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Depuis leur formalisation dans le cadre de la relativité générale dès 1916, les trous noirs ne cessent d’occuper l’esprit des scientifiques. L’un des problèmes majeurs concernant ces objets cosmiques est la présence d’une singularité gravitationnelle centrale que la théorie d’Einstein est impuissante à décrire. C’est pourquoi les physiciens développent des théories de la gravité quantique afin de résoudre ce problème. Notamment, dans le cadre de la gravité quantique à boucles, des physiciens théoriciens ont montré que la singularité centrale des trous noirs n’existait tout simplement pas. 

Les physiciens théoriciens ont mis au point une théorie appelée gravité quantique à boucles (LQG) dans les années 1990, qui associe les lois de la mécanique quantique, à la gravité, expliquant ainsi la dynamique de l’espace et du temps.

Les nouvelles équations d’Ashtekar, Olmedos et Singh décrivent les trous noirs dans le cadre de la gravité quantique à boucles et montrent que la singularité au centre des trous noirs n’existe pas. Le modèle théorique a été publié dans la revue Physical Review Letters.

« Dans la théorie d’Einstein, l’espace-temps est un tissu qui peut être divisé en des parts aussi petites que nous le voulons. C’est essentiellement la cause de la singularité, où le champ gravitationnel devient infini. Dans la gravitation quantique à boucles, le tissu de l’espace-temps a une structure en réseau, qui ne peut être divisée au-delà de la plus petite unité de ce réseau. Mes collègues et moi avons montré que c’était le cas dans les trous noirs et qu’il n’y avait donc aucune singularité » déclare Singh.

Au lieu d’une singularité gravitationnelle centrale, la gravitation quantique à boucles prédit un entonnoir vers une autre branche de l’espace-temps.

trou noir singularite lqg

Dans le cadre de la gravité quantique à boucles, la singularité centrale des trous noirs disparaît. Tout ce qui est absorbé par le trou noir (moitié du bas) emprunte un autre chemin dans l’espace-temps (moitié du haut). Crédits : A. Corichi et J. P. Ruiz

« Ces unités géométriques semblables à des tuiles — appelées “excitations quantiques” — qui résolvent le problème de la singularité, sont des ordres de grandeur plus petits que ceux que nous pouvons détecter avec la technologie actuelle, mais nous avons des équations mathématiques précises pour prédire leur comportement » explique Ashtekar, qui est l’un des pères fondateurs de la gravitation quantique à boucles.

Sur le même sujet : Selon la gravité quantique à boucles, les trous noirs évoluent en trous blancs

« Au LSU, nous avons mis au point des techniques de calcul de pointe pour extraire des supercalculateurs des conséquences physiques de ces équations, ce qui nous rapproche du test fiable de la gravitation quantique » ajoute Singh.

La théorie d’Einstein échoue non seulement au centre des trous noirs, mais aussi à expliquer comment l’Univers a été créé à partir de la singularité du Big Bang. C’est pourquoi, il y a une décennie, Ashtekar, Singh et ses collaborateurs ont commencé à étendre la physique au-delà du Big Bang et à faire de nouvelles prévisions en utilisant la gravitation quantique à boucles.

En utilisant les équations mathématiques et les techniques de calcul de la LQG, ils ont montré que le Big Bang est remplacé par un Big Bounce. Mais le problème de la résolution de la singularité du trou noir est extrêmement complexe. « Le sort des trous noirs dans une théorie quantique de la gravité est, à mon sens, le problème le plus important de la physique théorique » conclut Jorge Pullin, professeur de physique théorique au LSU.

Source : Physical Review Letters

3 Réponses

  1. François DELON

    Ah oui ? et la masse de plusieurs millions de soleil de certains trous noirs ? parce qui si tout ce qui rendre dans un trou noir passe dans un trou blanc, d’ou vient la masse qui retient jusqu’à la lumière, parfois avec un horizon dépassant le rayon du trou noir ?
    Tout ça est absurde à mon avis ! et cette théorie particulièrement inconsistante du point de vue logique. Rappel : toute équation rendant un résultat absurde est inconsistante (Einstein ou un autre?)
    Donc cette histoire de trou blanc est très très troublante

    Répondre
    • Mag

      Je ne suis absolument pas spécialiste de la gravité quantique à boucle ni l’ai étudié, mais j’ai étudié les trous noirs dans le cadre de la relativité générale (en cours tour du moins), et ce résultat m’étonne car le principe des trous blancs était déjà prédit par la relativité générale. Lorsque l’on résoud les équations liées à la métrique de Schwarzschild (qui régissent les trous noirs), on trouve une cycloïde qui d’un côté décrit les particules vouées à “tomber dans le trou noir”, tandis que de l’autre on a bien un trou blanc.
      De plus, cela fait des années que les physiciens ont l’intuition que les trous noirs donnent lieu ou “communiquent” avec des trous blancs. Vous êtes totalement sûr que c’était un résultat de la gravité quantique à boucle ?

      Répondre
    • Thib

      Vous savez même avec cette théorie on peut mettre la totalité de la masse de l’univers dans 1cm³, je ne vois donc pas où est votre problème. La seule chose interdite est une densité infinie.

      Répondre

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