Paul M. Sutter est astrophysicien à SUNY Stony Brook et le Flatiron Institute, hôte de “Demandez à un astronaute” et “Radio spatiale“et auteur de”Comment mourir dans l’espace. “ Sutter a contribué cet article à Voix d’experts de Space.com : Op-Ed & Insights.
Il est peut-être possible de construire un véritable trou de ver traversable, mais seulement si notre univers a des dimensions supplémentaires, a découvert une équipe de physiciens.
Faire un trou de ver, vous devez coller ensemble différentes parties de l’univers, en les reliant par un pont ou un tunnel, généralement appelé “gorge”. Cette gorge peut être aussi grande ou aussi longue que vous le souhaitez, mais généralement, vous voulez qu’elle soit plus courte que la distance normale jusqu’à votre destination. Chez Einstein théorie de la relativité généralecréer un trou de ver est assez simple : il vous suffit de créer un trou noir et connectez-le à un trou blanc (qui est l’exact opposé d’un trou noir), et boum, voilà : un tunnel à travers l’espace-temps.
Malheureusement, le plus gros problème avec les trous de ver est qu’ils sont incroyablement instables. Dès qu’ils se forment, leurs énormes forces gravitationnelles (ils sont littéralement constitués de trous noirs, après tout) les déchirent plus rapidement que la vitesse de la lumière, ce qui les rend plutôt inutiles en tant que véritables raccourcis à travers l’univers.
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Le seul moyen connu de stabiliser un trou de ver est d’utiliser une forme de matière exotique. La matière exotique peut prendre la forme d’une matière de masse négative, qui ne semble pas exister dans l’univers, ou d’un autre scénario qui viole ce que l’on appelle les conditions énergétiques de la relativité générale. Les conditions énergétiques stipulent simplement que tout le monde devrait ressentir une énergie positive, en moyenne, à peu près partout où il va. Pour stabiliser un trou de ver, cependant, un voyageur devrait faire l’expérience d’une région d’énergie négative. Cette énergie négative équilibrerait l’énergie positive de la masse du voyageur, gardant le trou de ver ouvert lorsqu’il le traversait.
Certains scénarios physiques conduisent parfois à des violations de certaines conditions énergétiques. Cependant, les physiciens ne connaissent pas un seul cas dans lequel toutes les conditions énergétiques sont violées, en moyenne, sur de longues périodes de temps – ce qui est exactement ce que vous devez faire pour construire un trou de ver.
Votre “brane” sur la physique
La gravité est extrêmement faible; c’est des milliards et des milliards de fois plus faible que n’importe quelle autre force de la nature. Ce fait trouble de nombreux physiciens, car quand quelque chose est si différent du reste de l’univers, il y a généralement une explication physique intéressante derrière cela.
Mais nous n’avons aucune explication physique pour expliquer pourquoi la gravité est si faible. Une idée parmi les physiciens théoriciens est qu’il y a plus dans l’univers qu’il n’y paraît. Inspiré par théorie des cordesSelon le concept de nombreuses dimensions spatiales supplémentaires toutes enveloppées sur elles-mêmes et compressées à des échelles submicroscopiques, certaines théories proposent qu’il existe des dimensions spatiales supplémentaires à la réalité, en plus des trois habituelles.
Dans ces théories, nos trois dimensions ne sont qu’une « brane », une membrane relativement mince qui existe dans une « masse » de dimension supérieure. Celles dimensions supplémentaires ne sont pas nécessairement énormes ; s’ils l’étaient, nous aurions remarqué des particules ou planètes apparaissant et disparaissant de la dimension supplémentaire. Mais les dimensions supplémentaires pourraient être plus grandes que les dimensions minuscules de la théorie des cordes – peut-être aussi grandes qu’un millimètre.
Dans ce scénario, toutes les forces et particules de la nature sont alors confinées dans la brane tridimensionnelle, tandis que la gravité seule a le privilège de voyager à travers la masse. Ainsi, la gravité pourrait être aussi forte que toutes les autres forces, mais elle est si fortement diluée parmi toutes les dimensions supplémentaires qu’elle semble faible à notre expérience tridimensionnelle.
À travers le trou de ver
Parce que ces idées basées sur les branes sont des tentatives pour comprendre la gravité, elles ouvrent de nouvelles opportunités pour explorer la nature des trous de ver. Notre connaissance des trous de ver est régie par la relativité générale, mais peut-être que la présence de dimensions supplémentaires modifie le fonctionnement de la relativité générale, rendant ainsi les trous de ver possibles, propose une équipe de recherche indienne dans un nouvel article publié dans la base de données préimprimée arXiv.
Dans l’article, les physiciens ont exploré s’il serait possible de construire un trou de ver dans le modèle “braneworld” proposé pour la première fois par les physiciens Lisa Randall et Raman Sundrum en 1999.
Les auteurs du nouvel article ont découvert qu’ils pouvaient en effet construire un trou de ver stable et traversable dans ce modèle de gravité basé sur les branes. Mieux encore, ils n’avaient pas besoin de matière exotique pour le faire.
Bien que l’équipe ait trouvé que cette situation violait toujours les conditions énergétiques de la relativité générale, elle a fait valoir que cette violation était une caractéristique, pas un bogue. Au lieu de nécessiter un ingrédient étrange et exotique (et probablement impossible) pour construire un trou de ver, la nature de la gravité dans les dimensions spatiales supplémentaires a naturellement donné lieu à une violation des conditions énergétiques. Une fois ces conditions brisées, les trous de ver sont devenus une conséquence naturelle, ont-ils déclaré.
Les chercheurs sont même allés jusqu’à suggérer que si jamais nous devions observer ou créer directement un trou de ver, cela pourrait indiquer que l’univers a plus de dimensions spatiales que les trois habituelles.
Comme pour tous les travaux théoriques sur le sujet des trous de ver, ce n’est pas le dernier mot. Personne ne sait si la théorie de Randall-Sundrum, ou toute autre théorie basée sur les branes et les dimensions supplémentaires, est correcte. Et personne n’a de théorie quantique de la gravité – une théorie de la gravité forte à petite échelle – qui modifierait presque certainement les calculs, peut-être au point d’éliminer une fois de plus la possibilité de trous de ver.
Mais ce résultat est toujours intéressant, car il rejoint un certain nombre d’efforts pour explorer les limites de notre compréhension de la gravité, amenant la relativité générale aux limites absolues. Les trous de ver peuvent exister ou non, mais essayer de les comprendre augmentera certainement notre connaissance de l’univers.
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