Aurich Lawson | Getty Images
Vous avez un nouveau vaisseau spatial sophistiqué et vous voulez commencer une tournée de cinq ans dans la galaxie. Mais il y a un problème : l’espace est grand. Vraiment gros. Et même aux vitesses les plus rapides imaginables, il faut des éternités à ramper à travers les vides interstellaires pour arriver à quelque chose d’intéressant.
La solution? Il est temps de construire un trou de ver.
Un raccourci. Un tunnel. Un pont à travers l’espace-temps qui vous permet de sauter à travers tous ces voyages spatiaux ennuyeux et d’accélérer les choses amusantes. C’est un incontournable de la science-fiction, et il est enraciné dans la science-fait. À quel point cela pourrait-il être difficile ?
Voici un indice : incroyablement difficile.
Option #1 : Le pont Einstein-Rosen
La première étape consiste à comprendre que les trous de ver sont totalement légitimes dans les mathématiques de la relativité générale (RG). Nous utilisons GR parce que c’est notre langage de la gravité, et le brillant moteur mathématique d’Albert Einstein est relativement simple. Einstein s’est rendu compte que même si nous ressentons la gravité comme une force, c’est vraiment juste la sensation que nous ressentons lorsque nous sommes obligés de naviguer dans les bosses, les ondulations et les ondulations de l’espace-temps. Ces mêmes bosses, ondulations et ondulations proviennent de la distribution de la matière et de l’énergie dans ce même espace-temps.
La matière indique à l’espace-temps comment se plier ; la courbure de l’espace-temps indique à la matière comment se déplacer.
Si nous voulons construire un tunnel dans l’espace-temps – un trou de ver – nous devons découvrir un arrangement de matière et/ou d’énergie qui plie l’espace-temps de manière à ce qu’un tunnel apparaisse. Avec la relativité générale comme guide, nous devons trouver une solution à ses équations qui permette l’existence d’un trou de ver.
Et à première vue, on pourrait penser que la façon la plus simple de construire un trou de ver est de construire un trou noir.
Les trous noirs sont des régions de l’espace-temps coupées du reste de l’Univers. Ce sont des perforations dans l’espace-temps lui-même – un point de densité infinie appelé singularité, enveloppé dans une barrière à sens unique appelée horizon des événements. Une fois que vous avez traversé l’horizon des événements, l’afflux de gravité est si écrasant que rien, pas même la lumière, ne peut s’échapper. En effet, c’est plus qu’un aller simple ; c’est une route directe vers un enfer (singulier). Une fois que vous entrez dans un trou noir, vous êtes assuré d’atteindre la singularité – et votre destin – en un temps limité.
La solution du trou noir apparaît dans GR comme la réponse à une question très simple : que se passe-t-il lorsque vous écrasez la matière à une densité si élevée qu’aucune autre force n’est assez puissante pour la contrer ? Boum — trou noir.
Mais les trous noirs ne sont pas la seule réponse à cette question. Les mathématiques de GR permettent l’opposé complet d’un trou noir, affectueusement connu sous le nom de trou blanc. Les trous blancs ont également une singularité au centre, mais leurs horizons d’événements fonctionnent à l’envers – rien ne peut entrer dans un trou blanc, et tout ce qui se trouve à l’intérieur du trou blanc lorsqu’il se forme se retrouvera rapidement projeté vers l’extérieur plus rapidement que la vitesse de la lumière.
Qu’est-ce que tout cela a à voir avec les trous noirs ? En regardant les calculs simples de GR, lorsque vous formez un trou noir, vous obtenez automatiquement un trou blanc qui s’y rattache. Et une paire connectée de trous noirs et blancs forme automatiquement un trou de ver à cause de ces mêmes calculs intégrés.
Ceux-ci sont appelés ponts d’Einstein-Rosen (ou, si vous vous sentez fantaisiste, une métrique de Schwarzschild étendue au maximum), d’après Einstein et son collaborateur, Nathan Rosen. Cette solution apparaît dans GR aussi claire que le jour.
Le blues du trou noir
Il y a cependant deux petits problèmes avec cette configuration.
Premièrement, les trous blancs n’existent presque certainement pas. Ils sont énergétiquement très instables. Le problème est l’horizon des événements inversés, qui ne peut jamais rien laisser entrer de l’extérieur mais qui recrache constamment des choses. Puisqu’un trou blanc est exactement équivalent à un trou noir mais remonte dans le temps, un trou blanc évoluant ressemblerait à la formation d’un trou noir mais à l’envers : le trou blanc faisant son travail jusqu’à ce qu’il perde suffisamment de masse et forme spontanément une étoile .
Vous ne pouvez pas former spontanément une étoile simplement parce que vous en avez envie, car cela violerait la deuxième loi de la thermodynamique.
Donc les trous blancs sont sortis.
Cela signifie que si vous essayez de laisser derrière vous la condition propre et stérilisée des mathématiques de GR et essayez de former un trou noir dans le monde réel, le trou blanc ne se produit jamais vraiment. Tout le matériel que vous utiliseriez pour former le trou blanc l’étrangle dans l’utérus en utilisant son propre cordon ombilical gravitationnel, coupant sa formation et ne laissant derrière lui que le trou noir.
Si vous pouviez en quelque sorte construire une paire de trous blanc/noir, vous auriez techniquement un trou de ver. Ce ne serait tout simplement pas très amusant.
Le problème avec les ponts d’Einstein-Rosen est que l’entrée du trou de ver elle-même se situe dans l’horizon des événements du trou noir. Vous devez traverser cette barrière à sens unique pour continuer votre voyage dans le trou de ver. Mais la nature même de l’horizon des événements signifie que vous ne pouvez pas partir une fois que vous y êtes entré, et vous atteindrez la singularité au centre quoi qu’il arrive.
Ce résultat provient des mêmes mathématiques qui permettent l’existence du trou de ver en premier lieu, il n’y a donc pas moyen de sortir de ce piège.
Oui, quelqu’un pourrait sauter de l’autre côté, peut-être d’un coin éloigné de l’Univers. Et vous pourriez vous rencontrer et partager une brève conversation avant de frapper la singularité. Vous pourriez même vous tenir la main lorsque vous atteignez l’annihilation.