Un trou de taupe ou trou de ver est une caractéristique topologique hypothétique de l’espace-temps qui représente un «tunnel» dans l’espace à chaque instant (un tunnel spatio-temporel). Le trou de ver permet donc de se déplacer dans l’espace et le temps. Les zones reliées par le trou de ver peuvent être des zones d’un même espace ou être complètement déconnectées. Dans ce dernier cas, le trou de taupe est le seul lien entre les deux zones. Le premier type de trou de taupe est souvent appelé «intra-monde» et le second «inter-monde».
Table des matières
Particules de tachyons hypothétiques
Comme on le sait, la théorie générale de la relativité (GTR) interdit de voyager dans l’univers à une vitesse supérieure à celle de la lumière. En revanche, la RG autorise l’existence de tunnels spatio-temporels, mais il est nécessaire que le tunnel soit rempli de matière exotique à densité d’énergie négative, créant une forte répulsion gravitationnelle et empêchant l’effondrement du tunnel.
Matériel sur le sujet
De telles particules de matière exotique comprennent le plus souvent des tachyons. Les tachyons sont des particules hypothétiques qui voyagent plus vite que la vitesse de la lumière. Pour que ces particules ne violent pas la GR, on suppose que la masse des tachyons est négative.
À l’heure actuelle, il n’existe aucune preuve expérimentale fiable de l’existence des tachyons dans les expériences de laboratoire ou les observations astronomiques. Les physiciens ne peuvent se prévaloir que de masses «pseudo-négatives» d’électrons et d’atomes, produites sous l’effet d’une forte densité de champs électriques, d’une polarisation particulière des faisceaux laser ou de températures ultra-basses. Dans ce dernier cas, des expériences ont été menées avec le condensat de Bose-Einstein, un état agrégé de la matière dont la base est constituée de bosons refroidis à des températures proches du zéro absolu (moins d’un millionième de kelvin). Dans un tel état fortement refroidi, un nombre suffisamment important d’atomes apparaissent dans leurs états quantiques minimaux possibles, et les effets quantiques commencent à se manifester au niveau macroscopique. Le prix Nobel de physique a été décerné en 2001 pour l’obtention du condensat de Bose-Einshain.
Cependant, un certain nombre d’experts suggèrent que les tachyons pourraient être des neutrinos. Ces particules élémentaires ont une masse non nulle, ce qui a été prouvé par la détection d’oscillations de neutrinos. Cette dernière découverte a même été récompensée par le prix Nobel de physique 2015. En revanche, la valeur exacte de la masse des neutrinos n’a pas encore été déterminée. Plusieurs expériences visant à mesurer la vitesse des neutrinos ont montré que leur vitesse peut légèrement dépasser celle de la lumière. Cette donnée est constamment remise en question, mais en 2014, un nouvel article sur le sujet a été publié.
La théorie des cordes
Structure fondamentale de l’Univers selon la théorie des cordes
Parallèlement, certains théoriciens suggèrent que des formations spéciales (cordes cosmiques) de masse négative auraient pu se former dans l’Univers primitif. La longueur des cordes cosmiques reliques peut atteindre au moins plusieurs dizaines de parsecs, avec une épaisseur inférieure au diamètre d’un atome et une densité moyenne de 10 22 grammes par cm 3 . Plusieurs articles indiquent que des formations similaires ont été observées lors d’événements de lentille gravitationnelle de la lumière provenant de quasars lointains. En général, la théorie des cordes est actuellement le candidat le plus probable pour une «théorie du tout» ou une théorie unifiée des champs, qui combine la relativité et la théorie quantique des champs. Selon cette théorie, toutes les particules élémentaires sont des cordes d’énergie oscillantes d’une longueur d’environ 10 à 33 mètres, ce qui est comparable à la longueur de Planck (la taille minimale possible d’un objet dans l’univers).
La théorie unifiée des champs suppose qu’il existe des cellules d’une longueur et d’une durée minimales dans les dimensions de l’espace-temps. La longueur minimale devrait être égale à la longueur de Planck (environ 1,6-1 0-35 mètres).
Espace de Calabi-Yau complexe à n dimensions
Parallèlement, les observations de sursauts gamma lointains suggèrent que si la granularité de l’espace existe, la taille de ces grains n’est pas supérieure à 1 0-48 mètres. En outre, le LHC n’a pas été en mesure de confirmer certaines implications de la théorie des cordes, ce qui a constitué un argument sérieux en faveur de la fausseté de cette théorie fondamentale de la physique moderne.
Enchevêtrement quantique
La découverte en 2014 d’un lien théorique entre l’intrication quantique et les trous de taupe pourrait avoir une grande importance sur la voie de la théorie unifiée des champs et des tunnels spatio-temporels. Les nouveaux travaux théoriques ont montré que la création d’un tunnel spatio-temporel est possible non seulement entre deux trous noirs massifs, mais aussi entre deux quarks quantiquement intriqués.
L’intrication quantique est un phénomène de la mécanique quantique dans lequel les états quantiques de deux objets ou plus semblent interdépendants. Cette interdépendance persiste même si ces objets sont séparés dans l’espace au-delà de toute interaction connue. La mesure du paramètre d’une particule entraîne la cessation instantanée (au-delà de la vitesse de la lumière) de l’état intriqué d’une autre particule, ce qui est en contradiction logique avec le principe de localité (dans ce cas, la théorie de la relativité n’est pas violée et l’information n’est pas transmise).
Kristan Jensen, de l’université de Victoria (Canada), et Andreas Karch, de l’université de Washington (États-Unis), ont décrit une paire quantique intriquée composée d’un quark et d’un antiquark, qui s’éloignent l’un de l’autre à une vitesse proche de celle de la lumière, ce qui rend impossible la transmission de signaux de l’un à l’autre. Les chercheurs pensent que l’espace tridimensionnel dans lequel se déplacent les quarks est une facette hypothétique du monde quadridimensionnel. Dans l’espace 3D, les particules quantiques intriquées sont reliées par une sorte de «corde». Dans l’espace quadridimensionnel, cette «corde» devient un trou de ver.
Julian Sonner, du Massachusetts Institute of Technology (États-Unis), a présenté une paire quark-antiquark quantiquement intriquée, née dans un champ électrique puissant, qui sépare des particules chargées de manière opposée, ce qui les fait accélérer dans des directions différentes. Sonner a également conclu que les particules quantiquement intriquées dans l’espace tridimensionnel seraient connectées par un trou de ver dans l’espace quadridimensionnel. Dans leurs calculs, les physiciens ont utilisé le principe dit holographique, selon lequel toute la physique du monde à n dimensions se reflète entièrement sur ses «facettes» avec le nombre de dimensions (n-1). Lors d’une telle «projection», la théorie quantique, qui prend en compte les effets de la gravitation dans un espace quadridimensionnel, est équivalente à la théorie quantique «sans gravitation» dans un espace tridimensionnel. En d’autres termes, les trous noirs dans l’espace 4D et le trou de ver qui les relie sont mathématiquement équivalents à leur projection holographique tridimensionnelle.
Perspectives de l’astronomie des ondes gravitationnelles et des neutrinos
Modèle théorique de la naissance de notre univers
L’astronomie des ondes gravitationnelles et des neutrinos offre les meilleures perspectives d’étude des propriétés de la matière au niveau le plus microscopique et à haute énergie pour une meilleure compréhension de la gravité quantique, car elle étudie les ondes et les particules avec la plus grande capacité de pénétration. Ainsi, si le rayonnement micro-onde relique de l’Univers a été formé 380 000 ans après le Big Bang, les neutrinos relictes l’ont été dans les premières secondes, et les ondes gravitationnelles relictes seulement 10 à 32 secondes ! En outre, l’enregistrement de rayonnements et de particules similaires provenant de l’horizon des événements des trous noirs ou d’événements catastrophiques (fusions d’étoiles à neutrons et de trous noirs, effondrements d’étoiles massives) offre de grandes perspectives.
Matériel sur le sujet
D’autre part, les observatoires astrométriques traditionnels, qui couvrent désormais l’ensemble du spectre électromagnétique, sont activement développés. Ces observatoires permettent de détecter des objets ou des phénomènes inattendus dans l’Univers jeune (premiers nuages interstellaires, étoiles et galaxies), en cas de lentille gravitationnelle ou lors de l’observation d’objets extrêmes (trous noirs et étoiles à neutrons). L’astronomie reste la branche la plus efficace de la physique moderne car elle permet d’étudier la matière dans des conditions extrêmes qui ne sont pas disponibles dans les laboratoires et les accélérateurs terrestres. En particulier, les observations astronomiques existantes dans le domaine électromagnétique ont conduit à la découverte de mystérieuses matière et énergie noires que le modèle standard (la théorie physique actuelle décrivant les interactions électromagnétiques, faibles et fortes de toutes les particules élémentaires connues) n’est pas en mesure de décrire à l’heure actuelle. D’autres exemples de l’importance des observations astronomiques dans l’histoire de la physique sont les découvertes du mouvement anormal de Mercure, du décalage astrométrique de la lumière des étoiles près du disque solaire et des étoiles doubles à neutrons. Ces découvertes ont motivé la création et la vérification de la théorie de la relativité, et ont permis de prédire l’existence des ondes gravitationnelles.
Plan du film «Interstellar»
Les tunnels spatio-temporels ou trous de ver sont le moyen le plus populaire de voyager vers d’autres étoiles dans la science-fiction. Parmi les films les plus populaires sur le sujet, citons Interstellar (2014), Contact (1997), Through the Horizon (1997) et la franchise Star Wars (1977-2017). Le physicien américain John Wheeler (1911-2008) a été le premier à utiliser les termes «trou noir» et «trou de taupe» de manière extensive. Le radioastronome soviéto-russe Nikolai Kardashev a été le premier à avancer l’idée que les trous noirs au centre des galaxies sont des entrées de trous de taupe.
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Date de publication: 12-26-2023
Mettre à jour la date: 12-26-2023