Esote
Dagobah Resident
Ma traduction d'un article de Don Lincoln, scientifique de premier plan, Laboratoire national de l'accélérateur Fermi ; professeur auxiliaire de physique, université de Notre Dame.
Original : Matter Sucked in by Black Holes May Travel into the Future, Get Spit Back Out
La matière aspirée par les trous noirs pourrait voyager dans le futur et se faire expulser vers le passé
Les trous noirs sont parmi les endroits les plus mystérieux de l'univers ; des lieux où le tissu même de l'espace et du temps est tellement déformé que même la lumière ne peut s'en échapper. Selon la théorie de la relativité générale d'Einstein, au centre se trouve une singularité, un espace où la masse de nombreuses étoiles est écrasée en un volume dont la taille est tout à fait inexistante. Cependant, deux articles récents de physique, publiés le 10 décembre 2018 dans les revues Physical Review Letters et Physical Review D, respectivement, pourraient amener les scientifiques à reconsidérer ce que nous pensons savoir sur les trous noirs. Les trous noirs pourraient ne pas durer éternellement, et il est possible que nous ayons vraiment mal compris leur nature et à quoi ils ressemblent au centre, selon les articles.
La limite de la physique d'Einstein
Des astronomes et des physiciens soutiennent depuis longtemps que l'idée d'une singularité doit tout simplement être fausse. Si un objet avec masse n'a pas de taille, alors il a une densité infinie. Et, autant les chercheurs se servent du mot "infinité", autant les infinités de ce genre n'existent pas dans la nature. Au lieu de cela, quand vous rencontrez une infinité dans une situation réelle, physique, scientifique, ce que ça signifie vraiment, c'est que vous avez poussé vos mathématiques au-delà du domaine dans lequel elles s'appliquent. Vous avez besoin de nouvelles maths.
Il est facile d'en donner un exemple familier. La loi de la gravité de Newton dit que la force de l'attraction gravitationnelle varie en fonction de la distance au carré entre deux objets. Donc, si vous preniez une balle située loin de la Terre, elle aurait un certain poids. Puis, au fur et à mesure que vous la rapprocheriez de la Terre, le poids augmenterait. En poussant cette équation à l'extrême, en rapprochant l'objet du centre de la Terre, vous lui conféreriez une force infinie. Mais ce n'est pas le cas.
Au lieu de cela, lorsque vous rapprochez l'objet de la surface de la Terre, la simple loi de la gravité de Newton ne s'applique plus. Vous devez tenir compte de la distribution réelle de la masse de la Terre, ce qui signifie que vous devez utiliser des équations différentes et plus complexes qui établissent un comportement différent. De même, alors que la théorie de la relativité générale d'Einstein présume qu'une singularité de densité infinie existe au centre des trous noirs, ceci ne peut être vrai. Pour les très petites tailles, une nouvelle théorie de la gravité doit entrer en jeu. Nous avons un terme générique pour cette nouvelle théorie : la gravité quantique.
Le terme de gravité quantique signifie simplement "gravité aux échelles les plus petites", mais l'expression ne désigne pas une théorie en particulier. Cependant, des propositions théoriques spécifiques ont été faites pour décrire la gravité telle qu'elle serait dans le microcosme. L'une d'elles est appelée la gravitation quantique à boucles.
La gravitation quantique à boucles est une théorie mathématique difficile qui n'a pas permis la réalisation de simulations testables à l'intérieur des trous noirs. Cependant, Abhay Ashtekar et Javier Olmedo de la Pennsylvania State University et Parampreet Singh de la Louisiana State University ont travaillé sur la gravitation quantique à boucles au centre des trous noirs. Ils prétendent que le résultat n'est pas une singularité.
Leurs calculs font apparaitre que l'espace-temps est très fortement incurvé près du centre du trou noir. Le résultat est que l'espace-temps se poursuit dans une région de l'avenir qui a la structure d'un trou blanc. Un trou blanc est comme un trou noir à l'envers, ce qui signifie que contrairement à un trou noir, qui attire la matière, un trou blanc expulse la matière.
Il y a peut-être une autre façon de comprendre ce qu'ils annoncent. Il est bien connu que dans les champs gravitationnels forts, le temps ralentit. Et les trous noirs contiennent les champs gravitationnels les plus puissants de l'univers. Pour cette raison, une interprétation possible de cette nouvelle étude est que la matière tombe dans un trou noir puis "rebondit", renvoyant la masse à travers le cosmos. Parce que le temps est si lent près du centre d'un trou noir, ce processus prend énormément de temps. Si les chercheurs ont raison, dans un avenir très lointain, là où il y a maintenant des trous noirs, la matière va exploser et se répandre dans le cosmos.
Comme toujours dans la science théorique, il y a beaucoup d'idées intéressantes et provocatrices qui ne sont pas vraies en fait, et ceci peut en être une. Il est donc important de savoir s'il existe un apport expérimental pour de telles idées théoriques.
Il y a quelques possibilités. Les scientifiques ont observé dans l'espace des phénomènes à très haute énergie qui n'ont pas été complètement expliqués. L'un d'eux est l'existence de rayons cosmiques à très haute énergie qui frappent l'atmosphère terrestre. Un autre est ce qu'on appelle les "rafales radio rapides" ("fast radio bursts"), lorsqu'une grande quantité d'énergie radio est observée dans un laps de temps très court. Ces deux phénomènes pourraient, au moins en principe, être la signature d'un trou noir se transformant en trou blanc.
Il est certainement prématuré d'accepter cette nouvelle idée intéressante. Il serait prudent de voir plutôt comment évoluent les calculs en cours utilisant la gravitation quantique à boucles. Si les prévisions s'affinent et commencent à ressembler davantage à certaines observations de phénomènes astronomiques inexpliqués, il se pourrait que ce nouveau résultat explique comment la gravité quantique fonctionne et qu'il remodèle notre compréhension du passé et de l'avenir de notre univers.
Original : Matter Sucked in by Black Holes May Travel into the Future, Get Spit Back Out
La matière aspirée par les trous noirs pourrait voyager dans le futur et se faire expulser vers le passé
Les trous noirs sont parmi les endroits les plus mystérieux de l'univers ; des lieux où le tissu même de l'espace et du temps est tellement déformé que même la lumière ne peut s'en échapper. Selon la théorie de la relativité générale d'Einstein, au centre se trouve une singularité, un espace où la masse de nombreuses étoiles est écrasée en un volume dont la taille est tout à fait inexistante. Cependant, deux articles récents de physique, publiés le 10 décembre 2018 dans les revues Physical Review Letters et Physical Review D, respectivement, pourraient amener les scientifiques à reconsidérer ce que nous pensons savoir sur les trous noirs. Les trous noirs pourraient ne pas durer éternellement, et il est possible que nous ayons vraiment mal compris leur nature et à quoi ils ressemblent au centre, selon les articles.
La limite de la physique d'Einstein
Des astronomes et des physiciens soutiennent depuis longtemps que l'idée d'une singularité doit tout simplement être fausse. Si un objet avec masse n'a pas de taille, alors il a une densité infinie. Et, autant les chercheurs se servent du mot "infinité", autant les infinités de ce genre n'existent pas dans la nature. Au lieu de cela, quand vous rencontrez une infinité dans une situation réelle, physique, scientifique, ce que ça signifie vraiment, c'est que vous avez poussé vos mathématiques au-delà du domaine dans lequel elles s'appliquent. Vous avez besoin de nouvelles maths.
Il est facile d'en donner un exemple familier. La loi de la gravité de Newton dit que la force de l'attraction gravitationnelle varie en fonction de la distance au carré entre deux objets. Donc, si vous preniez une balle située loin de la Terre, elle aurait un certain poids. Puis, au fur et à mesure que vous la rapprocheriez de la Terre, le poids augmenterait. En poussant cette équation à l'extrême, en rapprochant l'objet du centre de la Terre, vous lui conféreriez une force infinie. Mais ce n'est pas le cas.
Au lieu de cela, lorsque vous rapprochez l'objet de la surface de la Terre, la simple loi de la gravité de Newton ne s'applique plus. Vous devez tenir compte de la distribution réelle de la masse de la Terre, ce qui signifie que vous devez utiliser des équations différentes et plus complexes qui établissent un comportement différent. De même, alors que la théorie de la relativité générale d'Einstein présume qu'une singularité de densité infinie existe au centre des trous noirs, ceci ne peut être vrai. Pour les très petites tailles, une nouvelle théorie de la gravité doit entrer en jeu. Nous avons un terme générique pour cette nouvelle théorie : la gravité quantique.
Le terme de gravité quantique signifie simplement "gravité aux échelles les plus petites", mais l'expression ne désigne pas une théorie en particulier. Cependant, des propositions théoriques spécifiques ont été faites pour décrire la gravité telle qu'elle serait dans le microcosme. L'une d'elles est appelée la gravitation quantique à boucles.
La gravitation quantique à boucles est une théorie mathématique difficile qui n'a pas permis la réalisation de simulations testables à l'intérieur des trous noirs. Cependant, Abhay Ashtekar et Javier Olmedo de la Pennsylvania State University et Parampreet Singh de la Louisiana State University ont travaillé sur la gravitation quantique à boucles au centre des trous noirs. Ils prétendent que le résultat n'est pas une singularité.
Leurs calculs font apparaitre que l'espace-temps est très fortement incurvé près du centre du trou noir. Le résultat est que l'espace-temps se poursuit dans une région de l'avenir qui a la structure d'un trou blanc. Un trou blanc est comme un trou noir à l'envers, ce qui signifie que contrairement à un trou noir, qui attire la matière, un trou blanc expulse la matière.
Il y a peut-être une autre façon de comprendre ce qu'ils annoncent. Il est bien connu que dans les champs gravitationnels forts, le temps ralentit. Et les trous noirs contiennent les champs gravitationnels les plus puissants de l'univers. Pour cette raison, une interprétation possible de cette nouvelle étude est que la matière tombe dans un trou noir puis "rebondit", renvoyant la masse à travers le cosmos. Parce que le temps est si lent près du centre d'un trou noir, ce processus prend énormément de temps. Si les chercheurs ont raison, dans un avenir très lointain, là où il y a maintenant des trous noirs, la matière va exploser et se répandre dans le cosmos.
Comme toujours dans la science théorique, il y a beaucoup d'idées intéressantes et provocatrices qui ne sont pas vraies en fait, et ceci peut en être une. Il est donc important de savoir s'il existe un apport expérimental pour de telles idées théoriques.
Il y a quelques possibilités. Les scientifiques ont observé dans l'espace des phénomènes à très haute énergie qui n'ont pas été complètement expliqués. L'un d'eux est l'existence de rayons cosmiques à très haute énergie qui frappent l'atmosphère terrestre. Un autre est ce qu'on appelle les "rafales radio rapides" ("fast radio bursts"), lorsqu'une grande quantité d'énergie radio est observée dans un laps de temps très court. Ces deux phénomènes pourraient, au moins en principe, être la signature d'un trou noir se transformant en trou blanc.
Il est certainement prématuré d'accepter cette nouvelle idée intéressante. Il serait prudent de voir plutôt comment évoluent les calculs en cours utilisant la gravitation quantique à boucles. Si les prévisions s'affinent et commencent à ressembler davantage à certaines observations de phénomènes astronomiques inexpliqués, il se pourrait que ce nouveau résultat explique comment la gravité quantique fonctionne et qu'il remodèle notre compréhension du passé et de l'avenir de notre univers.