Trous de ver

A trou de ver est un tunnel hypothétique à travers l'espace-temps qui relie deux régions distantes, offrant un raccourci qui pourrait, en principe, être beaucoup plus court que le chemin ordinaire à travers l'espace. L'idée découle directement du d'Einstein. relativité générale, qui traite l'espace et le temps comme une géométrie flexible dans laquelle la matière et l'énergie peuvent se plier, s'étirer et éventuellement se connecter de manière inhabituelle.

Du pont Einstein-Rosen aux tunnels dans l'espace-temps

En 1935, Einstein et Nathan Rosen ont découvert que les mathématiques décrivant un trou noir pouvaient être étendues à un « pont » reliant deux feuilles d'espace-temps — la première solution de trou de ver, maintenant appelée Pont Einstein-Rosen. Le hic, c'est que ce pont n'est pas traversable : il se pince si rapidement que même la lumière ne peut pas le traverser avant de se fermer, et tout ce qui tenterait de passer serait écrasé à la singularité. C'est une connexion mathématique, pas un passage utilisable.

Trous de ver traversables et problème de la matière exotique

En 1988, Kip Thorne et Michael Morris ont demandé ce qu'il faudrait pour construire un trou de ver qu'un voyageur pourrait réellement traverser. Leur réponse a révélé l’obstacle central. Pour maintenir la gorge d'un trou de ver ouverte contre la tendance naturelle de la gravité à l'effondrer, vous avez besoin d'une région filetée avec densité d'énergie négative — une matière dite exotique qui repousse gravitationnellement plutôt qu'attire. La matière ordinaire, l'énergie et la lumière ont toutes une densité d'énergie positive, donc un trou de ver traversable nécessite quelque chose qu'aucun laboratoire n'a jamais mis en bouteille en vrac.

La physique quantique permet une énergie négative passagère en petites quantités. Le vide quantique peut descendre en dessous de la densité d'énergie nulle dans le Effet Casimir, où deux plaques métalliques proches excluent certaines fluctuations du vide et créent une minuscule région d'énergie négative entre elles. C’est pourquoi les discussions sur les trous de ver réalistes évoquent souvent l’effet Casimir, mais les quantités impliquées sont minuscules par rapport à ce qu’il faudrait pour maintenir une gorge macroscopique ouverte.

Pourquoi les trous de ver peuvent être interdits

Même sur le papier, les trous de ver posent de sérieux problèmes. Parce qu’ils pourraient connecter des points distants presque instantanément, un trou de ver traversable pourrait en principe être transformé en machine à remonter le temps, soulevant des paradoxes de causalité. de Stephen Hawking conjecture de protection de la chronologie propose que les lois de la physique conspirent pour empêcher exactement cela, peut-être grâce à des effets quantiques incontrôlables qui détruisent tout trou de ver avant qu'il ne puisse être utilisé pour voyager dans le passé. La question de savoir si la nature autorise réellement la traversée des trous de ver ou les interdit n’est pas résolue.

Une idée fausse courante

Les trous de ver ne sont pas des trous dans lesquels vous tombez dans comme un trou noir. Un véritable trou de ver traversable serait une structure à deux bouches que vous passez via, émergeant ailleurs – plus comme un tunnel que comme un drain. Et malgré leur popularité dans la science-fiction, aucun trou de ver n’a jamais été observé ; ils restent des solutions aux équations de la relativité générale dont l'existence physique est entièrement spéculative.

Pourquoi la condition énergétique est le point de friction

L’obstacle à un véritable trou de ver peut être énoncé avec précision. En relativité générale, la matière ordinaire obéit à des « conditions énergétiques » : en gros, la densité d'énergie mesurée par n'importe quel observateur n'est pas négative. Maintenir la gorge d'un trou de ver ouverte nécessite violer ces conditions : la gorge doit être remplie de matière dont la densité d'énergie apparaît négative au passage d'un faisceau lumineux, la défocalisant afin que le tunnel ne se ferme pas. Les effets quantiques peuvent produire de petites et brèves densités d’énergie négative (l’effet Casimir est le cas d’école), mais ils sont étroitement contraints par des « inégalités quantiques » qui limitent la quantité d’énergie négative qui peut être concentrée et pendant combien de temps. Les estimations pour un trou de ver de taille humaine exigent une énergie négative totale comparable en ampleur à l’énergie de masse d’une planète ou d’une étoile, concentrée dans une fine coquille – bien au-delà de tout ce que les effets quantiques sont connus pour permettre. Ce gouffre, et non un défaut de géométrie, est la raison pour laquelle les trous de ver traversables restent spéculatifs.