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TROU DE VER

Albert Einstein et Nathan Rosen supposèrent que certains trous noirs (ou puits gravitationnels) pouvaient déboucher sur un autre puits symétrique appelé fontaine blanche.

 

Ce passage est appelé trou de ver (wormhole an anglais) ou également pont Einstein-Rosen-Podolski (appelé plus couramment pont Einstein-Rosen. Les fontaines blanches déboucheraient en un à point de l'espace et du temps complètement différent du point d'entrée dans le trou noir.

Les univers parallèles

Leur existence est prouvée en physique quantique dont le principal concept est le suivant: On ne peut pas connaître simultanément la position et la vitesse d'une particule...c'est le fameux principe d'incertitude d'Heisenberg. La création des univers parallèles peut s'expliquer par le très bon exemple du chat de Schrödinger:

Imaginons un chat piégé dans une pièce sans fenêtres. A l'intérieur de cette pièce se trouve une capsule de cyanure prête à être brisée par un marteau. Imaginons que le basculement du marteau (qui éclaterait la capsule) soit déclenché par un photon, simple particule de lumière projetée vers un miroir semi transparent. Un tel miroir laisse passer le photon une fois sur deux. Si la particule traverse le miroir, le mécanisme se déclenche, si elle se réfléchit sur le miroir, rien ne se passe. La probabilité que l'un des deux évènements se produise est donc 1/2. Il y a donc une chance sur deux que le chat trépasse. Là où les choses se compliquent, c'est qu'en physique quantique, une particule s'apparente non seulement à une particule mais aussi à une onde. Cette onde s'étale dans l'espace à la façon des vagues à la surface de l'eau quand on y jette un caillou. Le photon désigne aussi une onde et son aspect ondulatoire lui confère la propriété de se trouver en de multiples endroits à la fois. Le photon a donc la capacité de traverser le miroir et au même moment, d'y rebondir. Les deux possibilités coexistent et comme le destin du chat se trouve intimement lié à l'attitude du photon, on en déduit que le chat est à la fois mort (car le photon traverse le miroir) et vivant (car il rebondit dessus).

Mais bien sûr, une telle situation est inimaginable et physiquement impossible...la solution apportée est la suivante:
A chaque instant qu'une particule peut avoir plusieurs états simultanément, il se crée des univers correspondant aux différents états possibles. Il existerait donc un univers où le chat est mort et un autre où le chat est vivant et l'univers depuis lequel on observe ceci serait choisit aléatoirement.

C'est là que la série Sliders devient de la "science-fiction" car il n'est pas possible de voir ces univers et encore moins possible de voyager entre. Ces univers parallèles n'ont probablement pas les mêmes lois physiques que le notre. Il est donc tout à fait possible d'imaginer un univers dans lequel la flèche du temps ne pointe pas vers l'avenir mais vers le passé, ou encore un univers à 30 dimensions...Cependant, certains physiciens affirment qu'il est possible qu'il se crée en certains points de l'univers d'autres univers à partir des trous noirs...dans ce cas pourquoi ne pas voyager dans un trou de ver ? Pour la simple et bonne raison qu'il existe 2 problèmes fondamentaux:

Le premier problème que l'on rencontrera pour utiliser le pont Einstein-Rosen-Podolski serait de le trouver. En effet même s'il existe, ce n'est qu'à l'échelle microscopique...il ne mesurerait que 10e-43 cm et ne resterait stable que 10e-35 secondes. Cependant en 1985, Kip Thorne montra que la seule manière de préserver la stabilité structurelle d'un trou noir serait de le tapisser d'une matière antigravitationnelle...ce qui produirait un champ antigravitationnel...or justement, en 1996, ce phénomène à été mis en évidence expérimentalement...il porte le nom d'effet Casimir. Si l'on impose un fort champ électrique entre deux plaques séparées par le vide, le champ impose au vide une telle tension qu'il l'oblige à fluctuer jusqu'à ce qu'il donne naissance à des électrons...ce qui revient à extraire de l'énergie du vide...qui ne peut-être que négative.

Le deuxième problème est de rentrer en toute sécurité dans le trou noir (sans être attiré vers la singularité de densité infinie et être ainsi littéralement broyé). Là encore, en 1963, Roy Kerr apporta une solution à ce problème: il prétendit que les trous noirs tournent autour d'un axe central (comme un cyclone)...ce qui permet de définir un point par lequel il est possible de rentrer en toute sécurité...car ce point serait dénué de toute force gravitationnelle.

Enfin, même si Quinn Mallory refuse de l'admettre, les trous de vers pourraient non seulement nous faire voyager vers des univers parallèles mais également à travers le temps (ce qui n'est pas contradictoire lorsqu’on sait que l'espace et le temps sont intimement liés)

Les trous noirs sont-ils des passages vers d’autres Univers ?

Un trou de ver pourrait ouvrir un passage vers un autre Univers. Selon une nouvelle étude, les objets que les scientifiques appellent des trous noirs pourraient être en fait des trous de ver menant à d’autres Univers. Si cette hypothèse était confirmée, elle permettrait de résoudre une énigme quantique connue sous le nom de paradoxe de l’information du trou noir ; cependant les critiques pensent qu’elle soulèverait également des problèmes nouveaux, le premier d’entre eux étant celui de la formation de ces trous de vers.

 Un trou noir est un objet dont la zone de gravité possède une influence si puissante que tout ce qui s’égare à l’intérieur d’une limite appelée horizon des événements, y compris la lumière, ne peut s’en échapper. La théorie de la Relativité Générale d’Einstein montre qu’un trou noir peut se former dès que la matière est confinée dans un espace suffisamment restreint. Bien que les trous noirs ne puissent pas être observés directement, les astronomes ont identifié de nombreux objets cosmiques comme appartenant à cette espèce, en se basant sur la façon dont la matière leur tourbillonne autour.

Mais les physiciens Thibault Damour de l’Institut des Hautes Etudes Scientifiques de Bures-sur-Yvette, et Sergey Solodukhin de l’université internationale de Brême en Allemagne, affirment désormais que ces objets pourraient être en réalité des structures appelées trous de ver.

Un trou de ver est une déformation du tissu de l’espace-temps qui connecte un endroit à un autre. Si l’on imagine notre univers comme une feuille bidimensionnelle, on peut représenter un trou de ver comme une sorte de « gorge » reliant notre feuille à une autre. Dans un tel scénario, l’autre feuille pourrait être un univers différent, possédant ses propres galaxies, étoiles et planètes.

Damour et Solodukhin ont étudié ce à quoi pourraient ressembler de tels trous de ver et ont découvert avec étonnement qu’ils imiteraient les trous noirs que nous connaissons à un point tel qu’il nous serait pratiquement impossible de faire la différence.

Le rayonnement de Hawking

La matière tourbillonnerait autour d’un trou de ver de la même manière qu’autour d’un trou noir, les deux types d’objets déformant de façon identique l’espace qui les entoure.

On pourrait espérer les distinguer par le rayonnement de Hawking, cette émission de particules et de lumière qui ne devraient provenir que des trous noirs et auraient un spectre énergétique caractéristique. Mais ce rayonnement est si faible qu’il serait complètement noyé par d’autres sources, telles que le fond cosmique micro-onde, vestige du Big Bang, et qu’il serait inobservable en pratique.

Une autre différence que l’on pourrait espérer exploiter est que les trous de ver, contrairement aux trous noirs, n’ont pas d’horizon des événements. Cela signifie que ce qui pénétrerait dans un trou de ver pourrait en revenir « intact ». En fait, les théoriciens indiquent qu’un certain type de trou de ver boucle sur lui-même, de sorte qu’il ne débouche pas sur un autre univers, mais mène à sa propre entrée.

Un audacieux plongeon

Mais ceci ne fournit pas un test infaillible non plus. Selon la forme du trou de ver, il pourrait falloir des milliards et des milliards d’années pour que ce qui y rentre en ressorte. Même les plus anciens trous de ver de ce type dans notre univers n’auraient pas eu encore le temps de nous retourner quoi que ce soit.

Il semble que la seule façon de procéder pour faire la différence soit de faire un plongeon audacieux à l’intérieur. Ce serait un jeu dangereux, parce que si c’est un trou noir, la gravité incroyablement intense à l’intérieur éparpillerait tous les atomes du corps y pénétrant. Et quand bien même il s’agirait d’un trou de ver, les forces en jeu pourraient encore lui être fatales.

Un mouvement de yo-yo

En supposant que l’on survive à l’expérience, et que le trou de ver ne soit pas symétrique, on pourrait finalement se retrouver de l’autre côté, dans un autre univers. Mais sans autre action, le trou de ver tendrait à nous ré aspirer et à nous ramener vers son ouverture dans notre univers. « Le vaisseau spatial subirait un mouvement de yo-yo, indique Damour, à moins d’utiliser ses moteurs pour échapper à l’attraction du trou de ver et explorer l’espace de l’autre côté.

Mais quelqu’un qui vous attendrait d’un coté ou de l’autre devrait sans doute attendre des milliards d’années avant d’avoir de vos nouvelles, le temps de passage pourrait être affreusement long.

Un tel délai rendrait impossible les communications entre les univers. Mais ce retard pourrait devenir plus petit avec de plus petits trous de ver. Si un trou de ver microscopique pouvait être découvert, voire fabriqué, le temps de transfert pourrait se réduire à quelques secondes, indique Solodukhin, rendant potentiellement réalisable la transmission bidirectionnelle.

Stephen Hsu de l’université de l’Oregon, qui a étudié la formation des trous noirs et les propriétés des trous de ver, est d’accord avec le fait que la distinction entre les deux types d’objets par des observations est en pratique impossible, du moins avec la technologie  actuelle.

Une matière exotique

La propriété la plus importante d’un trou noir, c’est-à-dire l’existence d’un point de non retour, n’est pas quelque chose que nous pouvons tester à l’heure actuelle Toujours est-il que, les objets que l’on soupçonne être des trous noirs en sont probablement plutôt que des trous de ver. Il existe des scénarios plausibles pour expliquer leur formation, comme l’effondrement d’une étoile  massive, alors que celle des trous de ver n’est pas claire.

Les trous de ver qui pourraient être confondus avec des trous noirs macroscopiques exigent, pour rester stables, la présence d’un certain type de matière exotique. Et rien n’est moins sûr qu’une telle matière existe.

Solodukhin indique qu’un trou de ver pourrait se former plus ou moins de la même façon que les trous noirs, lors de l’effondrement d’une étoile. Les physiciens pensent que c’est le processus normal de formation d’un trou noir, mais pour Solodukhin, des effets quantiques pourraient stopper l’effondrement juste un peu avant la formation du trou noir, et conduire à celle d’un trou de ver.

Selon lui, ce mécanisme pourrait même être inévitable dans une vision plus complète de la physique unissant la mécanique quantique (Fille de l’ancienne théorie des quanta, la mécanique quantique constitue le pilier d’un ensemble de théories physiques…) et la gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.). S’il a raison, alors partout où l’on s’attend à ce que des trous noirs se forment, des trous de ver se formeraient à la place.

Des trous noirs microscopiques

Et il pourrait exister une façon de tester cette conjecture. Certains physiciens pensent que les futures expériences dans les nouveaux accélérateurs de particules pourraient produire des trous noirs microscopiques

De tels minis trous noirs émettraient des quantités mesurables de radiations de Hawking, démontrant par là même qu’ils en sont et non pas des trous de ver. Mais si Solodukhin a raison, et que des trous de ver microscopiques se forment à la place, aucun rayonnement de ce type ne doit exister.

La résolution d’un paradoxe

Un avantage supplémentaire de cette théorie des trous de ver est qu’elle pourrait résoudre le paradoxe de l’information du trou noir. La seule forme sous laquelle quelque chose s’échappe d’un trou noir est celle d’un rayonnement de Hawking, mais la façon dont ce rayonnement diffuse des informations sur l’objet qui a été avalé est mal expliqué. L’effet de brouillage de l’information est en conflit avec la mécanique quantique, qui interdit la perte d’information sur un objet tombant dans un trou noir « En théorie, les trous de ver sont plus adaptés que les trous noirs parce que tous ces problèmes de perte d’information ne se présentent pas, » indique Solodukhin. Comme les trous de ver n’ont pas d’horizon des événements, la matière est libre de s’en échapper sans avoir été initialement convertie en rayonnement de Hawking, et l’énigme de l’information perdue n’existe plus.

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