Au début des recherches sur les trous noirs, avant même qu’ils aient ce nom, les physiciens ne savaient pas encore si ces objets bizarres existaient dans le monde réel. Ils pourraient avoir été une bizarrerie des mathématiques compliquées utilisées dans la théorie générale de la relativité alors encore jeune, qui décrit la gravité. Au fil des ans, cependant, des preuves se sont accumulées que les trous noirs sont très réels et existent même ici dans notre galaxie.
Aujourd’hui, une autre prédiction étrange de la relativité générale – les trous de ver, ces tunnels sonores fantastiques vers l’autre côté de l’univers – tiennent dans le même genre d’équilibre. Sont ils réels? Et s’ils sont là-bas dans notre cosmos, les humains pourraient-ils espérer les utiliser pour se déplacer? Après leur prédiction en 1935, la recherche semblait indiquer qu’il n’y avait pas de trous de ver – les trous de ver semblaient peu susceptibles d’être un élément de la réalité. Mais de nouveaux travaux offrent des indices sur la façon dont ils pourraient survenir, et le processus peut être plus facile que les physiciens ne l’ont longtemps pensé.
L’idée originale d’un trou de ver est venue des physiciens Albert Einstein et Nathan Rosen. Ils ont étudié les étranges équations que nous savons maintenant décrire cette poche d’espace incontournable que nous appelons un trou noir et se sont demandé ce qu’elles représentaient vraiment. Einstein et Rosen ont découvert que, théoriquement du moins, la surface d’un trou noir pouvait fonctionner comme un pont relié à une deuxième parcelle d’espace. Le voyage pourrait être comme si vous alliez dans le drain de votre baignoire, et au lieu de rester coincé dans les tuyaux, vous êtes sorti dans une autre baignoire comme la première.
Des travaux ultérieurs ont élargi cette idée, mais ont révélé deux défis persistants qui empêchent la formation de trous de ver facilement repérables et utilisables par l’homme: la fragilité et la minceur. Premièrement, il s’avère qu’en relativité générale, l’attraction gravitationnelle de toute matière normale passant par un trou de ver agit pour fermer le tunnel. Faire un trou de ver stable nécessite une sorte d’ingrédient atypique supplémentaire qui agit pour garder le trou ouvert, ce que les chercheurs appellent la matière «exotique».
Deuxièmement, les types de processus de création de trous de ver que les scientifiques avaient étudiés reposent sur des effets qui pourraient empêcher un voyageur macroscopique d’entrer. Le défi est que le processus qui crée le trou de ver et la matière exotique qui le stabilise ne peut pas trop s’éloigner de la physique familière. «Exotique» ne signifie pas que les physiciens peuvent imaginer toute sorte de choses qui font le travail sur papier. Mais jusqu’à présent, la physique familière n’a fourni que des trous de ver microscopiques. Un trou de ver plus grand semble nécessiter un processus ou un type de matière à la fois inhabituel et crédible. «C’est la délicatesse», déclare Brianna Grado-White, physicienne et chercheuse sur les trous de ver à l’Université Brandeis.
Une percée a eu lieu à la fin de 2017, lorsque les physiciens Ping Gao et Daniel Jafferis, tous deux alors à l’Université de Harvard, et Aron Wall, alors à l’Institute for Advanced Study de Princeton, NJ, ont découvert un moyen de soutenir des trous de ver ouverts avec un enchevêtrement quantique – un genre de connexion longue distance entre entités quantiques. La nature particulière de l’enchevêtrement lui permet de fournir l’ingrédient exotique nécessaire à la stabilité des trous de ver. Et comme l’intrication est une caractéristique standard de la physique quantique, elle est relativement facile à créer. «C’est vraiment une belle idée théorique», déclare Nabil Iqbal, physicien à l’Université de Durham en Angleterre, qui n’a pas participé à la recherche. Bien que la méthode aide à stabiliser les trous de ver, elle ne peut toujours fournir que des trous microscopiques. Mais cette nouvelle approche a inspiré un flux de travail qui utilise l’astuce d’enchevêtrement avec différentes sortes de matière dans l’espoir de trous plus grands et plus durables.
Une idée facile à imaginer provient d’une étude de pré-impression réalisée par Iqbal et son collègue de l’Université de Durham, Simon Ross. Les deux ont essayé de voir s’ils pouvaient faire en sorte que la méthode Gao-Jafferis-Wall produise un grand trou de ver. «Nous avons pensé qu’il serait intéressant, d’un point de vue de la science-fiction, de repousser les limites et de voir si cette chose pouvait exister», dit Iqbal. Leurs travaux ont montré comment des perturbations spéciales dans les champs magnétiques entourant un trou noir pouvaient, en théorie, générer des trous de ver stables. Malheureusement, l’effet ne forme toujours que des trous de ver microscopiques, et Iqbal dit qu’il est hautement improbable que la situation se produise dans la réalité.
Le travail d’Iqbal et Ross met en évidence la partie délicate de la construction des trous de ver: trouver un processus réaliste qui ne nécessite pas quelque chose d’ajouté bien au-delà des limites de la physique familière. Le physicien Juan Maldacena de l’Institute for Advanced Study, qui avait suggéré des liens entre les trous de ver et l’enchevêtrement en 2013, et son collaborateur Alexey Milekhin de l’Université de Princeton ont trouvé une méthode qui pourrait produire de grands trous. Le hic dans leur approche est que la mystérieuse matière noire qui remplit notre univers doit se comporter d’une manière particulière, et nous pouvons ne pas vivre dans un univers comme celui-ci. «Nous avons une boîte à outils limitée», déclare Grado-White. «Pour que quelque chose ressemble à ce dont nous avons besoin, nous ne pouvons pas faire beaucoup de choses avec cette boîte à outils.»
Le boom de la recherche sur les trous de ver se poursuit. Jusqu’à présent, rien de tel qu’une machine à trou de ver à taille humaine sur mesure ne semble probable, mais les résultats montrent des progrès. «Nous apprenons que nous pouvons, en fait, construire des trous de ver qui restent ouverts en utilisant de simples effets quantiques», explique Grado-White. «Pendant très longtemps, nous ne pensions pas que ces choses étaient possibles à construire – il s’avère que nous le pouvons.»
