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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 . . .

09 - Ariège

Le 15 février

FABRIQUE TA FLÈCHE ET TON PROPULSEUR !
    
Au coin du feu, vous vous transformerez en chasseur préhistorique ! Vous fabriquerezune flèche et un propulseur en bois avec les moyens disponibles au néolithique… Le tout se terminera par un bon goûter de chez nous !
Le samedi 15 février 2020 de 14h à 17h30. Sur inscription. 8,50 €/adulte – 7 €/enfant.

Au Pays des Traces
Ferme de Miguet
09190 Saint-Lizier    
05 61 66 47 98
www.paysdestraces.fr


Le 22 février

BALLADE EN RAQUETTE
À LA DÉCOUVERTE DES TRACES DANS LA NEIGE...

Venez découvrir la neige autrement. Vous apprendrez à lire la neige, à fabriquer un abri, à allumer un feu dans la neige ou interpréter des traces sur la neige...(Pique-nique tiré du sac).
Le samedi 22 février de 10h à 17h30. Sur inscription. 30 €/adulte & 25 €/enfant à partir de 12 ans. Location de raquettes : 5 €/personne.

Au Pays des Traces
Ferme de Miguet
09190 Saint-Lizier    
05 61 66 47 98
www.paysdestraces.fr


22 - Côtes d'Armor

Le 22 décembre

SEANCES AU PLANETARIUM DE BRETAGNE

A l'occasion du solstice, le Planétarium de Bretagne vous invite pour deux séances au tarif spécial de 4 €.  A 15h00 : "Les astres et les Marées". A 16h00 : "Le phénomène des saisons".

Planétarium de Bretagne
Parc du Radôme
22560 Pleumeur-Bodou
02 96 15 80 30
www.planetarium-bretagne.fr


Du 15 décembre au 15 mars 2020

EXPOSITION
"FRONDAISONS"
La fabrique d’un maquis de l’Argoat

Le pôle de l'Étang-Neuf présente l'oeuvre de Sophie Zénon, "Frondaisons", la fabrique de l'image d'un maquis de l'Argoat, une exposition de photographies et de vidéos.

Pôle de l'Étang-Neuf
22480 Saint-Connan
02 96 47 17 66
www.etangneufbretagne.com


25 - Doubs

Jusqu'au 5 janvier 2020

EXPOSITION
« LE MONDE DE JULES VERNE »

L’exposition présente le créateur et poète, évoque ses voyages extraordinaires d’un nouveau genre littéraire puis explore sa quête de l’ailleurs.
Gravures, affiches de cinéma, maquettes, dessins de reconstitutions des machines de Jules Verne, carte géante représentant les itinéraires des personnages…rythment le parcours de l’exposition.

Saline royale
Grande Rue
25610 Arc et Senans
www.salineroyale.com


Du 15 février au 3 mai 2020

EXPOSITION
« GEORGES FESSY ET LA PHOTOGRAPHIE »

Exposition en coproduction avec le Familistère de Guise. Georges Fessy et la photographie est une rétrospective présentée à travers plus d’une centaine de photographies qui traduit la diversité d’une vie de photographe : paysages, portraits, natures mortes, objets d’art, vues d’architectures.

Saline royale
Grande Rue
25610 Arc et Senans
www.salineroyale.com


30 - Gard

Jusqu'au 8 mars 2020

EXPOSITION
« FEU », l’expo brûlante de la rentrée au Pont du Gard

FEU conçue par Universcience qui propose d’explorer la thématique de la maîtrise du feu par l’humain. Accessible dès 9 ans, cette exposition rassemble des installations audiovisuelles, des dispositifs multimédia et des expériences interactives ainsi que de nombreux objets visant à enrichir la connaissance des visiteurs et à déconstruire les idées reçues.

Site du Pont du Gard
La Bégude
400 route du Pont du Gard
30210 Vers-Pont-du-Gard
04 66 37 50 99
www.pontdugard.fr


34 - Hérault

Jusqu'au 23 février 2020

EXPOSITION
Ensor, Magritte, Alechinsky...

L'exposition invite à un cheminement sensible sur les sentiers de l'art Belge à travers une sélection de chefsd’oeuvre des collections du Musée d'Ixelles (Bruxelles).

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


37 - Indre-et-Loire

Les 7 et 14 décembre

CHATEAU ROYAL D'AMBOISE
CONCERTS

Samedi 7 décembre 2019 : concert avec l’Ensemble Les Salanganes de Tours, à 15h30. Inclus dans le droit d’entrée.
Samedi 14 décembre 2019 : Concert de chants de Noël avec la Chorale La cantilène, à 16h. Inclus dans le droit d’entrée.

Château royal d’Amboise
Montée de l’Emir Abd el Kader
37400 Amboise
02 47 57 00 98
www.chateau-amboise.com


Du 23 décembre au 5 janvier

CHATEAU ROYAL D'AMBOISE
"VISITE SPÉCIALE NOËL"

Tous les jours à 15h30, les petits visiteurs vont notamment pouvoir découvrir les traditions de Noël à travers les siècles dans le logis spécialement décoré (crèche napolitaine, sapins et exposition de jouets anciens.).
Visite commentée en français par un guide conférencier. Réservée aux enfants de 7 à 12 ans accompagnés de leur famille. Inclus dans le droit d’entrée au château. Durée : 1 heure.

Château royal d’Amboise
Montée de l’Emir Abd el Kader
37400 Amboise
02 47 57 00 98
www.chateau-amboise.com


39 - Jura

Du 20 janvier au 2 avril

ATELIERS
"L’ŒIL ET LA MAIN"

Le Musée de la Lunette organise  une visite de l’exposition temporaire « Les lunettes en voient de toutes les couleurs ». Les enfants découvriront l’utilisation de la couleur en lunetterie, ses principes et surtout son design inspirant ! Ils participeront par la suite à un atelier artistique animé par l’une de nos artistes plasticiennes. Cet atelier est à destination des scolaires, de la maternelle au collège.

Musée de la Lunette
Place Jean Jaurès
39400 Morez - Hauts de Bienne
03 84 33 39 30
www.musee-lunette.fr


50 - Manche

Jusqu'au 5 janvier 2020

EXPOSITION
"DÉTOURS EN COTENTIN"

Il y a sept ans, la famille du photographe Gustave Bazire (1893-1941) découvre 1 400 plaques de verre. Aujourd'hui, le Cotentin expose les vues de l'artiste.

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


63 - Puy-de-Dôme

Janvier et février

"CLASSE NEIGE A PETITS PRIX"

Au Centre des Volcans propose un passeport Évasion Glacée à petits prix pour les derniers créneaux disponibles en janvier et février 2020.Venez découvrir les volcans sous la neige...

Au Centre des Volcans
Rue du Frère Genestier
63230 Pontgibaud
04 73 68 18 18 / 06 21 30 79 36
www.au-centre-des-volcans.fr


De janvier à mars

SEJOURS SCOLAIRES
"LES 4 ÉLÉMENTS" et "L'AUVERGNE DES NEIGES"

Des tarifs imbattables sur les séjours scolaires pour les mois de janvier, février et mars 2020 ! Séjours à réserver rapidement.

.Au Centre des Volcans
Rue du Frère Genestier
63230 Pontgibaud
04 73 68 18 18 / 06 21 30 79 36
www.au-centre-des-volcans.fr


78 - Yvelines

Du 11 au 24 décembre

ATELIERS CREATIFS
"HOLI'FARM'DAYS"

Les mercredis 11 et 18, et les lundi 23 et mardi 24 décembre, la Ferme de Grignon propose des ateliers créatifs, figurines de Noël pour les 3 à 8 ans. Durée de 1h à 1h30. Tarif : 5,50 € par enfant. 1 adulte accompagnateur gratuit. Réservation obligatoire.

Ferme de Grignon
Route de la Ferme
78850 Thiverval-Grignon
01 30 54 37 34
www.fermedegrignon.fr

Lieux:

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