La vérité est qu’aujourd’hui, tout comme dans les années 1970 avec des trous noirs, personne ou presque personne ne croit en l’existence des trous blancs, qui sont considérés comme un simple exercice mathématique sans équivalent dans le monde réel. Contrairement aux noirs, les trous blancs n’absorbent pas la matière, ils l’expulsent. Ainsi, de même que rien de ce qui pénètre dans un trou noir ne peut en ressortir, de même rien de ce qui sort d’un trou blanc ne peut en ressortir.
La raison de suspecter
Malgré un rejet général, certains groupes de physiciens, dont celui de Rovelli, ont cependant commencé à étudier une possibilité de mécanique quantique qui permettrait de former réellement des trous blancs et donc de les remplir du ciel, même si elle ne les a encore détectés.
La raison de suspecter qu’il y a des trous blancs écrit Rovelli dans New Scientist est qu’ils pourraient résoudre un mystère ouvert : ce qui se passe au centre du trou noir. Nous voyons de grandes quantités de matière en spirale autour des trous noirs, puis tomber dedans. Toute cette matière passe par la surface du trou, l’horizon des événements ou point de non-retour, plonge vers le centre et…. alors ? Personne ne le sait.
Singularité
Selon la théorie générale de la relativité d’Einstein, la meilleure description de la gravité, la matière entrant dans un trou noir est concentrée dans un seul point central de densité infinie, ce que les physiciens ont appelé « singularité ». À ce moment-là, la réalité elle-même cesserait d’être ce qu’elle est, le temps s’arrêterait et tout ce qui existe disparaîtrait dans le néant. Cependant, précisément à cause de ces conditions extrêmes, la singularité est en dehors de la portée des théories d’Einstein, que Rovelli considère comme peu fiable. En fait, en singularité, la gravité serait si forte qu’elle serait dominée par des effets quantiques. Pour comprendre ce qui se passe, explique le scientifique, nous avons besoin d’une théorie quantique de la gravité.
Pour le chercheur, les effets quantiques pourraient empêcher une densité infinie de se former au centre du trou noir. Et finalement, au lieu de se concentrer sur une singularité, « la matière pourrait faire ce qu’elle fait habituellement après une chute : rebondir. Mais voici la magie, écrit Rovelli, la gravité quantique permet non seulement à la matière, mais à toute la géométrie espace-temps du trou noir de rebondir, c’est-à-dire de continuer à travers le point central du trou noir dans une région séparée et nouvelle de l’espace-temps, où non seulement la matière mais aussi l’espace-temps se redresse. C’est ce qu’on appelle un trou blanc. Une balle rebondissante suit une trajectoire qui ressemble à un film de sa chute projeté à l’envers. Un trou blanc est comme un film d’un trou noir projeté à l’envers. De l’extérieur, ce ne serait pas très différent : il a une masse comme un trou noir, donc les choses s’attirent et peuvent orbiter autour de lui. Mais alors qu’un trou noir est entouré d’un horizon par lequel il est possible d’entrer mais pas de sortir, un trou blanc est entouré d’un horizon par lequel il est possible de sortir mais pas d’entrer.
A trou de ver
Selon le chercheur, la possibilité théorique que ces objets existent est fournie par la relativité générale, et pour eux il existe solutions exactes aux équations de la théorie ;. Des solutions qui, cependant, ont toujours été considérées comme de purs artifices mathématiques sans lien avec le monde réel. Précisément, ironise Rovelli, la même chose qui s’est produite avec les trous noirs il n’y a pas si longtemps.
Certaines idées autour des trous blancs suggèrent qu’ils seraient reliés aux trous noirs par un tunnel espace-temps, un couloir. Pour que la matière entre par le trou noir et sorte ensuite, ailleurs dans l’Univers ou même dans un autre Univers, par un trou blanc.
Mais Rovelli est d’avis que de telles spéculations extravagantes ne sont pas nécessaires, et que le trou blanc se trouverait exactement au même endroit que le trou noir, seulement dans son avenir. En d’autres termes, l’autre côté du centre d’un trou noir peut simplement être dans l’avenir du trou. C’est difficile à visualiser, mais le résultat est simple : dans la première partie de sa vie, le trou est noir et la matière tombe ; mais pendant la seconde, après la transition quantique, il est blanc et la matière rebondit.
La transition : du noir au blanc
A ce point, il faut remarquer le moment où un trou noir devient blanc. Là encore, c’est la théorie quantique qui le permet, grâce à un phénomène connu sous le nom de tunnel quantique. Aujourd’hui, l' »effet tunnel » est bien étudié et même appliqué à la construction de microscopes et autres instruments scientifiques. Une particule piégée à l’intérieur du noyau atomique, explique Rovelli, ne pourrait pas s’échapper selon la mécanique classique, mais la théorie quantique lui permet de creuser un tunnel sous la paroi potentielle qui le retient, et donc de rayonner hors du noyau.
Maintenant, la vie des trous noirs peut être extrêmement longue. à quel point un trou noir devient un trou blanc ? Il y a plusieurs décennies, en 1974, Stephen Hawking a osé l’idée qu’après tout, les trous noirs n’étaient pas si noirs, car ils émettaient une certaine quantité de rayonnement, aujourd’hui connu sous le nom de rayonnement Hawking en l’honneur du brillant physicien britannique. C’est-à-dire, avec le passage du temps et à travers cette lente mais continue émission de rayonnement, les trous noirs se réduisent en taille et finissent par s’évaporer.
Et comme ils diminuent en taille, selon Rovelli, « la probabilité qu’ils deviennent trous blancs augmente. Ce qui, à un moment donné, arrive. Ce scénario contient cependant un aspect déconcertant : l’évaporation d’un trou noir est un processus extrêmement lent qui peut durer plusieurs millions d’années, tandis que la matière qui tombe dans le trou noir atteint son centre en quelques secondes, donc son « rebond » devrait être presque immédiat. Par conséquent, comment la matière peut-elle sortir si rapidement d’un trou blanc alors que ce même trou blanc met si longtemps à se former ?
La flexibilité du temps
La réponse, pour Rovelli, réside dans « la flexibilité incroyable du temps" ;. Nous savons, par exemple, que le temps passe plus lentement au niveau de la mer, plus près du centre de la Terre qu’au sommet d’une montagne. Et à mesure que nous approchions d’un trou noir, le temps ralentissait encore plus. Par conséquent, un temps très court à l’intérieur du trou noir équivaudrait à un temps très long à l’extérieur de celui-ci. Si nous pouvions voir le « rebond » de la matière de l’extérieur, cela semblerait se produire au ralenti. Par conséquent, écrit Rovelli, « les trous que nous voyons dans le ciel pourraient simplement être des objets qui s’effondrent et rebondissent vers l’extérieur, mais perçus par nous dans une caméra exagérément lente.
Un avantage supplémentaire d’un tel scénario est qu’il résout le célèbre paradoxe de la perte de l’information dans le trou noir, ce que la nature interdit. En effet, si le temps s’achevait dans un trou noir, l’information de la matière entrant dans la singularité serait perdue à jamais. Mais si cette matière finit par rebondir à travers un trou blanc, l’information ne serait pas perdue.
Un scénario théorique que, dans son article, Rovelli appelle belle. Cela signifie-t-il que le ciel est vraiment plein de trous blancs ? Et si oui, pouvons-nous les voir ?
Où sont les trous blancs ?
Le chercheur croit que la réponse « dépend de choses que nous ne comprenons pas encore complètement. Parmi eux, combien de temps un trou noir peut durer. On croit que les trous noirs qui se sont formés après l’effondrement d’une étoile sont encore trop jeunes et trop grands pour devenir des trous blancs. Ce n’est pas le cas de la myriade de trous noirs microscopiques qui auraient pu se former pendant le Big Bang, et qui pourraient déjà avoir été transformés, ou se transformer maintenant, en petits trous blancs qui seraient pratiquement partout.
Cependant – écrit Rovelli dans New Scientist – nous avons une limite assez ferme entre une vie larga¨, limitée par le temps d’évaporation de Hawking, et une vie corta minimum requise par le début du phénomène quantique. Ce qui nous permet de tirer quelques conclusions préliminaires
Si la vie utile s’avère longue -raisonnée le chercheur-, alors seuls les petits trous noirs primordiaux seraient devenus blancs. Cela impliquerait que tous les trous blancs actuellement dans le ciel doivent être de très petite taille. Le poids de chacun de ces minuscules trous blancs serait de l’ordre du microgramme, qui est le poids d’un fragment de cheveu humain de seulement 1,2 cm.
Qui, selon le chercheur, ouvre la possibilité intéressante que ces minuscules trous blancs sont un composant fondamental de la mystérieuse matière noire que les astronomes ont détecté, quoique seulement indirectement, dans le ciel. Les différentes théories sur la composition de la matière noire n’ont pas encore été démontrées, et les particules qui devraient la former selon ces théories sont résistantes à la découverte en laboratoire.
Mais la possibilité que la matière noire soit composée de petits trous blancs ne nécessite rien de plus que la physique établie, à savoir la relativité générale et la théorie quantique, et n’est écartée par aucune observation. Si cela est correct, nous avons déjà observé des trous blancs : ce sont des matières noires !
Par contre, si la durée de vie utile des trous noirs s’avère courte, les trous noirs primordiaux qui ont déjà été transformés en blancs devraient maintenant avoir la masse d’une petite planète et pourraient exploser violemment, transformant une grande partie de sa masse en rayonnement émis. Cet événement devrait nous envoyer des rayons cosmiques extrêmement énergiques et des signaux courts et violents dans la bande des micro-ondes ou de la radio. Ces dernières sont particulièrement intrigantes car des signaux similaires ont déjà été détectés : les explosions radio mystérieuses et rapides récemment observées par les radiotélescopes. Une fois de plus, nous avons peut-être déjà vu des trous blancs.
Pour Rovelli, trouver des preuves de trous blancs dans le ciel serait un beau pas en avant dans notre compréhension de l’Univers. Ils pourraient représenter la première observation directe de la gravité quantique en action, et ainsi ouvrir une fenêtre sur le problème majeur de la physique fondamentale, le problème de la compréhension des aspects quantiques de l’espace-temps.
Univers rebondit
L’article de Rovelli se termine par « une dernière idée très spéculative. Il est possible que notre Univers ne soit pas né dans le Big Bang, mais qu’il puisse y avoir ¨rebotado¨de une phase d’effondrement antérieure. Cette possibilité est permise par la gravité quantique et d’autres cadres théoriques. Le mécanisme quantique du rebond cosmique serait similaire au rebond du trou noir au trou blanc. Et les trous blancs microscopiques d’aujourd’hui auraient pu se former avant ce rebond. Si oui, la géométrie de l’espace-temps sur le rebond n’aurait pas été homoigène, comme le suggère la cosmologie conventionnelle, mais pleine de ¨arrugas¨, car chaque trou blanc serait comme un grand pic dans la géométrie espace-temps.
Pour le chercheur, ce fait pourrait être pertinent" ; pour résoudre le mystère de la flèche du temps, qui est la question du pourquoi le temps avance dans une seule direction. Et c’est que la flèche du temps n’aurait pas pu être causée par un état especial de l’Univers (c’est-à-dire avec une très faible entropie) comme on le croit généralement. Au lieu de cela, il pourrait s’agir d’une simple question de perspective liée à l’emplacement des observateurs sur especial : nous sommes hors de tous les trous.
White holes conclut Rovelli sont une possibilité plausible, mais presque inexploré. Nous devons encore en identifier un, mais il faut aussi beaucoup de temps pour reconnaître les trous noirs.
