Vous voilà donc sur le point de sauter dans un trou noir. Qu'est-ce qui pourrait éventuellement attendre si, contre toute attente, vous survivez d'une manière ou d'une autre? Où finiriez-vous et quels récits alléchants seriez-vous en mesure de régaler si vous parveniez à réclamer votre chemin?
La réponse simple à toutes ces questions est, comme l'explique le professeur Richard Massey, "Qui sait?" En tant que chercheur de la Royal Society à l'Institute for Computational Cosmology de l'Université de Durham, Massey est pleinement conscient que les mystères des trous noirs sont profonds. "Tomber à travers un horizon d'événements passe littéralement au-delà du voile - une fois que quelqu'un est passé, personne ne pourrait jamais renvoyer un message", a-t-il déclaré. "Ils seraient déchiquetés par l'énorme gravité, donc je doute que quiconque y tombe arriverait."
Si cela ressemble à une réponse décevante - et douloureuse -, il faut s'y attendre. Depuis que la théorie générale de la relativité d'Albert Einstein a été considérée comme ayant prédit les trous noirs en reliant l'espace-temps à l'action de la gravité, il est connu que les trous noirs résultent de la mort d'une étoile massive laissant derrière lui un petit noyau résiduel dense. En supposant que ce noyau a plus d'environ trois fois la masse du soleil, la gravité submergerait à un tel degré qu'elle tomberait sur elle-même en un seul point, ou singularité, considérée comme le noyau infiniment dense du trou noir.
Le trou noir inhabitable résultant aurait une attraction gravitationnelle si puissante que même la lumière ne pourrait pas l'éviter. Donc, si vous vous trouvez alors à l'horizon des événements - le point où la lumière et la matière ne peuvent que passer vers l'intérieur, comme l'a proposé l'astronome allemand Karl Schwarzschild - il n'y a pas d'échappatoire. Selon Massey, les forces de marée réduiraient votre corps en brins d'atomes (ou «spaghettification», comme on le sait aussi) et l'objet finirait par s'écraser à la singularité. L'idée que vous pourriez sortir quelque part - peut-être de l'autre côté - semble tout à fait fantastique.
Et un trou de ver?
Ou est-ce? Au fil des ans, les scientifiques ont étudié la possibilité que les trous noirs puissent être des trous de ver vers d'autres galaxies. Ils peuvent même être, comme certains l'ont suggéré, un chemin vers un autre univers.
Une telle idée flotte depuis un certain temps: Einstein s'est associé à Nathan Rosen pour théoriser des ponts qui relient deux points différents dans l'espace-temps en 1935. Mais il a gagné du terrain dans les années 1980 lorsque le physicien Kip Thorne - l'un des des experts de premier plan sur les implications astrophysiques de la théorie générale de la relativité d'Einstein - ont soulevé la question de savoir si les objets pouvaient physiquement les traverser.
"La lecture du livre populaire de Kip Thorne sur les trous de ver est ce qui m'a d'abord passionné la physique quand j'étais enfant", a déclaré Massey. Mais il ne semble pas probable que des trous de ver existent.
En effet, Thorne, qui a prêté ses conseils d'experts à l'équipe de production du film hollywoodien Interstellar, a écrit: "Nous ne voyons aucun objet dans notre univers qui pourrait devenir un trou de ver en vieillissant", dans son livre "The Science of Interstellar" (WW Norton and Company, 2014). Thorne a déclaré à Space.com que les voyages à travers ces tunnels théoriques resteraient très probablement de la science-fiction, et il n'y a certainement aucune preuve solide qu'un trou noir pourrait permettre un tel passage.
Mais, le problème est que nous ne pouvons pas nous approcher de près pour voir par nous-mêmes. Eh bien, nous ne pouvons même pas prendre des photos de tout ce qui se passe à l'intérieur d'un trou noir - si la lumière ne peut pas échapper à leur immense gravité, alors rien ne peut être cassé par un appareil photo. Dans l'état actuel des choses, la théorie suggère que tout ce qui va au-delà de l'horizon des événements est simplement ajouté au trou noir et, de plus, parce que le temps se déforme près de cette frontière, cela semblera se produire incroyablement lentement, donc les réponses ne seront pas rapides à venir.
"Je pense que l'histoire standard est qu'ils mènent à la fin des temps", a déclaré Douglas Finkbeiner, professeur d'astronomie et de physique à l'Université Harvard. "Un observateur lointain ne verra pas son ami astronaute tomber dans le trou noir. Ils deviendront juste plus rouges et plus faibles à mesure qu'ils approchent de l'horizon des événements. Mais l'ami tombe directement, dans un endroit au-delà de" pour toujours ". Quoi que cela signifie. "
Peut-être qu'un trou noir mène à un trou blanc
Certes, si les trous noirs mènent à une autre partie d'une galaxie ou à un autre univers, il devrait y avoir quelque chose en face d'eux de l'autre côté. Serait-ce un trou blanc - une théorie avancée par le cosmologiste russe Igor Novikov en 1964? Novikov a proposé qu'un trou noir soit lié à un trou blanc qui existait dans le passé. Contrairement à un trou noir, un trou blanc permettra à la lumière et à la matière de sortir, mais la lumière et la matière ne pourront pas entrer.
Les scientifiques ont continué d'explorer le lien potentiel entre les trous noirs et blancs. Dans leur étude de 2014 publiée dans la revue Physical Review D, les physiciens Carlo Rovelli et Hal M. Haggard ont affirmé qu '"il existe une métrique classique satisfaisant les équations d'Einstein en dehors d'une région spatio-temporelle finie où la matière s'effondre dans un trou noir puis émerge de un trou de temps. " En d'autres termes, tous les trous noirs matériels avalés pourraient être crachés et les trous noirs peuvent devenir des trous blancs lorsqu'ils meurent.
Loin de détruire les informations qu'il absorbe, l'effondrement d'un trou noir serait stoppé. Il subirait plutôt un rebond quantique, permettant à l'information de s'échapper. Si tel était le cas, cela éclairerait une proposition de l'ancien cosmologiste et physicien théoricien de l'Université de Cambridge Stephen Hawking qui, dans les années 1970, a exploré la possibilité que les trous noirs émettent des particules et des rayonnements - de la chaleur thermique - à la suite de fluctuations quantiques. .
"Hawking a dit qu'un trou noir ne durerait pas éternellement", a déclaré Finkbeiner. Hawking a calculé que le rayonnement entraînerait une perte d'énergie, un rétrécissement et une disparition d'un trou noir, comme décrit dans son article de 1976 publié dans Physical Review D.Compte tenu de ses affirmations selon lesquelles le rayonnement émis serait aléatoire et ne contiendrait aucune information sur ce qui était tombé, le trou noir, lors de son explosion, effacerait des tonnes d'informations.
Cela signifiait que l'idée de Hawking était en contradiction avec la théorie quantique, qui dit que les informations ne peuvent pas être détruites. La physique déclare que l'information devient plus difficile à trouver car, si elle se perd, il devient impossible de connaître le passé ou l'avenir. L'idée de Hawking a conduit au «paradoxe de l'information sur le trou noir» et a longtemps intrigué les scientifiques. Certains ont dit que Hawking avait simplement tort, et l'homme lui-même a même déclaré qu'il avait fait une erreur lors d'une conférence scientifique à Dublin en 2004.
Alors, revenons-nous au concept de trous noirs émettant des informations préservées et les rejetant via un trou blanc? Peut être. Dans leur étude de 2013 publiée dans Physical Review Letters, Jorge Pullin de la Louisiana State University et Rodolfo Gambini de l'Université de la République de Montevideo, en Uruguay, ont appliqué la gravité quantique de la boucle à un trou noir et ont constaté que la gravité augmentait vers le cœur mais se réduisait et s'enfonçait tout ce qui entrait dans une autre région de l'univers. Les résultats ont donné une crédibilité supplémentaire à l'idée de trous noirs servant de portail. Dans cette étude, la singularité n'existe pas, et donc elle ne forme pas une barrière impénétrable qui finit par écraser tout ce qu'elle rencontre. Cela signifie également que les informations ne disparaissent pas.
Peut-être que les trous noirs ne vont nulle part
Pourtant, les physiciens Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski et James Sully pensaient toujours que Hawking aurait pu être sur quelque chose. Ils ont travaillé sur une théorie qui est devenue connue sous le nom de pare-feu AMPS, ou l'hypothèse du pare-feu à trou noir. Selon leurs calculs, la mécanique quantique pourrait transformer l'horizon des événements en un mur de feu géant et tout ce qui entrerait en contact brûlerait en un instant. En ce sens, les trous noirs ne mènent nulle part car rien ne pourrait jamais pénétrer à l'intérieur.
Cela, cependant, viole la théorie générale de la relativité d'Einstein. Quelqu'un traversant l'horizon des événements ne devrait en réalité pas ressentir de grandes difficultés car un objet serait en chute libre et, selon le principe d'équivalence, cet objet - ou cette personne - ne ressentirait pas les effets extrêmes de la gravité. Il pourrait suivre les lois de la physique présentes ailleurs dans l'univers, mais même s'il n'allait pas à l'encontre du principe d'Einstein, il minerait la théorie des champs quantiques ou suggérerait la perte d'informations.
Un trou noir d'incertitude
Avancez encore une fois Hawking. En 2014, il a publié une étude dans laquelle il évitait l'existence d'un horizon d'événements - ce qui signifie qu'il n'y a rien à brûler - affirmant qu'un effondrement gravitationnel produirait à la place un `` horizon apparent ''.
Cet horizon suspendrait les rayons lumineux en essayant de s'éloigner du cœur du trou noir et persisterait pendant une «période de temps». Dans sa réflexion, les horizons apparents retiennent temporairement la matière et l'énergie avant de se dissoudre et de les libérer plus tard sur la ligne. Cette explication correspond le mieux à la théorie quantique - qui dit que les informations ne peuvent pas être détruites - et, si elle a jamais été prouvée, elle suggère que tout pourrait s'échapper d'un trou noir.
Hawking est allé jusqu'à dire que les trous noirs n'existaient peut-être même pas. "Les trous noirs devraient être redéfinis comme des états liés métastables du champ gravitationnel", écrit-il. Il n'y aurait pas de singularité, et tandis que le champ apparent se déplacerait vers l'intérieur en raison de la gravité, il n'atteindrait jamais le centre et se consoliderait dans une masse dense.
Et pourtant, tout ce qui est émis ne sera pas sous la forme des informations avalées. Il serait impossible de comprendre ce qui s'est passé en regardant ce qui sort, ce qui lui cause des problèmes - notamment pour, par exemple, un humain qui s'est retrouvé dans une position aussi alarmante. Ils ne ressentiraient plus jamais la même chose!
Une chose est sûre, ce mystère particulier va engloutir encore plus d'heures scientifiques pendant longtemps. Rovelli et Francesca Vidotto ont récemment suggéré qu'un composant de la matière noire pourrait être formé par des restes de trous noirs évaporés, et le papier de Hawking sur les trous noirs et les `` cheveux mous '' a été publié en 2018, et décrit comment des particules d'énergie zéro sont laissées autour du point de non-retour, l'horizon des événements - une idée qui suggère que les informations ne sont pas perdues mais capturées.
Cela a volé face au théorème sans cheveux exprimé par le physicien John Archibald Wheeler et a travaillé sur la base que deux trous noirs ne pourraient pas être distingués par un observateur car aucune des pseudo-charges spéciales de physique des particules ne serait conservée. C'est une idée qui a fait parler les scientifiques, mais il y a du chemin à parcourir avant qu'elle ne soit considérée comme la réponse à la question de savoir où mènent les trous noirs. Si seulement nous pouvions trouver un moyen de sauter en un.
