La limite de vitesse universelle, que nous appelons communément la vitesse de la lumière, est fondamentale pour le fonctionnement de l’univers. Mais l’imagination humaine ne connaît pas de véritables limites. Dans la science-fiction, on entend souvent parler de « trous de ver« , c’est-à-dire d’objets qui permettent de voyager plus vite que la lumière en transférant instantanément les passagers d’un point à un autre de l’espace-temps.

Bien que la théorie de la relativité générale et le modèle standard de la physique puissent théoriquement soutenir l’existence des trous de ver dans leur cadre, ils excluent les trous de ver traversables.

Mais les physiciens de l’université Princeton (États-Unis) ont fait preuve d’une grande rigueur mathématique et ils ont trouvé une faille. En exploitant les bizarreries de la mécanique quantique dans un univers à 5 dimensions, les chercheurs affirment qu’il pourrait être possible de créer un trou de ver suffisamment grand pour que les humains et leurs vaisseaux spatiaux puissent le traverser et émerger instantanément de l’autre côté de l’univers. Hélas, une telle chose ne peut probablement pas exister dans la nature et un trou de ver artificiel traversable serait impossible à créer avec la technologie actuelle.

Un vortex ou un trou de ver de Lorentz est une sorte de « tunnel » théorique à travers l’espace-temps, souvent utilisé comme le mode privilégié de voyage interstellaire dans des films comme Star Trek. L’ouverture est un raccourci à travers l’espace vers un autre endroit de l’Univers. Cela semble être un contraste frappant avec un trou noir qui est moins un tunnel et plus un hachoir à viande. Cependant, certains physiciens affirment qu’il existe de nombreuses caractéristiques communes aux trous noirs et aux trous de ver.

L’existence des trous de ver a été proposée pour la première fois par Karl Schwarzchild, dont les solutions aux équations gravitationnelles d’Einstein constituent la base de l’inférence des trous noirs. Parfois, les trous noirs ou les systèmes binaires de trous noirs peuvent former des connexions entre différents points dans l’espace-temps.

Le problème est que ces trous noirs s’effondrent presque immédiatement, ce qui empêcherait la matière de passer d’un bout à l’autre. Mais tout espoir n’est pas encore perdu.

Illustration artistique d’un vaisseau spatial traversant un trou de verre vers une galaxie lointaine. (NASA)

Juan Maldacena, le professeur Carl P. Feinberg de physique théorique de l’Institute of Advanced Study et Alexey Milekhin, un étudiant diplômé en astrophysique de l’université de Princeton (Etats-Unis), ont publié une nouvelle étude dans laquelle ils discutent des conditions qui pourraient permettre l’existence de trous de ver traversables.

Dans leur étude, les deux physiciens décrivent certaines circonstances très étranges qui pourraient permettre à des trous de ver suffisamment stables d’être traversés par des humains. Cela inclut l’existence d’une énergie négative, par exemple.

Dans la théorie de la relativité générale, on suppose généralement que l’énergie est supérieure à zéro, à tout moment et partout dans l’univers. Cela a une conséquence très importante pour la gravité : L’énergie est liée à la masse par la formule E=mc². Ainsi, une énergie négative impliquerait également une masse négative. Les masses positives s’attirent mutuellement, mais avec une masse négative, la gravité pourrait soudainement devenir une force répulsive.

La théorie quantique, cependant, autorise l’énergie négative. Selon la physique quantique, il est possible d’emprunter l’énergie du vide à un certain endroit, comme l’argent d’une banque. Dans leur étude, les chercheurs mentionnent l’effet Casimir, dans lequel des champs quantiques peuvent produire de l’énergie négative tout en se propageant le long d’un cercle fermé.

Selon Maldacena et Milekhin :

Cependant, cet effet est généralement faible, car il est quantique. Dans notre précédent travail, nous avons réalisé que cet effet peut devenir considérable pour les trous noirs à forte charge magnétique. La nouvelle idée était d’utiliser les propriétés spéciales des fermions chargés sans masse (des particules comme l’électron mais de masse nulle). Pour un trou noir chargé magnétiquement, elles 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).

Ce type de trous de ver serait autorisé par le modèle standard de la physique des particules. Cependant, ils seraient si minuscules que même une mèche de cheveux humains n’aurait pas la place de passer à travers. De plus, ils n’existeraient que sur des distances tout aussi minuscules.

Pour que les trous de ver soient suffisamment grands et stables pour que les humains puissent les utiliser, les physiciens ont dû sortir du cadre du modèle standard. Les deux chercheurs se sont tournés vers le modèle Randall-Sundrum II, également connu sous le nom de théorie de la géométrie déformée en 5 dimensions, qui décrit l’univers selon 5 dimensions.

Ce modèle à 5 dimensions de l’espace-temps peut permettre aux scientifiques de décrire une physique qui serait normalement indétectable, permettant l’existence d’une énergie négative.

Les trous de ver produits ressembleraient à des trous noirs de taille moyenne et chargés. Ils seraient suffisamment grands pour qu’un vaisseau spatial puisse les traverser, mais le pilote devrait naviguer sous l’effet de forces marémotrices très puissantes.

Si le pilote pouvait d’une manière ou d’une autre naviguer à travers ce chaos, l’entrée dans le trou de ver propulserait instantanément l’équipage vers un autre point dans l’espace-temps, mais le facteur instantané n’est vrai que du point de vue du voyageur.

Du point de vue d’un observateur extérieur, le voyage prendrait autant de temps que la lumière pour se rendre du point A au point B, ce qui est conforme à la théorie de la relativité générale.

Cependant, il serait pratiquement impossible que cela fonctionne. De tels trous de ver n’existent pas dans la nature et leur création artificielle impliquerait l’ingénierie d’une masse négative.

En d’autres termes, il est peu probable que les trous de ver deviennent un jour un moyen pratique de voyager dans l’espace. Néanmoins, il est toujours fascinant d’entendre parler de concepts que l’on croyait autrefois uniquement du domaine de la fiction et qui peuvent en fait être plausibles.

L’étude en prépublication dans arXiv : Humanly traversable wormholes.