une force plus puissante que la gravité qui permet de soulever des choses, il y en a partout : votre bras est plus fort que la gravité quand il soulève une pomme ; une grue est plus puissante quand elle soulève une poutre, ou un aimant est plus puissant que la gravité quand il soulève un objet métallique.

Premièrement, le pistolet antigravité soulève aussi bien des objets métalliques que des objets non-métalliques (des pierres, des corps…) : on peut éliminer l’hypothèse magnétique.

Ensuite, deuxièmement, quand vous soulevez un objet de 10 kg et que vous montez avec cet objet sur une balance, alors vous pèserez 10 kg plus lourd que votre propre poids : l’objet est lui aussi sur la balance, et exerce donc lui aussi une force sur la balance. Du coup, quand on soulève une carcasse de voiture de 200 kg ou un rocher de 500 kg dans le jeu, alors ça fait d’autant plus de poids s’exerçant sur le corps et surtout les pieds du personnage : il devrait logiquement s’effondrer sous tout ce poids ou s’enfoncer dans le sol, or il n’en est rien.

Ceci nous laisse donc le second cas : l’arme antigravité annule l’attraction gravitationnelle exercée par la Terre sur l’objet : l’objet ne pèse plus rien.

Comment annuler le poids de l’objet ?

Physiquement, l’expression mathématique du poids est « Poids = masse × accélération de la pesanteur ».
On a donc deux solutions pour avoir un poids nul : soit la masse devient nulle, soit l’accélération de la pesanteur l’est.

Pour annuler l’accélération de la pesanteur, c’est simple : il suffit de supprimer la Terre, et le rocher que l’on soulève n’est plus attirée du tout, nulle part. Mais ce n’est pas ce que fait l’arme ici : la Terre n’est pas supprimée (manifestement…).
On peut aussi ajouter une autre masse au-dessus, qui va exercer sur lui aussi une force (vers le haut) sur l’objet.

On y reviendra sur cette dernière idée, car la réalité est plus compliquée que ça : un objet possède en effet plusieurs types de masses et il faut les prendre en compte de façon séparée.

La masse

J’ai tout un article sur la masse d’un objet ici : C’est quoi la masse ?

Pour résumer, la masse désigne deux choses :

• la contribution au champ gravitationnel : plus il y a de masse, plus le champ de gravitation est intense ;
• la résistance à l’accélération (on appelle ça l’inertie) : plus un objet est massique, plus changer sa vitesse et/ou le mettre en mouvement est difficile.

Ce sont là deux définitions différentes de la masse : la première est issue de la gravitation et on la nomme donc « masse grave », et la seconde est issue du principe d’inertie, d’où son nom de « masse inerte ».

Alors qu’a priori rien ne pousse à ça, il se trouve que ces deux masses (inerte et grave) sont égales. La contribution d’un corps au champ gravitationnel se trouve être de la même valeur (en kilogrammes) que le facteur de résistance à la variation à l’accélération dans le cadre du principe d’inertie. On ne connaît pas encore l’origine de cette égalité, mais on lui a donné un nom : c’est le principe d’équivalence faible.

En se basant sur ce principe d’équivalence faible, on pose un autre principe d’équivalence : le principe d’équivalence fort.
Si le principe d’équivalent faible dit que les deux types de masses sont égales, le principe d’équivalence fort va plus loin : il dit que les effets de l’inertie sont identiques aux effets du champ de pesanteur. Une accélération inertielle est identique à une accélération gravitationnelle.

Pourquoi tout ça ?

Parce qu’en se basant sur ces principes, on peut remonter à l’origine de la masse… pour pouvoir l’annuler ! Et pour ça, faisons intervenir…

Le boson de Higgs

Ok, non pas le boson de Higgs, mais le champ de Higgs, en fait.

Le champ gravitationnel ou le champ magnétique sont nuls partout et non-nuls localement : à côté d’un aimant, le champ magnétique est intense, mais il s’estompe rapidement avec la distance.
Le champ de Higgs lui, est non-nul partout dans l’univers (un boson de Higgs, c’est juste une perturbation supplémentaire dans ce champ).

C’est le champ de Higgs qui agit comme une résistance à l’accélération des objets : il est donc responsable de la masse inerte, au moins en partie.

Vous vous souvenez quand je disais juste au-dessus que la masse inerte était la cause de la difficulté de mise en mouvement d’un ballon en pierre ? J’ai dit que c’était parce que la pierre était très massive (contrairement à un ballon rempli d’air). Et bien cette difficulté à la mise en mouvement résulte de la résistance à la mise en mouvement imposée par le champ de Higgs.

Pour le dire simplement : plus un objet sera massique, plus le champ de Higgs s’opposera à lui lors d’une accélération et plus il sera difficile de déplacer cet objet.

Là où on peut utiliser ce champ de Higgs, c’est pour expliquer le fonctionnement du pistolet antigravité : il explique en fait pourquoi on peut le soulever rapidement et l’envoyer très loin.

Le pistolet antigravité : un canon à bosons de Higgs ?

Si on utilise l’arme antigravité pour soulever une voiture, on a vu que la voiture ne devait plus posséder de masse du tout. En d’autres termes, ça signifie donc que cette voiture n’a, localement et temporairement, plus d’interactions avec le champ de Higgs. C’est donc comme si le champ de Higgs était nul à la sortie du pistolet.

On peut réaliser tout cela en envoyant des bosons de Higgs sur la voiture, à supposer qu’on puisse envoyer des bosons de Higgs « négatifs » pour diminuer le champ de Higgs en la rapprochant d’une valeur nulle : à ce moment, le champ de Higgs étant nul à l’endroit de la voiture, la voiture n’a plus de masse et on peut la déplacer autant que l’on veut très facilement.

Ceci semble bien pratique sur le papier et pourrait même fonctionner : un coup de ce pistolet sur un ballon en pierre vous permettrait de l’envoyer aussi loin qu’un ballon normal. Un problème subsiste par contre : le champ de Higgs est responsable d’une partie de l’apparition de la masse inerte. Pas de la masse grave !
Un objet fortement massique sera maintenant facilement mis en mouvement horizontalement, mais il sera toujours difficile à soulever verticalement.

Si les deux masses sont en pratiques égales, rien ne laisse supposer qu’elles le seront si on les modifie de façon indépendantes.

Il faut donc aussi adapter la masse grave… Si possible avec le même canon et dans des proportions identiques.

Le pistolet antigravité : un canon à matière noire ?

Pour annuler l’attraction gravitationnelle, il faut là aussi remonter à l’origine de la composante de la masse qui lui est associée : la masse grave.

Sauf que là, on ne sait pas.

Sur les quatre forces de la nature (gravitation, électromagnétisme, force nucléaires faible & forte), celle qui se manifeste de la façon la plus intuitive et le plus clairement tous les jours, la gravitation, est aussi celle dont on sait le moins de choses.

Einstein avait dit que le champ gravitationnel était une distorsion de l’espace-temps. Dans le cas d’une pomme qui tombe, attirée par la Terre, ça revient à dire que la pomme ne fait que traverser le temps en suivant des lignes de l’espace-temps dirigées vers la Terre. Lors de la chute, plus le temps passe, plus la distance entre la pomme et la Terre diminue.

Pour annuler cette chute, il faut placer quelque chose entre la Terre et la pomme : par exemple un filet ou une table. La table va bloquer la pomme et l’empêcher d’atteindre le sol.

On pourrait aussi annuler cette déformation de l’espace-temps induite par la présence de la Terre : si les lignes de l’espace-temps sont dirigées par la Terre, il suffit de les redresser. Vu que le pistolet antigravité ne produit pas de tables qu’elle place sous les objets, on peut penser que c’est comme ça qu’il doit procéder.

Une façon de distordre l’espace temps, c’est en ajoutant une autre masse, pour annuler la gravité de la première. Si les deux masses sont égales, alors exactement entre les deux masses se trouve un point où la gravitation n’est plus.

Voyez comment Jules Verne expliquait ça, dans « Autour de la Lune (1872) » :

À mesure qu’il [le boulet de canon] s’éloignait de la Terre, l’attraction terrestre diminuait en raison inverse du carré des distances, mais aussi l’attraction lunaire augmentait dans la même proportion. Il devait donc arriver un point où, ces deux attractions se neutralisant, le boulet ne pèserait plus.

Ce point ou l’attraction gravitationnelle combinée de deux astres devient nulle, se nomme le point L1, ou point de Lagrange 1 (pour deux astres quelconques, il y en a cinq en tout).

Pour notre pistolet, il faut donc générer une masse dont le champ de pesanteur soit égal à celle de la Terre, au-dessus de l’objet qu’on veut léviter. Il n’est pas nécessaire qu’elle soit aussi grosse que la Terre : si elle est plus petite mais plus compacte, ça marche aussi. Par contre, elle doit être invisible !
Un candidat à ça serait la matière noire, dont on ne sait pratiquement rien (on ne sait même pas si c’est de la matière), seulement que c’est là et que c’est responsable de trois-quart de la gravitation dans l’univers.

Dans l’hypothèse où la matière noire est composée de particules (que c’est de la matière, donc), le pistolet à gravité pourrait être capable de les produire et d’en placer une grande quantité au-dessus de notre objet histoire de le soulever. Une fois qu’on relâche la gâchette, la matière noire disparaît et l’objet retombe sur Terre.
On suppose que cette matière noire puisse léviter d’une façon ou d’une autre pour ne pas tomber à la surface de la Terre.

Pour conclure

Le manipulateur du champ d’énergie du point zéro de Half-Life, qui soulève des objets comme s’ils n’avaient pas de poids doit faire face à la dualité de la définition de la masse : la masse inerte et la masse grave.
Ces masses sont égales par le principe d’équivalence faible, mais rien ne dit qu’elles le seront toujours si on arrive à en modifier une seule.

La masse inerte est annulée en envoyant des bosons de Higgs sur la voiture : à ce moment-là, la voiture n’oppose plus aucune résistance à la mise au mouvement : elle n’a plus aucune inertie et elle n’aurait aucune énergie cinétique si elle roulait sur une voie horizontale.

La masse grave de l’objet à soulever se compense de façon indirecte en plaçant une sphère de matière noire au-dessus de lui qui va l’attirer vers le haut (par gravité). Cette matière noire doit être placée de telle sorte que l’objet à soulever soit localisée sur le point de Lagrange L1 de la Terre avec cette matière noire.

Avec un générateur à bosons de Higgs et un générateur de matière noire qui lévite, il est donc possible de faire un pistolet antigravité. Y’a plus qu’à se mettre au travail.