Où mènent les trous noirs?

le Trous noirs sont certainement l’un des objets les plus étranges du catalogue cosmique. Prédites par les équations de relativité générale d’Albert Einstein, leur existence n’est plus discutée aujourd’hui, la collaboration duTélescope Event Horizon après la publication du première photo de l’aspect structurel d’un trou noir en 2019. Malgré tous les indices d’observation que nous avons sur ces objets, nous ne savons toujours pas exactement ce qu’ils contiennent. Diverses théories, telles que la théorie des supercordes et la gravitation quantique en boucle, ont fourni des réponses théoriques, mais la question reste ouverte à ce jour.

Le rayon d’un trou noir est proportionnelle à sa masse, c’est-à-dire que la densité d’un trou noir est inversement proportionnelle à sa masse. En d’autres termes, plus un trou noir est petit, plus il sera dense et plus son attraction sera intense près de son horizon d’événements. Essayer de pénétrer dans un trou noir stellaire risque de le faire tout de suite spaghettic’est-à-dire être étiré puis détruit par les forces de marée extrêmes du trou noir.

Les trois noirs supermassifs sont beaucoup moins denses, il est donc possible de les approcher et même de traverser leur horizon d’événement sans prendre le moindre risque (en mettant bien sûr de côté les radiations ultra-énergétiques provenant du disque d’accrétion – ce serait cuire tous les astronautes là-bas). Sur ce point, cependant, Einstein était clair: que l’on réussisse ou non à pénétrer dans un trou noir, sa singularité centrale serait le point final du voyage. Mais est-ce vraiment le cas?

Les trous de vers: passages spatio-temporels dans les trous noirs?

Au fil des ans, les scientifiques ont étudié la possibilité que les trous noirs soient des trous de ver menant à d’autres galaxies. Cela pourrait même, comme certains l’ont suggéré, être une route vers un autre univers. Une telle idée existe depuis un certain temps: Einstein s’est associé à Nathan Rosen en 1935 pour théoriser des ponts reliant deux points différents dans l’espace-temps.

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La théorie a cependant fait son chemin dans les années 1980, lorsque le physicien Kip Thorne – l’un des principaux experts sur les implications astrophysiques de la théorie générale de la relativité d’Einstein – a déclenché une discussion sur la question de savoir si les objets pouvaient physiquement les traverser. Cependant, il est peu probable que des trous de ver soient présents.

Trou noir ver blanc voyage interstellaire matière exotique

Bien qu’ils fournissent une solution possible aux équations de la relativité générale, les trous de ver nécessitent de la matière exotique pour rester stables. Cependant, selon plusieurs physiciens (par exemple Jefferis et al.), Il peut y avoir une configuration de trou de ver stable qui ne nécessite pas un tel matériau. Crédit photo: Andrzej Wojcicki / Getty

En effet, Thorne, qui a donné ses conseils d’expert à l’équipe de production du film Interstellar, a écrit: ” Nous ne voyons aucun objet dans notre univers qui, avec l’âge, pourrait devenir un trou de ver », Dans son livre« La science de l’interstellaire ». Thorne explique que voyager à travers ces tunnels théoriques restera très probablement de la science-fiction, et il n’y a certainement aucune preuve solide qu’un trou noir puisse rendre un tel passage possible.

Trous noirs: des objectifs aux trous blancs?

Quand les trous noirs mènent aux autres Galaxies ou d’autres univers, il pourrait être exactement le contraire au bout du tunnel. Par exemple, un trou blanc, une théorie du cosmologiste russe Igor Novikov de 1964. Novikov a suggéré de relier un trou noir à un trou blanc qui existait dans le passé. Contrairement à un trou noir, un trou blanc laisse passer la lumière et la matière, mais celle-ci ne peut pas entrer.

Les physiciens ont étudié plus en détail le lien possible entre les trous noirs et blancs. dans le leur étude de 2014 publié dans la revue Examen physique D.Les physiciens Carlo Rovelli et Hal M. Haggard ont affirmé: ” Il existe une métrique classique qui satisfait les équations d’Einstein en dehors d’un domaine spatio-temporel fini, dans lequel la matière s’effondre dans un trou noir puis sort d’un trou blanc En d’autres termes, le matériau absorbé par les trous noirs peut être jeté et les trous noirs peuvent devenir eux-mêmes des trous blancs lorsqu’ils meurent.

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Loin de détruire les informations qu’il a enregistrées, il arrêterait l’effondrement d’un trou noir. Au contraire, il subirait un rebond quantique qui permettrait à l’information de s’échapper. Si tel est le cas, cela appuierait une suggestion de l’ancien cosmologiste et physicien théoricien de l’Université de Cambridge, Stephen Hawking, qui, dans les années 1970, a étudié la possibilité que les trous noirs émettent des particules et des radiations – la série de fluctuations quantiques au bord de leur horizon.

Hawking a calculé que le rayonnement entraînerait la perte d’énergie, le rétrécissement et la disparition d’un trou noir, comme décrit dans son article de 1976 publié dans la revue Examen physique D.. Selon ses affirmations selon lesquelles le rayonnement émis est aléatoire et ne contient aucune information sur ce qui a été absorbé, le trou noir effacerait toutes les informations qu’il contient lors de son évaporation.

Transition Black Hole White Hole Boucles de gravité quantique

Impression d’artiste de la transition entre les trous noirs et blancs. Ashtekar, Olmedo et Singh utilisent la gravité quantique en boucles pour montrer que les trous noirs se transforment en trous blancs. Crédits: F. Vidotto

Cela signifiait que l’idée de Hawking était en contradiction avec la mécanique quantique selon laquelle les informations ne peuvent pas être détruites. L’idée de Hawking a conduit au «paradoxe de l’information du trou noir» et a longtemps dérouté les scientifiques. Certains ont dit que Hawking avait tout simplement tort, et l’homme lui-même a même déclaré qu’il avait commis une erreur lors d’une conférence scientifique à Dublin en 2004.

Dans leur étude de 2013 Publié dans Lettres d’examen physiqueJorge Pullin de l’Université d’État de Louisiane et Rodolfo Gambini de l’Université de la République de Montevideo, Uruguay, ont appliqué la gravité quantique à boucle à un trou noir et ont trouvé une dynamique gravitationnelle cohérente avec l’existence d’une sortie du matériau. Les résultats ont donné une crédibilité supplémentaire à l’idée que les trous noirs agissent comme des ponts dans l’espace-temps. Dans cette étude, la singularité n’existe pas, elle ne forme donc pas une barrière impénétrable qui finit par détruire tout ce qu’elle rencontre. Cela signifie également que l’information ne disparaîtra pas.

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Une impasse

Les physiciens Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski et James Sully, quant à eux, pensaient que Hawking avait raison. Ils ont travaillé sur une théorie connue sous le nom de pare-feu AMPS, ou hypothèse du pare-feu du trou noir. Selon leurs calculs, la mécanique quantique pourrait transformer l’horizon des événements en un immense mur de feu, et tout ce qui entrerait en contact brûlerait immédiatement. En ce sens, les trous noirs ne vont nulle part car rien ne peut jamais y pénétrer.

Cependant, cela viole la théorie générale de la relativité d’Einstein. Une personne traversant l’horizon des événements ne devrait pas ressentir d’effets particuliers comme elle le serait en chute libre et, selon le principe d’équivalence, cette personne ne ressentirait pas les effets extrêmes de la gravité. Et même si elle n’était pas contre la relativité générale, cette hypothèse contredirait la théorie quantique des champs.

Hawking est allé jusqu’à dire qu’il n’y aurait peut-être même pas de trous noirs. “” Les trous noirs devraient être redéfinis en tant qu’états de liaison métastables du champ gravitationnel Il a écrit. Il n’y aurait pas de singularité, et alors que le champ apparent se déplacerait vers l’intérieur en raison de la gravité, il n’atteindrait jamais le centre et ne formerait donc jamais une singularité.

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