Le Repaire des Sciences
Sciences Physiques et Chimiques

 

 

 

 

     Voyage au centre d'un trou noir
 



 

Aux voyageurs intrépides, les équations mathématiques sourient . Telle pourrait être la devise des explorateurs d’univers parallèles . La Relativité générale leur a en effet réservé un sésame cosmique : les trous noirs .

 

Le film de Spielberg et Zemeckis, avec "Doc", le savant fou. Un grand classique. Modélisation d'un trou noir : ce que l'on peut voir est en fait le disque d'accrétion. Passée la limite de l'horizon, le trou est bel et bien noir et ne laisse filtrer aucune lumière.

            Les trous noirs sont des cadavres d’étoiles massives, qui se sont effondrées sous l’action de leur gravité, après avoir brûlé tout leur combustible nucléaire . Car si la gravitation est la moins intense de toutes les forces, elle est cumulative . Certains astrophysiciens pensent qu’il pourrait exister des trous noirs primordiaux, nés au début de notre Univers . Dans tous les cas, les trous noirs se distinguent par une force de gravité si intense que la lumière elle-même ne peut s’en échapper . Après avoir théorisé l’existence des trous noirs, Albert EINSTEIN et un autre physicien, Nathan ROSEN, suggérèrent que le puits gravitationnel de certains d’entre eux puisse s’ouvrir sur un autre puits symétrique . Ce dernier pourrait déboucher dans une région éloignée de notre Univers, ou dans un autre univers . La matière et les rayonnements qui tomberaient dans cette gorge (ou « pont d’Einstein-Rosen ») seraient expulsés par un anti-trou noir, un trou blanc, jaillissement gravitationnel très énergétique . Ces ponts d’Einstein-Rosen pourraient alors être des voies de communication vers d’autres univers .

            Supposons donc qu’un vaisseau spatial ait pour mission de passer dans un univers parallèle : il lui faudrait d’abord dénicher un trou noir, par définition invisible . En outre, si ce trou noir n’est pas assez massif, le vaisseau s’allongera d’une manière monstrueuse, jusqu’à ne plus sembler qu’une longue corde qui finirait par se déchirer . Il vaut mieux choisir un trou noir d’au moins 10 millions de masses solaires, dont le puits gravitationnel sera moins raide ; et puis il faut que ce trou noir soit en rotation, sinon notre vaisseau ira s’écraser tout droit sur la singularité centrale de densité infinie qui concentre la masse de l’étoile morte . Une fois dépassée la dernière orbite stable, l’engin sera pris dans un maelström parcouru de puissants champs magnétiques, qui mettront notre vaisseau à rude épreuve . A l’intérieur du trou noir, les survivants découvriront des scènes fabuleuses : l’espace-temps est en effet si froissé qu’il entremêle des images multiples d’étoiles et de galaxies . Et peut-être même celles d’un autre univers si notre vaisseau, recraché par un trou blanc, émerge bien dans un univers parallèle . En réalité, une telle expédition est peu probable : aucun trou blanc n’a jamais été repéré dans notre Univers . Alors imaginer leur existence hypothétique dans un univers tout aussi hypothétique relève plus du roman que de l’aventure spatiale .

 

            Un groupe de physiciens s’affranchit de l’espace et du temps pour résoudre les énigmes de la Physique contemporaine . Il découvre ainsi que le monde de l’infiniment petit est certainement régi par les mêmes lois que les trous noirs .

            L’idée de monde parallèle est absurde pour Abhay ASHTEKAR . Ce ne sont pas les autres mondes qui le choquent, mais les parallèles  ; pour lui, les physiciens actuels ont un peu trop les pieds posés sur Terre : leurs théories présupposent que l’espace est plat, avec de belles parallèles . Une aberration, puisque la Relativité générale nous dit au contraire que l’espace peut être déformé par une masse importante . Mais comment éviter cette aberration ?

            Il suffit d’éliminer les références au temps et à l’espace, ou, plus exactement, à la métrique . Mathématiquement, la chose a longtemps semblé impossible, jusqu’à ce qu’avec John BAEZ et Jerry LEWANDOWSKI, le scientifique s’attelle à la construction de l’outil mathématique nécessaire à leur objectif : étudier les propriétés des objets plus petits que les atomes, sans utiliser de métrique .

            Leurs équations dessinent un monde surprenant, dans lequel rien ne ressemble à ce qui se passe à notre échelle . Ils en ont tiré une nouvelle interprétation de la nature de l’espace-temps . Imaginons que nous soyons transformés en minuscules organismes de 10-35 mètre de haut, les atomes auraient la taille des galaxies . Et l’espace-temps ne ressemblerait pas du tout à ce que nous connaissons . Nous serions sur une espèce de fil transparent et à quelque distance, nous verrions d’autres fils transparents, le tout formant un tissu aux mailles assez larges . Chacun de ces fils constituerait un espace-temps particulier . Ce tissu bougerait parfois au gré du vent, provoquant une déformation de tous les espaces-temps . Et si nous voulions communiquer avec des voisins, leur envoyer des signaux ou des colis d’énergie, nous aurions le choix entre plusieurs méthodes : s’ils sont sur la même étoffe, ils sont reliés à nous par un fil ou un réseau de fils et nous pouvons alors utiliser  l’espace-temps pour les joindre . Et pour passer d’un fil à l’autre, il s’agirait de lancer un ballon au-dessus d’une rivière . Sauf que dans  ce cas les signaux sont en dehors de l’espace et du temps : ils passent par une connexion sans métrique ... 

            Cette théorie, pour le moins alléchante, pourrait à terme expliquer la nature de la gravité et par là même permettre l’unification de la mécanique quantique et de la Relativité . Mais comment vérifier une théorie qui s’applique à une échelle si petite qu’elle nous est inobservable ?