Historique des trous de ver, théorie, types, formation

UN trou de ver, En astrophysique et en cosmologie, c'est un passage qui relie deux points dans le tissu de l'espace-temps. Alors que la chute de pomme a inspiré la théorie de la gravitation d'Isaac Newton en 1687, les vers qui perce les pommes ont inspiré de nouvelles théories, également dans le cadre de la gravitation.

Tout comme le ver parvient à atteindre un autre point sur la surface de la pomme à travers un tunnel, les trous de vers de l'espace-temps constituent des raccourcis théoriques qui permettent de voyager vers des sites éloignés dans l'univers en moins de temps.

Trou de ver-temporel spatial: vision artistique. Source: Pixabay.

C'est une idée qui a capturé et continue de capturer l'imagination de beaucoup. Pendant ce temps, les cosmologues s'occupent de chercher des moyens de vérifier leur existence. Mais pour les moments, ils sont toujours soumis à des spéculations.

Pour se rapprocher un peu de la compréhension des trous de ver, la possibilité de voyager dans le temps à travers eux et les différences qui existent entre les trous de ver et les trous noirs, vous devez être situé dans le concept d'espace-temps.

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Qu'est-ce que l'espace-temps?

Le concept d'espace-temps est étroitement lié à celui du trou de ver. C'est pourquoi il est nécessaire d'abord pour établir quelle est sa caractéristique principale et ce qui est.

L'espace-temps est l'endroit où chacun des événements se produit dans l'univers. Et l'univers à son tour est tout l'espace-temps, capable d'héberger toutes les formes d'énergie de matière et plus ..

Quand le petit ami rencontre la mariée est un événement, mais cet événement a des coordonnées spatiales: la place de la rencontre. Et une coordonnée temporaire: année, mois, jour et heure de la rencontre.

La naissance d'une étoile ou l'explosion d'une supernova, sont également des événements qui se développent dans l'espace-temps.

Maintenant, dans une région de l'univers et des interactions sans masse, l'espace-temps est plat. Cela signifie que deux rayons lumineux qui commencent en parallèle se poursuivent comme ça, tant qu'ils restent dans cette région. Au fait, pour un rayon de lumière est éternel.

Bien sûr, l'espace-temps n'est pas toujours plat. L'univers contient des objets qui ont une masse qui modifient l'espace-temps, provoquant une courbure de l'espace-temps à l'échelle universelle.

C'est Albert Einstein lui-même qui a réalisé, à un moment d'inspiration, il a appelé "L'idée la plus heureuse de ma vie", qu'un observateur accéléré est localement indiscernable d'une autre qui est proche d'un objet massif. C'est le célèbre principe d'équivalence.

Et un observateur accéléré courbe l'espace-temps, c'est-à-dire la géométrie euclidienne cesse d'être valide. Par conséquent, dans les environs d'un objet massif comme une étoile, une planète, une galaxie, un trou noir ou l'univers lui-même, l'espace-temps est incurvé.

Cette courbure est perçue par les êtres humains comme une force appelée gravité, tous les jours mais mystérieux en même temps.

La gravité est aussi énigmatique que la force qui nous pousse vers l'avant lorsque le bus sur lequel nous voyageons freine soudainement. C'est comme si soudainement quelque chose d'invisible, sombre et massif, pendant quelques instants qu'il mettait devant et nous attire, nous improvisant vers l'avant.

Les planètes se déplacent elliptiquement autour du soleil parce que la masse de cela produit une dépression sur la surface de l'espace-temps qui fait que les planètes courbent leurs trajectoires. Un rayon lumineux courbe également sa trajectoire après la dépression spatio-temporelle produite par le soleil.

Tunnels dans l'espace - temps

Si l'espace-temps est une surface incurvée, en principe, rien empêche une zone de se connecter avec un autre via un tunnel. Voyager à travers un tel tunnel impliquerait non seulement changer de place, mais offre également la possibilité d'aller à une autre fois.

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Cette idée a inspiré de nombreux livres, séries et films de science-fiction, y compris la célèbre série américaine des années 60 "The Sunction of Time" et plus récemment "Deep Space 9" de la franchise Star Trek et du film interstellaire 2014 de 2014.

L'idée est venue d'Einstein lui-même, qui, à la recherche de solutions dans le domaine de la relativité générale, trouvée avec Nathan Rosen une solution théorique qui a permis de connecter deux régions différentes de l'espace-temps à travers un tunnel qui a fonctionné comme un raccourci.

Cette solution est connue sous le nom de Bridge Einstein - Rosen et apparaît dans une œuvre publiée en 1935.

Cependant, le terme "trou de ver" a été utilisé pour la première fois en 1957, grâce aux physiciens théoriques John Wheeler et Charles Misner dans une publication de cette année. Auparavant, il y avait eu des «tubes à dimension» pour désigner la même idée.

Plus tard en 1980, Carl Sagan écrivait le roman de science-fiction "Contact", un livre dont un film a été réalisé plus tard. Le protagoniste nommé Elly, découvre une vie extraterrestre intelligente à 25 000 années-lumière. Carl Sagan voulait que Elly y voyage, mais d'une manière qu'il était scientifiquement crédible.

Virant à 25 000 années-lumière n'est pas une tâche facile pour un humain, à moins qu'un raccourci ne soit recherché. Un trou noir ne peut pas être une solution, étant donné que lors de l'approche de la singularité, la gravité différentielle déchirerait le navire et son équipage.

À la recherche d'autres possibilités, Carl Sagan a consulté l'un des principaux experts des trous noirs de l'époque: Kip Thorne, qui a commencé à réfléchir à la question et s'est rendu compte que les ponts-riches d'Einstein ou les trous de vers de Wheeler étaient la solution.

Cependant, Thorne a également réalisé que la solution mathématique était instable, c'est-à-dire que le tunnel s'ouvre, mais bientôt il s'étrangle et disparaît.

L'instabilité des trous de ver

Est-il possible d'utiliser des trous de ver pour parcourir de grandes distances dans l'espace et le temps?

Depuis qu'ils ont été conçus, les trous de ver ont servi dans de nombreuses parcelles de science-fiction pour amener leurs protagonistes dans des endroits éloignés et découvrir les paradoxes du temps non linéaire.

Kip Thorne a trouvé deux solutions possibles au problème de l'instabilité des trous de ver:

• En appelant Mousse quantique. Sur l'échelle de Planck (10^-35 m) Il existe des fluctuations quantiques capables de connecter deux régions de l'espace-temps via des microtunnels. Une civilisation hypothétique très avancée pourrait trouver un moyen d'élargir les passages et de leur garder suffisamment de temps pour que un humain passe.
• Masse négative. Selon les calculs publiés en 1990 par Thorne, d'énormes quantités de cette question étrange seraient nécessaires pour garder les extrémités du trou de ver ouverte.

La chose remarquable à propos de cette dernière solution est que, contrairement aux trous noirs, il n'y a pas de singularité ou de phénomènes quantiques, et la passe des humains à travers ce type de tunnel serait faisable.

De cette façon, les trous de ver ne permettraient non seulement de connecter les régions éloignées dans l'espace, mais également séparées au fil du temps. Ce sont donc des machines pour voyager à temps.

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Cela n'a pas diminué les esprits d'autres chercheurs, qui ont suggéré la possibilité que deux trous noirs dans différentes zones de l'espace-temps soient connectés en interne par un trou de vers.

Bien que cela ne serait pas pratique pour les voyages temporels de l'espace, car en dehors des tribulations qui apporteraient au caractère unique du trou noir, il n'y aurait aucune possibilité de sortir à l'autre extrémité, car c'est un autre trou noir.

Différences entre les trous noirs et les trous de ver

Lorsque vous parlez d'un trou de ver, vous pensez également immédiatement aux trous noirs.

Un trou noir se forme naturellement, après l'évolution et la mort d'une étoile qui a une certaine masse critique.

Il survient après que l'étoile épuise son combustible nucléaire et commence à se contracter de manière irréversible en raison de sa propre force gravitationnelle. Il continue de provoquer un tel effondrement, que rien à une distance inférieure à la distance que le rayon de l'horizon de l'événement ne peut s'échapper, pas même la lumière.

En comparaison, un trou de ver est une apparence exceptionnelle, une conséquence d'une anomalie hypothétique dans la courbure de l'espace-temps. En théorie, il est possible de les traverser.

Cependant, si quelqu'un essayait de passer par un trou noir, une gravité intense et un rayonnement extrême dans l'environnement proche de la singularité en feraient un mince fil de particules subatomiques.

Il existe des preuves indirectes et très récentes de l'existence de trous noirs. Parmi ces preuves figurent l'émission et la détection d'ondes gravitationnelles pour l'attraction et la rotation de deux trous noirs colossaux, détectés par l'observatoire de l'onde gravitationnelle ligo.

Il y a des preuves que dans le centre des grandes galaxies, comme notre Voie lactée, il y a un trou noir super massif.

La rotation rapide des étoiles près du centre, ainsi que l'énorme quantité de rayonnement à haute fréquence qui émane de là, sont des preuves indirectes qu'il existe un énorme trou noir qui explique la présence de ces phénomènes.

C'est à peine le 10 avril 2019 que la première photographie d'un trou noir supermassive (7000 millions de fois la masse du soleil) a été montrée au monde, située dans une galaxie très éloignée: Messier 87 dans la constellation de la Vierge, à 55 millions d'années-lumière de la Terre.

Cette photographie d'un trou noir était possible grâce au réseau mondial de télescopes, intitulé "Event Horizon Telescope", avec la participation de plus de 200 scientifiques à travers le monde.

De trous de ver à la place, il n'y a aucune preuve à ce jour. Les scientifiques ont pu détecter et surveiller un trou noir, mais la même chose n'a pas été possible avec les trous de ver.

Ce sont donc des objets hypothétiques, bien que théoriquement faisables, comme à une époque, ils étaient également des trous noirs.

Variété / types de trous de ver

Bien qu'ils n'aient pas encore été détectés, ou peut-être précisément à cause de cela, différentes possibilités de trous de ver ont été imaginées. Tous sont théoriquement possibles, car les équations d'Einstein pour la relativité générale satisfont. Il y en a ici:

• Trous de ver qui relient deux régions spatio-temps du même univers.
• Trous de ver capables de connecter un univers avec un autre univers.
• Ponts einstein-rosés, dans lesquels l'affaire pourrait passer d'une ouverture à l'autre. Bien que ce passage de la matière entraînerait l'instabilité, l'effondrement du tunnel sur lui-même.
• Le trou de ver de Kip Thorne, avec un cascar sphérique de matière de masse négative. Il est stable et assemblant dans les deux sens.
• Le trou de ver sochwarzschild so-appelé, composé de deux trous noirs connectés. Ils ne sont pas croissants, car la matière et la lumière sont piégées entre les deux extrêmes.
• Trous de ver avec chargement et / ou rotation ou kerr, composé de deux trous noirs connectés en interne, traversés dans une direction.
• Mousse quantique de l'espace-temps, dont l'existence est théorisée au niveau subatomique. La mousse est composée de tunnels subatomiques très instables qui connectent différentes zones. Pour les stabiliser et les étendre, la création d'un plasma de quarks et de gluons serait nécessaire, ce qui exigerait une quantité presque infinie d'énergie pour sa génération.
• Plus récemment, grâce à la théorie des cordes, il a théorisé les trous de ver soutenus par les cordes cosmiques.
• Black puis séparés des trous noirs, à partir duquel un trou d'espace-temps surgit, ou un pont Einstein-Rosen qui reste uni par la gravité. Ceci est une solution théorique proposée en septembre 2013 par les physiciens Juan Maldacena et Leonard Susskind. 

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Tous sont parfaitement possibles, car ils ne sont pas contradictoires avec les équations d'Einstein de la relativité générale.

Est-il possible de voir un jour de ver?

Pendant longtemps, les trous noirs étaient des solutions théoriques des équations d'Einstein. Einstein lui-même a remis en question la possibilité qu'ils puissent être détectés par l'humanité.

Albert Einstein (1879-1955), auteur de la théorie de la relativité. Source: Pixabay.

Donc, pendant longtemps, les trous noirs sont restés comme une prédiction théorique, jusqu'à ce qu'ils trouvent et situés. Les scientifiques abritent le même espoir concernant les trous de ver.

Il est très possible qu'ils soient également là, mais il n'a pas encore été appris pour les localiser. Bien que selon une publication très récente, les trous de ver laisseraient des traces et des ombres observables même avec des télescopes.

On pense que les photons se déplacent autour du trou de ver générant une bague légère. Les photons les plus proches tombent à l'intérieur et laissent derrière lui une ombre qui leur permettra de les différencier des trous noirs.

Selon Rajibul Shaikh, un physicien de l'Institut Tata pour la recherche fondamentale de Mumbai en Inde, un type de trou de ver rotatif produirait une ombre de plus en plus grande que celle d'un trou noir.

Dans son travail, Shaikh a étudié les ombres théoriques projetées par un certain type de trous de ver rotatifs, en se concentrant sur le papier crucial de la gorge du trou pour la formation d'une ombre de photons qui permet de l'identifier et de le différencier d'un trou noir.

Shaikh a également analysé la dépendance de l'ombre avec le virage du trou de ver et l'a également comparée à l'ombre qui projette un trou rotatif noir de Kerr, trouvant des différences significatives. C'est un travail complètement théorique.

En dehors de cela, pour les moments, les trous de ver restent comme des abstractions mathématiques, mais il est possible que certains puissent voir certains. Qu'est-ce qui est à l'autre bout, pour le moment il est toujours le sujet de la conjecture. 

Les références

1. Divertissement quantique péudes pour donner naissance à la gravité. Tiré de Sciencealdia.com
2. Progrès de la physique, vol 61, numéro de septembre 2013 pages 781 -811
3. Trou de ver. Pris de wikipedia.org
4. Espace-temps. Pris de wikipedia.org.
5. David Nield (2018). Un nouveau papier fou suggère que les trous de ver lance des ombres que nous pourrions facilement voir avec les télescopes. Tiré de ScienceCeert.com