Les trous de ver sont une caractéristique populaire de la science-fiction, les moyens par lesquels les engins spatiaux peuvent voyager plus vite que la lumière (FTL) et se déplacer instantanément d'un point de l'espace-temps à un autre. Et tandis que la théorie de la relativité générale interdit l'existence de "trous de ver traversables, " des recherches récentes ont montré qu'elles sont réellement possibles dans le domaine de la physique quantique.

Les seuls inconvénients sont qu'ils prendraient en fait plus de temps à traverser que l'espace normal et/ou seraient probablement microscopiques. Dans une nouvelle étude réalisée par une paire de scientifiques de l'Ivy League, l'existence d'une physique au-delà du modèle standard pourrait signifier qu'il existe des trous de ver qui ne sont pas seulement assez grands pour être traversés, mais tout à fait sûr pour les voyageurs humains cherchant à se rendre d'un point A à un point B.

L'étude, intitulé "Trous de ver humainement traversables, " a été dirigé par Juan Maldacena, le professeur Carl P. Feinberg de physique théorique de l'Institute of Advanced Study, et Alexey Milekhin, diplômé d'un étudiant en astrophysique à l'Université de Princeton. Le couple a beaucoup écrit sur le sujet des trous de ver dans le passé et sur la façon dont ils pourraient être un moyen de voyager en toute sécurité dans l'espace.

La théorie des trous de ver a émergé au début du 20e siècle en réponse à la théorie de la relativité générale d'Einstein. Le premier à postuler leur existence fut Karl Schwarzschild, un physicien et astronome allemand dont les solutions à l'équation de champ d'Einstein (la métrique de Schwarzschild) ont abouti à la première base théorique de l'existence des trous noirs.

Une conséquence de la métrique de Schwarzschild était ce qu'il appelait "les trous noirs éternels, " qui étaient essentiellement des connexions entre différents points de l'espace-temps. Cependant, ces trous de ver de Schwarzschild (alias ponts Einstein-Rosen) n'étaient pas stables, car ils s'effondreraient trop rapidement pour que quoi que ce soit puisse traverser d'un bout à l'autre.

Comme Maldacena et Milekhin l'ont expliqué à Universe Today par e-mail, les trous de ver traversables nécessitent des circonstances particulières pour exister. Cela inclut l'existence d'énergie négative, ce qui n'est pas permis en physique classique, mais est possible dans le domaine de la physique quantique. Un bon exemple de cela, ils prétendent, est l'effet Casimir, dans lequel les champs quantiques produisent de l'énergie négative en se propageant le long d'un cercle fermé.

"Toutefois, cet effet est généralement faible car il est quantique. Dans notre précédent article, on s'est rendu compte que cet effet peut devenir considérable pour les trous noirs à forte charge magnétique. La nouvelle idée était d'utiliser des propriétés spéciales de fermions chargés sans masse (des particules comme l'électron mais avec une masse nulle). Pour un trou noir chargé magnétiquement, ceux-ci voyagent le long des lignes de champ magnétique (d'une manière similaire à la façon dont les particules chargées du vent solaire créent les aurores près des régions polaires de la Terre)."

Ces particules peuvent se déplacer en cercle en entrant à un endroit et en émergeant là où elles ont commencé dans l'espace plat ambiant. Ceci implique que "l'énergie du vide" est modifiée et peut être négative. La présence de cette énergie négative peut soutenir l'existence d'un trou de ver stable, un pont entre des points de l'espace-temps qui ne s'effondrera pas avant que quelque chose n'ait la chance de le traverser.

De tels trous de ver sont possibles sur la base de la matière qui fait partie du modèle standard de la physique des particules. Le seul problème est que ces trous de ver devraient être de taille microscopique et n'existeraient que sur de très petites distances. Pour les déplacements humains, les trous de ver devraient être grands, ce qui nécessite une physique au-delà du modèle standard.

Pour Maldacena et Milekhin, c'est là que le modèle Randall-Sundrum II (alias théorie de la géométrie déformée en cinq dimensions) entre en jeu. Nommé d'après les physiciens théoriciens Lisa Randall et Raman Sundrum, ce modèle décrit l'univers en termes de cinq dimensions et a été initialement proposé pour résoudre un problème de hiérarchie en physique des particules.

"Le modèle Randall-Sundrom II était basé sur la prise de conscience que cet espace-temps à cinq dimensions pourrait également décrire la physique à des énergies plus basses que celles que nous explorons habituellement, mais qu'il aurait échappé à la détection car il ne s'accouple avec notre matière que par gravité. En réalité, sa physique est similaire à l'ajout de nombreux champs sans masse à interaction forte à la physique connue. Et pour cette raison, il peut donner naissance à l'énergie négative requise."

De l'exterieur, Maldacena et Milekhin ont conclu que ces trous de ver ressembleraient à une taille intermédiaire, des trous noirs chargés qui généreraient des forces de marée tout aussi puissantes dont les engins spatiaux devraient se méfier. Pour faire ça, ils prétendent, un voyageur potentiel aurait besoin d'un facteur de boost très important lorsqu'il traverse le centre du trou de ver.

En supposant que cela soit possible, la question demeure de savoir si ces trous de ver pourraient ou non agir comme un raccourci entre deux points de l'espace-temps. Comme indiqué, des recherches antérieures de Daniel Jafferis de l'Université Harvard (qui ont également examiné les travaux d'Einstein et de Nathan Rosen) ont montré que, bien que possible, les trous de ver stables prendraient en fait plus de temps à traverser que l'espace normal.

D'après les travaux de Maldacena et Milekhin, cependant, leurs trous de ver ne prendraient presque pas de temps à traverser du point de vue du voyageur. Du point de vue d'un étranger, le temps de trajet serait beaucoup plus long, ce qui est cohérent avec la relativité générale - où les personnes voyageant près de la vitesse de la lumière connaîtront une dilatation du temps (c'est-à-dire, le temps ralentit). Comme Maldacena et Milekhin l'ont dit :

"] Pour les astronautes passant par le trou de ver, il ne leur faudrait qu'une seconde de leur temps pour en parcourir 10, 000 années-lumière (environ 5 000 milliards de milles ou 1/10 de la taille de la Voie lactée). Un observateur qui ne passe pas par le vortex et reste à l'extérieur les voit prendre plus de 10, 000 ans. Et tout cela sans utilisation de carburant, puisque la gravité accélère et décélère le vaisseau spatial."

Un autre avantage est que la traversée de ces trous de ver pourrait se faire sans l'utilisation de carburant puisque la force gravitationnelle du trou de ver lui-même accélérerait et ralentirait le vaisseau spatial. Dans un scénario d'exploration spatiale, un pilote aurait besoin de naviguer dans les forces de marée du trou de ver pour positionner son vaisseau spatial juste à droite, et laissez la nature faire le reste. Une seconde plus tard, ils émergeraient de l'autre côté de la galaxie.

Bien que cela puisse sembler encourageant pour ceux qui pensent que les trous de ver pourraient un jour être un moyen de voyager dans l'espace, Les travaux de Maldacena et Milekhin présentent des inconvénients importants, également. Pour commencer, ils soulignent que les trous de ver traversables devraient être conçus en utilisant une masse négative car aucun mécanisme plausible n'existe pour la formation naturelle.

Bien que cela soit possible (au moins en théorie), les configurations spatio-temporelles nécessaires devraient être présentes au préalable. Toutefois, la masse et la taille impliquées sont si grandes que la tâche dépasserait toute technologie pratique que nous pouvons prévoir. Seconde, ces trous de ver ne seraient sûrs que si l'espace était froid et plat, ce qui n'est pas le cas au-delà du modèle Randall Sundrum II.

En plus de tout ça, tout objet qui pénètre dans le trou de ver serait accéléré et même la présence d'un rayonnement de fond cosmique omniprésent serait un danger important. Cependant, Maldacena et Milekhin soulignent que leur étude a été menée dans le but de montrer que des trous de ver traversables peuvent exister en raison de "l'interaction subtile entre la relativité générale et la physique quantique".

En bref, les trous de ver ne sont pas susceptibles de devenir un moyen pratique de voyager dans l'espace - du moins, ce n'est en aucun cas prévisible. Peut-être qu'ils ne seraient pas au-delà d'une civilisation Kardashev Type II ou Type III, mais ce n'est que spéculation. Toutefois, savoir qu'un élément majeur de la science-fiction n'est pas au-delà du domaine du possible est certainement encourageant.