UNE trou de ver, en astrophysique et en cosmologie, c'est un passage reliant deux points dans le tissu de l'espace-temps. Tout comme la pomme qui tombe a inspiré la théorie de la gravitation d'Isaac Newton en 1687, les vers qui transpercent les pommes ont inspiré de nouvelles théories, également dans le cadre de la gravitation..
Tout comme le ver parvient à atteindre un autre point de la surface de la pomme à travers un tunnel, les trous de ver spatio-temporels constituent des raccourcis théoriques qui lui permettent de voyager vers des endroits éloignés de l'univers en moins de temps..
C'est une idée qui a capturé et continue de captiver l'imagination de beaucoup. Pendant ce temps, les cosmologistes sont occupés à chercher des moyens de prouver son existence. Mais pour le moment, ils font encore l'objet de spéculations.
Pour se rapprocher un peu plus des trous de ver, de la possibilité de voyager dans le temps à travers eux et des différences qui existent entre les trous de ver et les trous noirs, il faut se pencher sur le concept d'espace-temps..
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Le concept d'espace-temps est étroitement lié à celui de trou de ver. C'est pourquoi il faut d'abord établir ce qu'il est et quelle est sa principale caractéristique..
Spacetime est l'endroit où se produit chaque événement de l'univers. Et l'univers à son tour est la totalité de l'espace-temps, capable de loger toutes les formes d'énergie-matière et plus encore ...
Lorsque le marié rencontre la mariée, c'est un événement, mais cet événement a des coordonnées spatiales: le lieu de rencontre. Et une coordonnée horaire: année, mois, jour et heure de la réunion.
La naissance d'une étoile ou l'explosion d'une supernova sont également des événements qui se déroulent dans l'espace-temps..
Or, dans une région de l'univers exempte de masse et d'interactions, l'espace-temps est plat. Cela signifie que deux rayons lumineux qui commencent parallèlement continuent comme ça, tant qu'ils restent dans cette région. Au fait, pour un rayon de lumière, le temps est éternel.
Bien sûr, l'espace-temps n'est pas toujours plat. L'univers contient des objets dont la masse modifie l'espace-temps, provoquant une courbure spatio-temporelle à l'échelle universelle..
C'est Albert Einstein lui-même qui a réalisé, dans un moment d'inspiration qu'il a appelé "L'idée la plus heureuse de ma vie", qu'un observateur accéléré est localement impossible à distinguer de celui qui est proche d'un objet massif. C'est le fameux principe d'équivalence.
Et un observateur accéléré plie l'espace-temps, c'est-à-dire que la géométrie euclidienne n'est plus valide. Par conséquent, dans l'environnement d'un objet massif tel qu'une étoile, une planète, une galaxie, un trou noir ou l'univers lui-même, l'espace-temps est incurvé..
Cette courbure est perçue par les êtres humains comme une force appelée gravité, quotidienne mais mystérieuse à la fois..
La gravité est aussi énigmatique que la force qui nous pousse en avant lorsque le bus dans lequel nous voyageons s'arrête brusquement. C'est comme si soudain quelque chose d'invisible, sombre et massif, pendant quelques instants s'avançait et nous attirait, nous propulsant soudainement en avant..
Les planètes se déplacent de manière elliptique autour du Soleil parce que sa masse produit une dépression dans la surface de l'espace-temps qui fait que les planètes courbent leurs trajectoires. Un rayon lumineux courbe également sa trajectoire en suivant la dépression spatio-temporelle produite par le Soleil.
Si l'espace-temps est une surface courbe, rien n'empêche en principe une zone de se connecter à une autre par un tunnel. Voyager dans un tel tunnel impliquerait non seulement de changer de place, mais aussi d'offrir la possibilité d'aller à un autre moment.
Cette idée a inspiré de nombreux livres, séries et films de science-fiction, dont la célèbre série américaine des années 1960 "The Time Tunnel" et plus récemment "Deep Space 9" de la franchise Star Trek et le film de 2014 Interstellar..
L'idée est venue d'Einstein lui-même, qui, à la recherche de solutions aux équations de champ de la Relativité Générale, a trouvé avec Nathan Rosen une solution théorique permettant de relier deux régions différentes de l'espace-temps à travers un tunnel fonctionnant comme un raccourci..
Cette solution est connue sous le nom de Pont Einstein - Rosen et apparaît dans un ouvrage publié en 1935.
Cependant, le terme «trou de ver» a été utilisé pour la première fois en 1957, grâce aux physiciens théoriciens John Wheeler et Charles Misner dans une publication de cette année. Auparavant, on parlait de «tubes unidimensionnels» pour désigner la même idée.
Plus tard en 1980, Carl Sagan écrivait le roman de science-fiction "Contact", un livre qui a ensuite été transformé en film. Le protagoniste nommé Elly découvre une vie extraterrestre intelligente à 25 000 années-lumière. Carl Sagan voulait qu'Elly s'y rende, mais d'une manière scientifiquement crédible..
Voyager à 25 000 années-lumière n'est pas une tâche facile pour un être humain, à moins qu'un raccourci ne soit recherché. Un trou noir ne peut pas être une solution, car à l'approche de la singularité, la gravité différentielle déchirerait l'engin spatial et son équipage..
À la recherche d'autres possibilités, Carl Sagan a consulté l'un des plus grands experts sur les trous noirs de l'époque: Kip Thorne, qui a commencé à réfléchir à la question et s'est rendu compte que les ponts Einstein-Rosen ou les trous de ver de Wheeler étaient la solution..
Cependant, Thorne s'est également rendu compte que la solution mathématique était instable, c'est-à-dire que le tunnel s'ouvre, mais peu de temps après, il s'étrangle et disparaît..
Est-il possible d'utiliser des trous de ver pour parcourir de grandes distances dans l'espace et dans le temps??
Depuis leur invention, les trous de ver ont servi dans de nombreuses intrigues de science-fiction pour emmener leurs protagonistes dans des endroits reculés et faire l'expérience des paradoxes du temps non linéaire..
Kip Thorne a trouvé deux solutions possibles au problème de l'instabilité des trous de ver:
La chose remarquable à propos de cette dernière solution est que contrairement aux trous noirs, il n'y a pas de singularité ou de phénomène quantique, et le passage des humains à travers ce type de tunnel serait faisable..
De cette manière, les trous de ver permettraient non seulement de connecter des régions éloignées dans l'espace, mais également de les séparer dans le temps. Ce sont donc des machines pour voyager dans le temps.
Stephen Hawking, la grande référence en cosmologie de la fin du XXe siècle, ne croyait pas que les trous de ver ou les machines à remonter le temps étaient réalisables, en raison des nombreux paradoxes et contradictions qui en découlent..
Cela n'a pas amorti l'esprit d'autres chercheurs, qui ont suggéré la possibilité que deux trous noirs dans différentes zones de l'espace-temps soient connectés en interne par un trou de ver..
Bien que cela ne soit pas pratique pour les voyages spatio-temporels, car mis à part les tribulations qu'apporterait la singularité du trou noir, il n'y aurait aucune possibilité de sortir par l'autre extrémité, car il s'agit d'un autre trou noir..
Quand vous parlez d'un trou de ver, vous pensez aussi immédiatement aux trous noirs.
Un trou noir se forme naturellement, après l'évolution et la mort d'une étoile qui a une certaine masse critique.
Il survient après que l'étoile a épuisé son combustible nucléaire et commence à se contracter de manière irréversible en raison de sa propre force gravitationnelle. Il continue sans relâche jusqu'à ce qu'il provoque un tel effondrement que rien de plus proche que le rayon de l'horizon des événements ne peut s'échapper, pas même la lumière..
Par comparaison, un trou de ver est une occurrence rare, conséquence d'une hypothétique anomalie de la courbure de l'espace-temps. En théorie, il est possible de les parcourir.
Cependant, si quelqu'un essayait de traverser un trou noir, la gravité intense et le rayonnement extrême au voisinage immédiat de la singularité le transformeraient en un mince filet de particules subatomiques..
Il existe des preuves indirectes et très récemment directes de l'existence de trous noirs. Parmi ces preuves figurent l'émission et la détection d'ondes gravitationnelles par l'attraction et la rotation de deux trous noirs colossaux, détectés par l'observatoire des ondes gravitationnelles LIGO..
Il existe des preuves qu'un trou noir super massif existe au centre de grandes galaxies, comme notre Voie lactée..
La rotation rapide des étoiles près du centre, ainsi que l'énorme quantité de rayonnement haute fréquence qui en émane, sont des preuves indirectes de l'existence d'un énorme trou noir qui explique la présence de ces phénomènes..
Ce n'est que le 10 avril 2019 que le monde a vu la première photographie d'un trou noir supermassif (7 milliards de fois la masse du Soleil), situé dans une galaxie très lointaine: Messier 87 dans la constellation de la Vierge, à 55 millions de lumière ans de la Terre.
Cette photographie d'un trou noir a été rendue possible grâce au réseau mondial de télescopes, appelé «Event Horizon Telescope», avec la participation de plus de 200 scientifiques du monde entier.
En revanche, il n'y a aucune preuve de trous de ver à ce jour. Les scientifiques ont pu détecter et suivre un trou noir, mais la même chose n'a pas été possible avec les trous de ver..
Ce sont donc des objets hypothétiques, bien que théoriquement réalisables, comme les trous noirs l'étaient autrefois.
Bien qu'ils n'aient pas encore été détectés, ou peut-être précisément à cause de cela, différentes possibilités de trous de ver ont été imaginées. Ils sont tous théoriquement réalisables, car ils satisfont les équations d'Einstein pour la relativité générale. Voilà quelque:
Tous sont parfaitement possibles, car ils ne sont pas contradictoires avec les équations de relativité générale d'Einstein.
Pendant longtemps, les trous noirs ont été des solutions théoriques aux équations d'Einstein. Einstein lui-même a remis en question la possibilité qu'ils puissent jamais être détectés par l'humanité.
Ainsi, pendant longtemps, les trous noirs sont restés une prédiction théorique, jusqu'à ce qu'ils soient trouvés et localisés. Les scientifiques ont le même espoir pour les trous de ver.
Il est très possible qu'ils soient également là, mais on n'a pas encore appris à les localiser. Bien que selon une publication très récente, les trous de ver laisseraient des traces et des ombres observables même avec des télescopes.
On pense que les photons voyagent autour du trou de ver, générant un anneau lumineux. Les photons les plus proches tombent à l'intérieur et laissent une ombre qui leur permettra de se différencier des trous noirs.
Selon Rajibul Shaikh, physicien à l'Institut Tata pour la recherche fondamentale à Mumbai en Inde, un type de trou de ver rotatif produirait une ombre plus grande et déformée qu'un trou noir..
Dans son travail, Shaikh a étudié les ombres théoriques projetées par une certaine classe de trous de ver en rotation, en se concentrant sur le rôle crucial du trou de la gorge dans la formation d'une ombre de photon qui lui permet d'être identifiée et différenciée d'un trou noir..
Shaikh a également analysé la dépendance de l'ombre sur la rotation du trou de ver et l'a également comparée à l'ombre projetée par un trou noir Kerr en rotation, trouvant des différences significatives. C'est un travail complètement théorique.
En dehors de cela, pour le moment, les trous de ver restent des abstractions mathématiques, mais il est possible que certains soient repérés très prochainement. Ce qui est à l'autre bout fait encore l'objet de conjectures pour le moment.
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