Des trous de ver stables et traversables pourraient exister dans l’Univers

Les trous de ver sont l’une des solutions existantes aux équations d’Einstein de la relativité générale. Ils consistent en un tunnel traversant l’espace-temps, permettant de relier deux points distants en quelques secondes seulement. Les premières solutions de type trou de ver trouvées par les physiciens impliquaient des systèmes instables nécessitant une énergie négative, élément généralement considéré comme impossible par la physique classique. Récemment, deux physiciens ont montré que, dans des conditions spécifiques impliquant la physique au-delà du modèle standard, la mécanique quantique permet l’existence de trous de ver traversables et stables pour l’homme. Si les conditions nécessaires ne sont pour l’instant pas celles de l’Univers que nous observons, ces résultats montrent la puissance théorique des interactions entre relativité générale et mécanique quantique.

Dans une nouvelle étude menée par deux physiciens théoriciens, l’existence de la physique au-delà du modèle standard pourrait signifier qu’il existe des trous de ver qui sont non seulement suffisamment grands pour être traversables, mais entièrement sûrs pour les voyageurs humains. cherchant à aller du point A au point B. L’étude a été menée par Juan Maldacena et Alexey Milekhin. Le duo a beaucoup écrit sur le sujet des trous de ver dans le passé et sur la manière dont ils pourraient être un moyen sûr de voyager dans l’espace.

La théorie des vortex est apparue au début du 20e siècle, en réponse à la théorie générale de la relativité d’Einstein. Le premier à postuler leur existence fut Karl Schwarzschild, un physicien et astronome allemand dont les solutions à l’équation de champ d’Einstein (métrique de Schwarzschild) ont abouti à la première base théorique de l’existence de trous noirs.

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Une conséquence de la métrique de Schwarzschild était ce qu’il appelait les «trous noirs éternels», qui étaient essentiellement des connexions entre différents points de l’espace-temps. Cependant, ces trous de ver Schwarzschild (également connus sous le nom de ponts Einstein – Rosen) n’étaient pas stables car ils se sont effondrés trop rapidement pour que quoi que ce soit passe de bout en bout.

Énergie négative permise par la mécanique quantique

Comme l’expliquent Maldacena et Milekhin, les trous de ver traversables nécessitent des circonstances spéciales pour exister. Cela inclut l’existence d’énergie négative, ce qui n’est pas autorisé en physique classique – mais est possible dans le domaine de la physique quantique. Un bon exemple de cela, affirment-ils, est l’effet Casimir, où les champs quantiques produisent de l’énergie négative tout en se propageant le long d’un cercle fermé.

Ils écrivent dans leur article: « nous nous sommes rendu compte que cet effet pouvait devenir considérable pour les trous noirs à forte charge magnétique. La nouvelle idée était d’utiliser les propriétés spéciales de fermions sans masse chargée (particules commeélectron, mais de masse nulle). Pour un trou noir chargés magnétiquement, ceux-ci voyagent le long des lignes de champ magnétique (similaire à la façon dont les particules chargées dans le vent solaire créent des aurores boréales près des régions polaires de la Terre) ».

Diagrammes montrant la géométrie d’un seul trou noir extrême (à gauche) et d’un trou de ver (à droite). Les lignes vertes indiquent les lignes de champ magnétique. Ils forment des cercles fermés, entrant dans une bouche, voyageant à travers le trou de ver, sortant de l’autre bouche et revenant ensuite à la première bouche dans l’espace environnant. Crédit: Juan Maldacena et Alexey Milekhin

Le fait que ces particules puissent se déplacer en cercle en entrant dans un endroit et en émergeant là où elles ont commencé dans l’espace plat ambiant, implique que «l’énergie du vide» est modifiée et peut être négative. La présence de cette énergie négative peut soutenir l’existence d’un trou de ver stable, un pont entre des points de l’espace-temps qui ne s’effondrera pas tant que quelque chose n’aura pas la chance de le traverser.

De tels trous de ver sont possibles sur la base de la matière qui fait partie du modèle standard de la physique des particules. Le seul problème est que ces trous de ver devraient être de taille microscopique et n’exister que sur de très petites distances. Pour le mouvement humain, les trous de ver devraient être grands, nécessitant l’utilisation de la physique au-delà du modèle standard.

Trous de ver réalisables dans le modèle de l’univers à 5 dimensions Randal-Sundrum II

Pour Maldacena et Milekhin, c’est là que le modèle Randall-Sundrum II (alias la théorie de la géométrie déformée en 5 dimensions) entre en jeu. Nommé d’après les physiciens théoriciens Lisa Randall et Raman Sundrum, ce modèle décrit l’Univers en termes de cinq dimensions et a été initialement proposé pour résoudre un problème de hiérarchie en physique des particules.

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Diagramme montrant la géométrie du trou de ver dans un espace à 5 dimensions. Crédit: Juan Maldacena et Alexey Milekhin

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« Le modèle Randall-Sundrom II était basé sur la prise de conscience que cet espace-temps à cinq dimensions pouvait également décrire la physique à des énergies inférieures à celles que nous explorons habituellement, mais qu’il aurait échappé à la détection car il ne se couple avec notre matériau que par gravité. En fait, sa physique est similaire à l’ajout de nombreux champs sans masse hautement interactifs à la physique connue. Et pour cette raison, il peut donner naissance à l’énergie négative requise ».

Selon les travaux de Maldacena et Milekhin, leurs trous de ver prendraient à peine le temps de passer du point de vue du voyageur. Du point de vue d’un observateur extérieur, le temps de trajet serait beaucoup plus long, ce qui est cohérent avec la relativité générale. Pour les astronautes traversant le trou de ver, il ne leur faudrait qu’une seconde de leur temps pour parcourir 10000 Années lumière. Un observateur qui ne traverse pas le vortex et reste à l’extérieur, les voit prendre plus de 10 000 ans. Et tout cela sans utiliser de carburant, car la gravité accélère et décélère le vaisseau spatial.

Un mécanisme théorique intéressant, mais pas très réaliste

Si cela peut paraître encourageant pour ceux qui pensent que les trous de ver pourraient un jour être un moyen de voyager dans l’espace, le travail de Maldacena et Milekhin présente également des inconvénients importants. Pour commencer, ils soulignent que les trous de ver traversables doivent être conçus en utilisant une masse négative, car aucun mécanisme plausible n’existe pour leur formation naturelle.

Bien que cela soit possible (du moins en théorie), les configurations spatio-temporelles nécessaires doivent être présentes à l’avance. Même ainsi, la masse et la taille impliquées sont si grandes que la tâche dépasse toute technologie pratique que nous pouvons prévoir. Deuxièmement, ces trous de ver ne seraient sûrs que si l’espace est froid et plat, ce qui n’est pas le cas au-delà du modèle Randall Sundrum II.

En plus de tout cela, tout objet entrant dans le trou de ver serait accéléré et même la présence d’un rayonnement de fond cosmique poserait un danger important. Cependant, Maldacena et Milekhin soulignent que leur étude a été menée dans le but de montrer que des trous de ver traversables peuvent exister en raison de «l’interaction subtile entre la relativité générale et la physique quantique».

Sources : arXiv

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