Les horizons sont bizarres. Ils délimitent ce que l’on peut voir au loin, mais ils sont aussi toujours personnels : marchez 10 milles vers l’ouest et votre ligne d’horizon se déplace de 10 milles vers l’ouest avec vous.
Remarquablement, ce caractère local et personnel des horizons s’étend également aux trous noirs, les objets les plus énigmatiques du cosmos. Aller au-delà de cet horizon vers une nouvelle compréhension de l’espace, du temps et des trous noirs est l’objectif principal du merveilleux nouveau livre du physicien Carlo Rovelli. Trous blancs.
“Que se passe-t-il au centre d’un trou noir ?” est l’une de ces questions que l’on me pose chaque fois que je dis à quelqu’un que je suis astrophysicien – et c’est la question qui propulse ce livre. Rovelli est unique parmi les scientifiques modernes qui écrivent pour un public populaire par sa capacité à capturer l’essence la plus pure de sa science avec à la fois précision et lyrisme. Trous blancs, comme les autres œuvres de Rovelli, est remarquablement court : moins de 200 pages. Mais la clarté de ses explications est sans précédent. En tant que scientifique et vulgarisateur, je m’émerveille souvent devant l’acuité de ses passages. Plus qu’une simple capacité à expliquer des idées de pointe en physique, l’érudition et la sensibilité de Rovelli lui permettent d’entrer en contact avec les aspirations humaines les plus vastes à donner un sens au monde. Cette capacité est mise à profit dans Trous blancs, où la descente dans un trou noir est souvent racontée à travers des citations de Dante qui a fait son propre voyage « là-bas, dans le monde aveugle d’en bas ».
La question scientifique au cœur du nouveau livre de Rovelli vient de ses propres recherches sur l’intersection de la théorie générale de la relativité d’Einstein et de la mécanique quantique. La première identifie la gravité à la forme de l’espace et du temps. Ce dernier détermine le comportement du nanomonde, c’est-à-dire les atomes et leurs constituants. Les trous noirs sont un point de croisement pour ces deux grandes théories car ce sont des endroits où la gravité est si forte que l’espace et le temps sont déformés à l’échelle quantique.
Les trous noirs se forment lorsque tant de matière s’accumule en un seul endroit qu’aucune force ne peut arrêter sa contraction via la gravité. Imaginez une étoile qui a épuisé son combustible nucléaire et ne produit plus d’énergie pour se soutenir contre son propre poids (le fait de « briller » n’est qu’une conséquence de cette bataille). À mesure que le carburant s’épuise, la gravité réduit l’étoile à des tailles toujours plus petites. À un moment donné, l’étoile morte est si petite et si dense que la lumière émise par sa surface ne peut échapper à l’attraction gravitationnelle. Dans le langage d’Einstein, la courbure de l’espace-temps environnant est trop extrême pour que la lumière s’échappe. C’est alors qu’un horizon se forme autour du trou noir. Cet « horizon des événements » marque le point de non-retour. Les observateurs situés à l’extérieur de l’horizon ne peuvent jamais obtenir d’informations sur ce qui se trouve à l’intérieur de l’horizon (c’est pourquoi on l’appelle un horizon).
Les trous noirs sont réels. Ils ont été observés de plusieurs manières, notamment par images directes en utilisant la Terre entière comme télescope. Mais même si les physiciens ont observé des trous noirs et développé de nombreuses idées remarquables et sophistiquées à leur sujet, le sort éventuel de la matière tombant dans l’un d’entre eux reste un mystère scientifique tenace.
C’est là que Rovelli et Trous blancs entre en jeu. Sa réponse à la question « Que se passe-t-il ? » est que les trous noirs finissent par devenir des trous blancs où tout ce qui est tombé dans l’horizon des événements réapparaît. Pour démontrer comment cela est possible, Rovelli emmène le lecteur dans une exploration fascinante de ce que signifie un horizon pour le temps. L’un des aspects les plus remarquables de la relativité d’Einstein est que votre temps n’est pas mon temps. L’écoulement du temps est relatif. Cela peut changer. Cela dépend en particulier de la vitesse à laquelle les observateurs (c’est-à-dire nous) se déplacent les uns par rapport aux autres ou de la distance avec laquelle nous sommes par rapport à des corps massifs (comme un trou noir). Ainsi, pour un observateur extérieur, quelqu’un tombant vers un trou noir semble voir son horloge ralentir jusqu’à ce qu’elle s’arrête complètement au bord de l’horizon des événements. Comprendre comment cela fonctionne, comment l’écoulement du temps est à la fois personnel et relatif, représente l’un des meilleurs travaux de Rovelli dans le livre. Comme il l’écrit “… si nous approchons du [event] ” À partir de ces observations, Rovelli construit alors une voie pour nous vers une nouvelle théorie des trous noirs et de leur destin.
Je ne gâcherai pas la fin en vous racontant ce que, selon Rovelli, se produit lorsque des trous noirs se transforment en trous blancs. Je vous dirai cependant que faire le voyage avec Rovelli vaut largement le prix du livre. Dante nous a fait visiter les enfers. Nous ne pouvions pas faire mieux que d’avoir Rovelli comme guide dans le monde sombre des trous noirs.
Adam Frank est professeur d’astrophysique à l’Université de Rochester. Son dernier livre est Le Petit Livre des Extraterrestres. Vous pouvez en savoir plus sur Adam ici : @adamfrank4.
