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La matière aspirée par les trous noirs peut voyager dans le futur et se faire “recracher”

Les trous noirs sont parmi les endroits les plus mystérieux de l’univers; des endroits où la structure même de l’espace et du temps est tellement déformée que même la lumière ne peut leur échapper. Selon la théorie de la relativité générale d’Einstein, il y a une singularité au centre, un endroit où la masse de nombreuses étoiles est broyée en un volume de taille exactement nulle. Cependant, deux articles récents sur la physique , publiés le 10 décembre dans les revues Physical Review Letters et Physical Review D, respectivement, peuvent amener les scientifiques à reconsidérer ce que nous pensons savoir sur les trous noirs.

B trous de manque risquent de ne pas durer éternellement, et il est possible que nous avons complètement mal compris leur nature et à quoi ils ressemblent au centre, selon les journaux. [Idées les plus lointaines de Stephen Hawking sur les trous noirs ]

Le bord de la physique d’Einstein

Les astronomes et les physiciens ont longtemps soutenu que l’idée d’une singularité doit tout simplement être fausse. Si un objet de masse n’a pas de taille, sa densité est infinie. Et, autant que les chercheurs parlent du mot ” infini ” , de tels infinis n’existent pas dans la nature. Au lieu de cela, lorsque vous rencontrez un infini dans une situation réelle, physique, scientifique, cela signifie réellement que vous avez poussé vos mathématiques au-delà du domaine où elles s’appliquent. Vous avez besoin de nouvelles mathématiques.

Il est facile de donner un exemple familier de cela. La loi de la gravité de Newton dit que la force de l’attraction gravitationnelle change d’une unité sur la distance au carré entre deux objets. Donc, si vous prenez une balle située loin de la Terre, elle subira un certain poids. Ensuite, au fur et à mesure que vous le rapprocheriez de la Terre, le poids augmenterait. Prenant cette équation à l’extrême, lorsque vous approchiez l’objet du centre de la Terre, il ferait l’expérience d’une force infinie. Mais ce n’est pas le cas.

Au lieu de cela, lorsque vous rapprochez l’objet de la surface de la Terre, la simple loi de la gravité de Newton ne s’applique plus. Vous devez prendre en compte la distribution réelle de la masse de la Terre, ce qui signifie que vous devez utiliser des équations différentes et plus complexes qui prédisent différents comportements. De même, alors que la théorie de la relativité générale d’Einstein prédit qu’une singularité de densité infinie existe au centre des trous noirs, cela ne peut être vrai. Pour les très petites tailles, une nouvelle théorie de la gravité doit entrer en jeu. Nous avons un nom générique pour cette nouvelle théorie: cela s’appelle la gravité quantique.

Le nom de gravité quantique signifie simplement «gravité aux plus petites échelles», mais cette expression n’implique pas une théorie spécifique. Cependant, des propositions théoriques spécifiques ont été faites pour décrire la gravité telle qu’elle est dans le microcosme. Une proposition est appelée gravité quantique en boucle .

La gravité quantique en boucle est mathématiquement bien définie et exprime la structure de l’espace-temps sous la forme d’un réseau de réseaux de spin qui évoluent dans le temps. Les réseaux de spin ne sont qu’une formulation mathématique qui décrit la manière dont les particules et les champs interagissent. D’un point de vue plus pratique, la gravitation quantique en boucle prédit que l’espace-temps est quantifié, avec une unité ou une pièce d’espace et le plus petit possible, au-delà de laquelle l’espace-temps ne peut pas être subdivisé davantage.

La gravitation quantique en boucle est une théorie mathématique difficile qui a résisté à la prédiction vérifiable à l’intérieur de trous noirs. Cependant, Abhay Ashtekar et Javier Olmedo de la Pennsylvania State University et Parampreet Singh de la Louisiana State University ont appliqué la gravité quantique en boucle au centre des trous noirs. Ils prétendent que le résultat n’est pas une singularité.

Leur calcul prédit que l’espace-temps est très fortement courbé près du centre du trou noir. Le résultat est que l’espace-temps continue dans une région du futur qui a la structure d’un trou blanc. Un trou blanc est comme un trou noir inversé, ce qui signifie que contrairement à un trou noir qui aspire de la matière, un trou blanc jaillit de la matière.

Il y a peut-être une autre façon d’imaginer ce qu’ils prédisent. Il est bien connu que dans les champs gravitationnels puissants, le temps ralentit . Et les trous noirs contiennent les champs gravitationnels les plus puissants de l’univers. De ce fait, une des interprétations possibles de ce nouveau travail est que la matière tombe dans un trou noir puis “rebondit”, renvoyant la masse à travers le cosmos. Parce que le temps est si lent près du centre d’un trou noir, ce processus prend tout simplement énormément de temps. Si les chercheurs ont raison, dans un avenir très lointain, où il y a maintenant des trous noirs, la matière va éclater et se propager à travers le cosmos.

Comme toujours dans la science théorique, il existe de nombreuses idées intéressantes et provocantes qui ne sont tout simplement pas vraies, et cela peut être l’une d’entre elles. Il est donc important de voir s’il existe un support expérimental pour des idées théoriques comme celles-ci.

Il y a quelques possibilités. Les scientifiques ont observé des phénomènes de très haute énergie dans l’espace qui n’ont pas été complètement expliqués. L’une est l’existence de rayons cosmiques de très haute énergie qui frappent l’atmosphère de la Terre. Une autre est ce qu’on appelle les ” rafales radio rapides “, c’est-à-dire lorsqu’une grande quantité d’énergie radio est observée en très peu de temps. Ces deux phénomènes pourraient, du moins en principe, être la signature d’un trou noir en transition vers un trou blanc.

Il est certainement prématuré d’accepter cette nouvelle idée intéressante. Au lieu de cela, il serait prudent de voir comment les calculs en cours utilisant la gravitation quantique en boucle se déroulent. Si les prévisions s’améliorent et commencent à ressembler davantage à certains phénomènes astronomiques observés inexpliqués, il est possible que ce nouveau résultat explique à la fois le fonctionnement de la gravité quantique et redéfinit notre compréhension du passé et de l’avenir de notre univers.

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