Les trous de ver de forme étrange pourraient mieux fonctionner que les trous sphériques

  • Jacob Hoover
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Les trous de ver, ou tunnels dans le tissu de l'espace-temps, sont férocement instables. Dès qu'un seul photon glisse dans le tunnel, le trou de ver se ferme en un éclair. 

Mais que se passerait-il si le problème était que nos trous de ver imaginés n'étaient pas assez bizarres? 

Une nouvelle étude suggère que le secret d'un trou de ver stable est de leur donner une apparence amusante. En façonnant le trou de ver pour qu'il ne soit pas une sphère parfaite, nous pourrions être en mesure de maintenir ce tunnel ouvert assez longtemps pour le traverser. Le seul hic, c'est que ledit trou de ver devrait être incroyablement petit.

En bas de la trappe

Les trous de ver, s'ils existent, vous permettraient de voyager du point A à un point B extrêmement éloigné sans vous soucier de tous les voyages ardus du point A au point B. Ils sont un raccourci. Un code de triche pour l'univers. Vous voyez une étoile à des millions d'années-lumière? Vous pourriez l'atteindre en quelques minutes, si vous aviez un trou de ver qui vous relie à cette étoile.

Pas étonnant que ce soit un aliment de base de la science-fiction.

Mais les trous de ver ne sont pas seulement des produits de notre imagination conçus pour découper toutes les parties ennuyeuses du voyage interstellaire (ce qui en est l'essentiel). Ils sont nés des mathématiques de la théorie générale de la relativité d'Einstein, notre compréhension moderne du fonctionnement de la gravité. Dans ce langage, la matière et l'énergie plient et déforment le tissu de l'espace-temps. En réponse, la flexion et la déformation de l'espace-temps indiquent à la matière comment se déplacer.

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Donc, en ce qui concerne les trous de ver, il vous suffit de vous demander: est-il possible de plier l'espace-temps de manière tellement tordue qu'il se replie sur lui-même, formant un tunnel à courte distance entre deux points autrement éloignés? 

La réponse, découverte dans les années 1970, est un oui surprenant. Les trous de ver sont tout à fait possibles et autorisés dans le cadre de la relativité générale.

Un hic: ils ont tendance à se désagréger, immédiatement après leur formation.

Les clés de la stabilité

Les trous de ver sont si instables car, par essence, ils sont constitués de deux trous noirs se touchant, reliés à leurs singularités pour former un tunnel. 

Mais les singularités sont une mauvaise nouvelle: ce sont des points de densités infinies. Et ils sont entourés de régions connues sous le nom d'horizon des événements, des barrières à sens unique dans le cosmos. Si vous traversez l'horizon des événements d'un trou noir, vous ne vous échapperez jamais.

Afin de surmonter ce problème, l'entrée d'un trou de ver doit être en dehors de l'horizon des événements. De cette façon, vous pouvez traverser le trou de ver sans plonger à travers un horizon d'événements et ne jamais vous échapper.

Mais dès que vous entrez dans un tel trou de ver, il y a tout simplement trop de masse qui pèse, et la gravité de votre présence déforme le tunnel du trou de ver, le faisant s'effondrer sur lui-même, se fermant comme un élastique trop étiré, laissant derrière lui deux noirs solitaires. des trous séparés dans l'espace (et vraisemblablement des morceaux de votre cadavre dispersés dans l'univers observable).

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Il s'avère qu'il existe un moyen de garder l'entrée du trou de ver éloignée de l'horizon des événements et de la maintenir suffisamment stable pour que vous puissiez la traverser. Un hic: la solution nécessite la présence d'un matériau de masse négative. La masse négative est comme la masse normale, mais avec un signe moins. Et si vous collectez suffisamment de masse négative en un seul endroit, vous pouvez l'utiliser pour maintenir ouvert un trou de ver.

Mais pour autant que nous le sachions, la matière à masse négative n'existe pas. Nous n'avons aucune preuve de cela, et si cela existait, cela violerait beaucoup de lois de l'univers, comme l'inertie et la conservation de l'élan. Par exemple, si vous donniez un coup de pied à une balle de masse négative, elle volerait en arrière. Si vous placez un objet de masse négative à côté d'un objet de masse positive, au lieu de s'attirer, ils se repousseraient, s'éloignant instantanément l'un de l'autre à l'infini.

Étant donné que la masse négative semble être interdite dans le cosmos, à première vue, il semble que les trous de ver n'existeront probablement pas dans l'univers également..

Un quantum de réconfort

Mais cette histoire de trous de ver repose sur les mathématiques de la relativité générale, qui est, comme je l'ai dit, notre compréhension actuelle du fonctionnement de la gravité..

Autrement dit, notre compréhension actuelle et incomplète du fonctionnement de la gravité.

Nous savons que la relativité générale ne décrit pas toutes les interactions gravitationnelles dans l'univers, car elle s'effondre lorsque la gravité devient très forte sur de petites échelles (comme, par exemple, les singularités à l'intérieur des trous noirs). Pour résoudre ces situations, nous devons nous tourner vers une théorie quantique de la gravité, qui fusionnerait notre compréhension du monde des particules subatomiques avec notre compréhension à plus grande échelle de la gravité. Et ça, nous ne l'avons pas fait, puisque chaque fois que nous essayons d'en reconstituer un, ça tombe en morceaux.

Mais quand même, nous avons quelques indices sur le fonctionnement de la gravité quantique, et plus nous en apprenons, plus nous pouvons comprendre la faisabilité potentielle des trous de ver. Il se peut qu'une compréhension nouvelle et améliorée de la gravité révèle que vous n'avez pas du tout besoin de matière de masse négative, et que les trous de ver stables et traversables sont A-OK.

Deux théoriciens de l'Université de Téhéran en Iran ont publié une nouvelle enquête sur les trous de ver dans la base de données de pré-impression arXiv. Ils ont appliqué certaines techniques qui leur ont permis d'étudier comment la mécanique quantique pouvait modifier l'image standard de la relativité générale. Ils ont constaté que les trous de ver traversables pouvaient être autorisés sans matière de masse négative, mais seulement si les entrées étaient un peu étirées à partir de sphères pures.. 

Bien que les résultats soient intéressants, il y a un problème. Ces trous de ver hypothétiques traversables sont minuscules. Comme dans, extrêmement minuscule. Les trous de ver seraient au plus 30% plus grands que la longueur de Planck, soit 1,61 x 10 ^ moins 35 mètres. Et cela signifie que le voyageur ne peut pas être plus grand que ça. 

Oh, et le voyageur de trou de ver doit flamboyer à presque la vitesse de la lumière.

Bien que limitée, la nouvelle recherche ouvre une petite fissure dans la faisabilité des trous de ver qui pourraient être ouverts avec des travaux supplémentaires. Et puis peut-être que les auteurs d'émissions de télévision n'auront plus à passer sous silence les détails techniques.

Paul M. Sutter est astrophysicien à SUNY Stony Brook et le Flatiron Institute, hôte de Demandez à un Spaceman et Radio spatiale, et auteur de Votre place dans l'univers.

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Publié à l'origine le .

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