Les trous noirs ont longtemps occupé le devant de la scène en tant qu’objets célestes desquels rien, pas même la lumière, ne peut s’échapper. Cependant, les physiciens théoriciens proposent une contrepartie moins comprise mais tout aussi fascinante :le trou blanc. .
Contrairement aux trous noirs, qui attirent la matière, les trous blancs la repousseraient.
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En astrophysique, un trou blanc représente un phénomène théorique dans lequel la matière et la lumière émergeraient d’une certaine zone de l’espace plutôt que d’y être attirées. C'est exactement le contraire d'un trou noir.
Vous savez peut-être déjà qu'un trou noir est une zone de l'espace où la gravité est si forte que la vitesse de fuite dépasse la vitesse de la lumière, rendant impossible la fuite de la lumière.
La vitesse de fuite fait référence à la vitesse qu'un objet devrait parcourir pour pouvoir échapper au champ gravitationnel d'une planète, comme la Terre, et voyager vers l'extérieur dans l'espace.
L'idée d'un trou blanc est enracinée dans la solution du trou noir de Schwarzschild, du nom du physicien et astronome allemand Karl Schwarzschild, qui l'a formulée en réponse à la théorie de la relativité générale d'Einstein.
Lorsque Schwarzschild formulait des équations décrivant les trous noirs, il découvrit que les trous blancs pouvaient exister selon les mêmes lois physiques que celles qui régissent les trous noirs.
L'extension de ses solutions de trou noir à travers un invariant d'inversion du temps a transformé la singularité du trou noir en une singularité du trou blanc - une zone qui éjecterait la matière plutôt que de l'attirer.
Dans le contexte de la physique, l'inversion du temps signifie imaginer un scénario dans lequel le temps s'écoule à rebours, inversant la séquence des événements.
La solution de Schwarzschild aux équations d'Einstein décrit une singularité ponctuelle entourée d'un horizon des événements.
La théorie de la relativité générale d'Einstein est une théorie sur la gravité, la décrivant non pas comme une force entre des objets, comme la théorie de Newton, mais comme une courbure de l'espace et du temps provoquée par la masse et l'énergie.
Selon cette théorie de la relativité générale, les planètes, les étoiles et autres objets massifs courbent l'espace qui les entoure, et cette courbure de l'espace est ce que nous percevons comme la gravité.
Essentiellement, les objets se déplacent le long de ces courbes dans l'espace, c'est pourquoi, par exemple, la Terre tourne autour du soleil.
Une singularité ponctuelle est un endroit dans l'espace où certaines quantités (comme la densité ou la gravité) deviennent infiniment grandes.
En termes plus simples, c'est comme un point où tout ce que nous pouvons concevoir dans l'univers entier – y compris les lois de la physique elles-mêmes – s'effondre parce que tout est écrasé dans un espace incroyablement petit.
Les physiciens utilisent souvent ce concept pour décrire le noyau d'un trou noir, où toute sa masse est concentrée en un seul point.
Un horizon des événements est essentiellement une limite autour d'un trou noir au-delà de laquelle rien ne peut s'échapper, pas même la lumière.
Pensez-y comme à un point de non-retour ; Une fois que quelque chose franchit cette frontière, il est entraîné dans le trou noir sans aucune chance d’en sortir. Cela fait de l'horizon des événements la couche la plus externe d'un trou noir, définissant la limite où son attraction gravitationnelle devient trop forte pour que quoi que ce soit puisse s'échapper.
Comme Schwarzschild l'a théorisé, dans le cas curieux d'inversion du temps, comme dans un trou blanc, cet horizon des événements devient une frontière à partir de laquelle la matière et la lumière ne peuvent que échapper, ne pas être absorbé.
Lorsque vous considérez les trous blancs comme des concepts relevant des domaines de la gravité classique et quantique, ces idées s'étendent encore plus loin.
La mécanique quantique, ainsi que les théories de la gravité quantique, prédisent des phénomènes tels que le rayonnement de Hawking, dans lequel les trous noirs émettent des rayonnements dus à des effets quantiques proches de l'horizon des événements.
En appliquant l'inversion du temps à ces processus, certains scientifiques spéculent que les trous blancs pourraient de la même manière émettre de la matière et de la lumière, comme un processus physique reflétant le rayonnement de Hawking.
La question de savoir si des trous blancs existent est semée d’embûches. Aucune preuve d'observation ne soutient directement l'existence de tels objets dans l'univers observable.
Cependant, la physique théorique propose des scénarios dans lesquels des trous blancs pourraient théoriquement apparaître. Une possibilité est celle d'une inflation cosmique, ou d'un « big bang », dans l'univers primitif, où une expansion extrême aurait pu étirer des régions de l'espace-temps pour créer des trous blancs.
Une autre idée intrigante est la théorie du grand rebond, qui suggère que notre univers a commencé comme un trou blanc formé à partir des restes d'un univers parent en train de s'effondrer.
Andrew Hamilton, astrophysicien, propose que si les trous blancs existent, ils pourraient être des restes de trous noirs supermassifs qui ont subi une transformation gravitationnelle quantique, inversant leur rôle d'absorption à celui d'expulsion de masse et d'énergie. Cette théorie s'appelle la gravité quantique en boucle.
Cette transformation pourrait potentiellement se produire sous l’influence de l’énergie noire ou de la matière noire, connues pour affecter l’univers. Cependant, les physiciens ne comprennent toujours pas clairement comment la matière noire interagit avec les particules fondamentales.
L’exploration du concept de trous blancs touche plusieurs autres domaines de la physique. Par exemple, la lentille gravitationnelle – un phénomène par lequel la lumière se courbe autour d’objets massifs comme les trous noirs – pourrait de la même manière s’appliquer aux trous blancs, modifiant notre perception de l’espace derrière eux.
De plus, l'idée d'un bébé univers, potentiellement né des couches externes d'un univers parent à travers un trou blanc, est profondément liée à la théorie du multivers, suggérant que notre univers pourrait n'être qu'un parmi tant d'autres.
Les trous blancs remettent également en question notre compréhension de l'équilibre thermique dans l'univers.
Puisqu'ils émettent plutôt qu'absorbent de l'énergie et de la matière, ils pourraient théoriquement servir de graines cosmiques, dispersant la densité énergétique et les particules fondamentales à travers l'univers, influençant ainsi la formation et l'évolution des galaxies d'une manière fondamentalement différente des trous noirs.
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