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Un trou de ver étudié en laboratoire
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Un trou de ver étudié en laboratoire

Quel est le lien entre une chute d’eau et un trou noir ? Dans les deux cas, il existe une frontière invisible qui, une fois franchie, vous condamne à un voyage sans retour. En amont d'une cascade, le courant s’accélère et, à partir d'un certain point, il n’est plus possible de nager assez vite à contre-courant pour ne pas être emporté. Un trou noir, pour sa part, déforme l’espace-temps à tel point qu’aucun objet, même se déplaçant à la vitesse de la lumière, ne peut s'échapper du piège gravitationnel une fois franchie une limite qualifiée d’horizon des événements.

Cette comparaison entre une chute d’eau et un trou noir est bien plus qu’une simple analogie : les équations mathématiques qui décrivent ces deux phénomènes, pourtant de natures très différentes, sont réellement similaires. De fait, des chercheurs ont entrepris d’étudier les propriétés des trous noirs à partir de dispositifs hydrodynamiques analogues, les « trous noirs acoustiques ». En 2016, Germain Rousseaux et Léo-Paul Euvé, du laboratoire Pprime à Poitiers, et d’autres collègues, avaient par exemple mis en évidence l’équivalent du rayonnement de Hawking d’un trou noir dans un courant d’eau. Les deux chercheurs ont aujourd'hui étudié par la même approche le concept de trou de ver, une structure hypothétique de l’espace-temps qui relierait deux régions distantes de l’Univers.

L’idée des trous noirs acoustiques a été formulée pour la première fois en 1981 par William Unruh, de l’université de Colombie-Britannique à Vancouver, au Canada. Il existe différentes façons de les construire et les physiciens les utilisent pour étudier certaines propriétés des trous noirs astrophysiques, inaccessibles autrement. Un des objectifs était d’étudier l’analogue du rayonnement de Hawking, imaginé par Stephen Hawking en 1974. En effet, les trous noirs ne sont pas aussi noirs qu’on le pense. Juste à l’extérieur de l’horizon des événements, des processus quantiques conduisent à l’émission de photons qui s'éloignent du trou noir. Ainsi, pour un observateur à bonne distance du trou noir, ce dernier semble émettre un rayonnement et perdre de l'énergie : il s’évapore. En 2016, Germain Rousseaux et ses collègues ont observé l’analogue de ce rayonnement dans un dispositif hydrodynamique constitué d’un écoulement turbulent dans un canal long de sept mètres. Le courant joue le rôle de l’espace-temps et les fluctuations de la surface de l'eau celui des ondes lumineuses qui s’y propagent. Un obstacle placé au fond du canal accélère le flot de sorte que des ondes qui remontent le courant finissent par être stoppées et ne se propagent pas en amont de l’obstacle. On crée ainsi l’analogue d’un trou blanc, l'hypothétique inversion d’un trou noir, c’est-à-dire une région de l’espace où rien ne peut pénétrer. Dans ce dispositif, l’analogue du rayonnement de Hawking est formé par les ondes réfléchies au niveau de l’obstacle et qui repartent vers l’aval.

Forts de ce résultat, les chercheurs de Poitiers se sont ensuite intéressés au trou de ver, une sorte de tunnel hypothétique dans le tissu de l’espace-temps reliant deux régions déconnectées de l’Univers. Cette idée n'est pas qu'une invention des auteurs de science-fiction pour régler le problème du voyage interstellaire : c'est bel et bien une solution mathématique possible des équations de la relativité générale, qui pourrait exister entre un trou noir et un trou blanc. Cependant, de nombreuses questions restent en suspens : les trous de vers peuvent-ils réellement se réaliser dans la nature ? Sont-ils stables ? Peuvent-ils être parcourus dans les deux sens ?

La question de la stabilité est cruciale. En effet, dans les premiers modèles, un trou de ver s’étire jusqu’à s’effondrer si rapidement sur lui-même qu’aucune forme d’information ne peut le traverser. Des trous de ver stables ont été obtenus dans d’autres modèles, mais ils font appel à de la matière exotique de nature inconnue (dotée d'une pression négative, comme l’énergie sombre). Par ailleurs, des solutions sont également recherchées dans le cadre de théories de gravité quantique, une formulation quantique de la relativité générale aux plus petites échelles, qui échappe pour l’instant aux physiciens.

Qu’en est-il des analogues hydrodynamiques des trous de ver ? Dans un courant avec un trou noir en amont d’un trou blanc, une onde peut évidemment circuler sans encombre dans le sens du courant. Elle entre dans le trou de ver par le trou noir et en émerge par le trou blanc en aval. Mais que se passe-t-il pour des ondes qui remontent le courant ? Lors de précédentes études, des chercheurs ont observé que la longueur d’onde des vagues diminue jusqu’à ce que les ondes soient bloquées au niveau du trou blanc et repartent vers l’aval. Cependant, si l’on considère les effets microscopiques de tension de surface de l’eau (qui pourraient être analogues  à des effets de gravité quantique dans le tissu de l’espace-temps), on observe que des ondes dites capillaires continuent de remonter le courant. Ces ondes sont rapidement dissipées par la viscosité du fluide et ne semblent pas pouvoir sortir du trou de ver par le trou noir. Pour le vérifier, Léo-Paul Euvé et Germain Rousseaux ont créé un analogue de trou de ver dans leur dispositif. Ils ont montré que, bien que l’onde capillaire soit fortement dissipée, elle atteint l’horizon du trou noir et ressort avec une longueur d’onde plus grande.

Ainsi, dans cet analogue d’un trou de ver, les ondes peuvent traverser le trou de ver dans les deux sens. Cependant, jusqu’où peut-on pousser l’analogie avec le cas astrophysique ? En effet, les trous blancs et les trous de ver astrophysiques restent hypothétiques et il n’est pas certain qu’ils puissent exister dans la nature. Nous sommes encore bien loin de savoir comment se comporte la relativité générale dans ces conditions extrêmes où le besoin d’une théorie quantique de la gravité se fait sentir. Peut-être les expériences sur les trous de ver analogues pourront-elles ouvrir des pistes pour élaborer des théories de gravité quantique.


Source : Pour la science
Crédit : shutterstock.com/vchal

n trou de ver est un objet théorique, solution des équations de la relativité générale, qui connecte deux régions éloignées de l'Univers.

Un trou de ver étudié en laboratoire Actualités

Un trou de ver étudié en laboratoire

Quel est le lien entre une chute d’eau et un trou noir ? Dans les deux cas, il existe une frontière invisible qui, une fois franchie, vous condamne à un voyage sans retour. En amont d'une cascade, le courant s’accélère et, à partir d'un certain point, il n’est plus possible de nager assez vite à contre-courant pour ne pas être emporté. Un trou noir, pour sa part, déforme l’espace-temps à tel point qu’aucun objet, même se déplaçant à la vitesse de la lumière, ne peut s'échapper du piège gravitationnel une fois franchie une limite qualifiée d’horizon des événements.

Cette comparaison entre une chute d’eau et un trou noir est bien plus qu’une simple analogie : les équations mathématiques qui décrivent ces deux phénomènes, pourtant de natures très différentes, sont réellement similaires. De fait, des chercheurs ont entrepris d’étudier les propriétés des trous noirs à partir de dispositifs hydrodynamiques analogues, les « trous noirs acoustiques ». En 2016, Germain Rousseaux et Léo-Paul Euvé, du laboratoire Pprime à Poitiers, et d’autres collègues, avaient par exemple mis en évidence l’équivalent du rayonnement de Hawking d’un trou noir dans un courant d’eau. Les deux chercheurs ont aujourd'hui étudié par la même approche le concept de trou de ver, une structure hypothétique de l’espace-temps qui relierait deux régions distantes de l’Univers.

L’idée des trous noirs acoustiques a été formulée pour la première fois en 1981 par William Unruh, de l’université de Colombie-Britannique à Vancouver, au Canada. Il existe différentes façons de les construire et les physiciens les utilisent pour étudier certaines propriétés des trous noirs astrophysiques, inaccessibles autrement. Un des objectifs était d’étudier l’analogue du rayonnement de Hawking, imaginé par Stephen Hawking en 1974. En effet, les trous noirs ne sont pas aussi noirs qu’on le pense. Juste à l’extérieur de l’horizon des événements, des processus quantiques conduisent à l’émission de photons qui s'éloignent du trou noir. Ainsi, pour un observateur à bonne distance du trou noir, ce dernier semble émettre un rayonnement et perdre de l'énergie : il s’évapore. En 2016, Germain Rousseaux et ses collègues ont observé l’analogue de ce rayonnement dans un dispositif hydrodynamique constitué d’un écoulement turbulent dans un canal long de sept mètres. Le courant joue le rôle de l’espace-temps et les fluctuations de la surface de l'eau celui des ondes lumineuses qui s’y propagent. Un obstacle placé au fond du canal accélère le flot de sorte que des ondes qui remontent le courant finissent par être stoppées et ne se propagent pas en amont de l’obstacle. On crée ainsi l’analogue d’un trou blanc, l'hypothétique inversion d’un trou noir, c’est-à-dire une région de l’espace où rien ne peut pénétrer. Dans ce dispositif, l’analogue du rayonnement de Hawking est formé par les ondes réfléchies au niveau de l’obstacle et qui repartent vers l’aval.

Forts de ce résultat, les chercheurs de Poitiers se sont ensuite intéressés au trou de ver, une sorte de tunnel hypothétique dans le tissu de l’espace-temps reliant deux régions déconnectées de l’Univers. Cette idée n'est pas qu'une invention des auteurs de science-fiction pour régler le problème du voyage interstellaire : c'est bel et bien une solution mathématique possible des équations de la relativité générale, qui pourrait exister entre un trou noir et un trou blanc. Cependant, de nombreuses questions restent en suspens : les trous de vers peuvent-ils réellement se réaliser dans la nature ? Sont-ils stables ? Peuvent-ils être parcourus dans les deux sens ?

La question de la stabilité est cruciale. En effet, dans les premiers modèles, un trou de ver s’étire jusqu’à s’effondrer si rapidement sur lui-même qu’aucune forme d’information ne peut le traverser. Des trous de ver stables ont été obtenus dans d’autres modèles, mais ils font appel à de la matière exotique de nature inconnue (dotée d'une pression négative, comme l’énergie sombre). Par ailleurs, des solutions sont également recherchées dans le cadre de théories de gravité quantique, une formulation quantique de la relativité générale aux plus petites échelles, qui échappe pour l’instant aux physiciens.

Qu’en est-il des analogues hydrodynamiques des trous de ver ? Dans un courant avec un trou noir en amont d’un trou blanc, une onde peut évidemment circuler sans encombre dans le sens du courant. Elle entre dans le trou de ver par le trou noir et en émerge par le trou blanc en aval. Mais que se passe-t-il pour des ondes qui remontent le courant ? Lors de précédentes études, des chercheurs ont observé que la longueur d’onde des vagues diminue jusqu’à ce que les ondes soient bloquées au niveau du trou blanc et repartent vers l’aval. Cependant, si l’on considère les effets microscopiques de tension de surface de l’eau (qui pourraient être analogues  à des effets de gravité quantique dans le tissu de l’espace-temps), on observe que des ondes dites capillaires continuent de remonter le courant. Ces ondes sont rapidement dissipées par la viscosité du fluide et ne semblent pas pouvoir sortir du trou de ver par le trou noir. Pour le vérifier, Léo-Paul Euvé et Germain Rousseaux ont créé un analogue de trou de ver dans leur dispositif. Ils ont montré que, bien que l’onde capillaire soit fortement dissipée, elle atteint l’horizon du trou noir et ressort avec une longueur d’onde plus grande.

Ainsi, dans cet analogue d’un trou de ver, les ondes peuvent traverser le trou de ver dans les deux sens. Cependant, jusqu’où peut-on pousser l’analogie avec le cas astrophysique ? En effet, les trous blancs et les trous de ver astrophysiques restent hypothétiques et il n’est pas certain qu’ils puissent exister dans la nature. Nous sommes encore bien loin de savoir comment se comporte la relativité générale dans ces conditions extrêmes où le besoin d’une théorie quantique de la gravité se fait sentir. Peut-être les expériences sur les trous de ver analogues pourront-elles ouvrir des pistes pour élaborer des théories de gravité quantique.


Source : Pour la science
Crédit : shutterstock.com/vchal

n trou de ver est un objet théorique, solution des équations de la relativité générale, qui connecte deux régions éloignées de l'Univers.

LE GUIDE Naturellement

Agenda . . .

13 - Bouches du Rhône

Du 7 au 15 janvier 2021

BALADES EN MER
CONGRÈS MONDIAL DE LA NATURE DE L’UICN

Lors de ce rendez vous, des balades en mer à bord de l'Hélios, la seule vedette à passagers hybride de la compagnie Marseillaise ICARD MARITME, seront organisées par : Le parc National de la Côte Bleue : 10 juin - Le conservatoire du littoral : 11 & 16 juin - Le parc National des Calanques : 15 & 20 juin.

1 quai Marcel Pagnol
13007 Marseille
04 91 330 329
www.iucncongress2020


21 - Côte d'Or

Du 3 juillet au 2 janvier 2022

EXPOSITION
"AU COEUR DES SAISONS"

Et si on prenait le temps de regarder passer les saisons, de vivre à leur rythme, de redécouvrir le plaisir d'observer la Nature et ses changements.
Cette nouvelle exposition, conçue et réalisée par le Jardin des sciences et Biodiversité, vous plonge « Au coeur des saisons », de façon ludique et accessible à tous les publics, en famille comme entre amis…

Jardin des sciences & biodiversité
Jardin de l’Arquebuse
14 rue Jehan de Marville & 1 avenue Albert 1er
21000 DIJON
03 80 48 82 00
www.dijon.fr


34 - Hérault

Du 26 septembre au 28 février 2021

EXPOSITION
"DERNIERS IMPRESSIONNISTES"

Des paysages maritimes de la Bretagne aux plaisirs des plages de la Belle Époque, des paysages urbains ou champêtres aux portraits virtuoses, partez sur les pas des peintres intimistes ayant tous respiré le parfum de l’impressionnisme.
Riche de 70 peintures et d’une trentaine de dessins ou lithographies, l’exposition qui fait étape à Lodève est la première en France à rendre à ce courant l’importance qui lui revient.

Musée de Lodève
Square George Auric
34700 Lodève
04 67 88 86 10
www.museedelodeve.fr


45 - Loiret

Les 4 juillet et 22 août

VISITES
"ART DES JARDINS"

Art de vivre et Nouvelles Renaissances en Val-de-Loire.
L’Arboretum des Grandes Bruyères, « Jardin Remarquable » vous présentant pas moins de 5 types de jardins, vous invite à découvrir leur histoire et leurs spécificités.
Visite guidée à 15h. Inscription obligatoire, nombre de participants limité.

Arboretum des Grandes Bruyères
45450 Ingrannes
02 38 57 28 24
www.arboretumdesgrandesbruyeres.fr


50 - Manche

Du 8 février au 24 mai

EXPOSITION DE PHOTOGRAPHIES
"LA HAGUE : A L’EPREUVE DU TEMPS"

De vallées encaissées en roches mystérieuses, du littoral déchiqueté aux champs quadrillés de murets, le regard d’Antoine Soubigou s’est posé sur une Hague intemporelle et tourmentée.

Manoir du Tourp
Omonville-la-Rogue
50440 La Hague  
02 33 01 85 89
www.letourp.com


Jusqu'au 15 novembre

EXPOSITION PHOTOGRAPHIQUE
"VIE SAUVAGE EN COTENTIN"

Une exposition pour les curieux de nature mais aussi pour les amateurs de belles images... L’association "Regards" basée à Cormelles-le-Royal dans le Calvados rassemble des photographes naturalistes, passionnés d’image et de nature.

Manoir du Tourp
Omonville-la-Rogue
50440 La Hague  
02 33 01 85 89
www.letourp.com


59 - Nord

Jusqu'au 29 août 2021

EXPOSITION
"MON DODO"

A quoi sert de dormir ? Que se passe-t-il quand je dors ? Pourquoi je rêve ? Telles sont les questions que peuvent se poser les enfants lorsqu’ils vont se coucher pour la sieste ou pour la nuit.
Au travers des expériences et des approches diverses, l’exposition invite les 2-7 ans à découvrir leurs besoins en quantité et qualité de sommeil tout en abordant les notions de cycle et le rôle du sommeil dans leur développement.

Forum départemental des Sciences
1 place de l’Hôtel de ville
59650 Villeneuve d’Ascq
03 59 73 96 00
www.forumdepartementaldessciences.fr


67 - Bas-Rhin

A partir du 4 juillet

ESCAPE GAME LIGNE MAGINOT

Participez à une partie d'escape game et découvrez la Ligne Maginot comme si vous y étiez soldat!
Dans l'antre de la forteresse sont cachés les indices qui vous permettront de sauver l'équipage de l’asphyxie... Attention, vous n'avez que 40 minutes !
Equipes de 2 à 6 joueurs. A partir de 10 ans accompagnés de leurs parents.

Forteresse de la Ligne Maginot
Route D65 direction Pfaffenbronn
67510 Lembach
03 88 94 48 62 / 03 88 94 43 16
www.lignemaginot.fr


71 - Saône et Loire

Jusqu'au 1er novembre

EXPOSITION
"BÊTISE ET BALIVERNES, IDÉES REÇUES SUR LA NATURE"

« les chauves-souris s'accrochent dans les cheveux » ; « les grenouilles sont vertes et les crapauds marron » ; « les moustiques préfèrent les peaux sucrées… », autant d’idées reçues et de fausses informations qui ont souvent la vie dure ! Une scénographie originale et les illustrations humoristiques de Roland Garrigue raviront aussi bien les petits que les grands !

Centre EDEN
26 rue de l’Eglise
71290 Cuisery
03 85 27 08 00
www.centre-eden71.fr


88 - Vosges

Du 6 juillet au 30 août

ANIMATIONS SCIENCES
PLANÉTARIUM EPINAL

Qui n'a jamais rêvé de faire décoller une fusée (en papier) ? Ce sera possible cet été ! L'atelier "réveillez vos sens", quant à lui, sera parfait pour les enfants à partir de 3 ans. Nous proposons également des soirées d'observation du ciel du soir, une initiation à la paléontologie, la découverte des petites bêtes qui peuplent la mare du Planétarium et bien d'autre choses encore !

Planétarium Epinal
Rue Dom Pothier
88000 Epinal
03 29 35 08 02
www.planetarium-epinal.com

Lieux:

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