À la fin des années 1960, l'un des physiciens les plus célèbres du siècle dernier, John Wheeler (1911-2008), est apparu dans une émission de radio scientifique populaire de la BBC. Il a parlé longuement et de manière colorée de diverses merveilles cosmiques, et à la fin il s'est tourné vers la question douloureuse pour lui de toutes sortes "d'observations incorrectes et d'objets mythiques".
Ici, un scientifique américain s'est empressé de se jeter sur l'hypothèse de l'existence d'étoiles «gelées» (sombres, gelées), ce qui n'était surtout pas à son goût. Exprimant son mépris pour ces «fantasmes physiques et mathématiques», il les a appelés «trous noirs». Ainsi, avec la main légère de Wheeler, le terme figuratif «trou noir» est apparu dans les médias, puis dans les travaux scientifiques.
Les gouffres sans fond de l'espace-temps
Aujourd'hui, nous appelons un trou noir le résultat du phénomène naturel le plus étonnant - la chute «à l'intérieur d'eux-mêmes» de corps célestes massifs. En latin, collapsus signifie "tombé", c'est pourquoi les astronomes appellent souvent les trous noirs "collapsars". Ils ont un "concentrateur" si puissant du champ gravitationnel que rien, y compris la lumière, ne peut leur échapper.
Historiquement, les trous noirs étaient précédés d'étoiles sombres découvertes «au bout d'une plume» par l'astronome britannique John Michell (1724-1793). Sur la base de la théorie de la gravitation universelle de Newton, Michell a décrit de telles étoiles, dont la force de gravité retenait même les rayons de lumière. Naturellement, il serait impossible de remarquer une étoile aussi complètement noire. Michell exposa ses calculs à l'une des réunions de la Royal Society of London en 1784 et fut immédiatement critiqué. Après tout, l'astronomie de cette époque ne connaissait pas de tels phénomènes!
Ainsi l'idée d'étoiles noires, ou, comme on les appelle aujourd'hui, de trous noirs «newtoniens», a longtemps été enfouie dans les archives scientifiques. On ne s'en souvient qu'à l'époque d'Albert Einstein (1879-1955) et de sa théorie de la gravitation universelle. La théorie d'Einstein a lié la gravité à la courbure de l'espace et a immédiatement attiré l'attention de nombreux physiciens.
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Son collègue de l'Académie des Sciences de Berlin Karl Schwarzschild (1873-1916) a pu montrer que des masses gigantesques parfois très concentrées peuvent former une sorte d'entonnoir infini d'espace-temps.
Des choses étonnantes devraient se produire près de l'effondrement de Schwarzschild: le cœur d'une personne commencerait à battre de moins en moins, son horloge serait désespérément à la traîne et la lumière tournait au rouge. L'écoulement du temps lui-même ralentirait, jusqu'à se solidifier près de la limite conditionnelle du trou noir, comme une rivière en gel. Eh bien, que verrons-nous dans les profondeurs de l'effondrement de l'effondrement?
Hélas, il se passe des choses tellement étranges qu'il est tout simplement impossible de les décrire populairement. Cependant, bien que de nombreux physiciens discutent de la structure interne des trous noirs, ils ont théoriquement déjà trouvé des applications.
Métro entre les galaxies
Il y a plus de 30 ans, le célèbre astronome et écrivain de science-fiction Carl Sagan a décidé d'écrire un roman sur les voyages interstellaires et, en même temps, de ne pas se livrer à un fantasme vide, mais de créer un «vrai» tunnel extradimensionnel sur les pages de son livre. Pour discuter des détails, il s'est tourné vers l'éminent physicien théoricien Kip Thorne, qui s'est mis au travail avec enthousiasme.
Thorne et ses collaborateurs ont prouvé mathématiquement de manière convaincante que le canal spatio-temporel peut non seulement être créé artificiellement, mais également maintenu dans un état "de fonctionnement". Le «trou de ver» ainsi créé dans l'espace-temps relierait non seulement les coins éloignés de notre galaxie, mais aussi les étendues métagalactiques.
La collaboration de Sagan et Thorne a conduit au best-seller de science-fiction Contact, qui est rapidement devenu la base du film très divertissant du même nom. Il y a vraiment une sorte de «métro» entre les galaxies, le long duquel se déplace le personnage principal. Pendant ce temps, Wheeler a critiqué non seulement les trous noirs, mais toutes sortes de transitions de sous-espace entre eux. Avec beaucoup de sarcasme, il les appela «trous de ver», «trous de ver» et «tunnels de vers». C'est tout simplement incroyable, mais ces expressions sont d'abord entrées dans le lexique des journalistes, puis ont migré vers les travaux scientifiques.
La littérature de science-fiction parle souvent des moyens les plus exotiques de transcender l'espace et le temps. Même une sorte de tactique de la future «guerre des étoiles» est née, lorsque la flotte de combat de terriens «plonge» dans le sous-espace d'un trou noir et émerge soudainement juste aux bases d'extraterrestres hostiles, précipitant instantanément des milliards de parsecs.
Cependant, à en juger par les observations astronomiques, les trous noirs exigeront des efforts titanesques pour les «apprivoiser», car ce sont les objets spatiaux les plus dangereux qui forment le «relief» de l'Univers.
Les cannibales de l'espace
Les astronomes enregistrent souvent des explosions monstrueuses d'énergie provenant de l'espace lointain. Ceux-ci peuvent être des échos des processus dramatiques de la mort des planètes et des étoiles dans les gouffres des trous noirs. Les monstres de l'espace déchirent le corps gazeux d'une étoile qui s'approche par inadvertance et "avalent" complètement les corps célestes plus petits - planètes, comètes et astéroïdes.
Un trou noir attire le côté d'une étoile étroitement volante qui lui fait face beaucoup plus fortement que le côté opposé. Cette puissante force de marée étire l'étoile et fait tomber le gaz de l'étoile dans le trou noir. Les astronomes ont conclu que les trous noirs ne naissent pas énormes, mais qu'ils se développent progressivement à cause du gaz et des étoiles des galaxies.
Parmi les trous noirs, il y a aussi de grandes agitations, se déplaçant rapidement à l'intérieur des îles stellaires des galaxies. Avec leurs frères sédentaires, ces "cannibales de l'espace" dévorent constamment non seulement les systèmes planétaires comme notre propre solaire, mais avalent aussi des nuages de poussière et de gaz s'étendant entre les amas d'étoiles.
Les astronomes ont remarqué depuis longtemps que dans les galaxies plus petites, les trous noirs sont moins massifs, avec des masses d'un peu plus de quelques millions de masses solaires. Les trous noirs au centre des galaxies géantes comprennent des milliards de masses solaires - le fait est que la masse finale d'un trou noir se forme lors de la formation d'une galaxie. Dans certains cas, les trous noirs s'agrandissent non seulement en absorbant le gaz d'une galaxie individuelle, mais également en fusionnant les galaxies, ce qui entraîne la fusion de leurs trous noirs.
Au centre même de la Voie Lactée se trouve le noyau de notre Galaxie, dans lequel se cache le mystérieux objet Sagittaire A *. Les astronomes pensent qu'il s'agit du principal prétendant au rôle d'un trou noir d'une masse d'environ quatre millions de masses solaires.
Périodiquement, ce «cannibale» local qui est le nôtre dévore telle ou telle étoile. Et puis des télescopes à rayons X spéciaux enregistrent le "cri de mort" du luminaire sous la forme d'une impulsion de rayons X. C'est avec son aide que nos organes internes sont étudiés dans la salle de radiographie.
Cependant, les trous noirs peuvent être assez paisibles, formant des systèmes d'étoiles doubles avec des étoiles ordinaires. Cependant, cette idylle se termine également tragiquement, et après des centaines de millions, voire des milliards d'années, la distance entre le trou noir et l'étoile sera réduite à une limite critique. Le mouvement de l'étoile deviendra instable et après quelques révolutions autour du monstre noir, elle disparaîtra dans son ventre.
Mystère de la météorite Tunguska
En principe, un trou noir artificiel peut également être créé. Pour ce faire, il est nécessaire de comprimer n'importe quelle masse à la taille du rayon gravitationnel (le rayon de la sphère sur laquelle la force gravitationnelle créée par la masse à l'intérieur de cette sphère tend vers l'infini), puis elle-même commencera à se contracter de manière catastrophique - s'effondrer.
Certes, c'est très difficile à faire, car moins la masse est faible, plus le rayon gravitationnel est petit. Par exemple, le rayon gravitationnel de la Terre est d'environ un centimètre, et pour transformer la lune en trou noir, il faudrait la comprimer à la taille d'une grosse molécule.
Néanmoins, à l'aide de modèles de trous microscopiques ou, comme on les appelle plus souvent, de microcollapsars, ils essaient parfois d'expliquer toutes sortes de phénomènes mystérieux. Il y a donc une hypothèse selon laquelle la célèbre météorite Tunguska n'était rien de plus qu'un trou noir miniature errant dans l'immensité de l'Univers.
On pourrait, bien sûr, simplement rejeter de telles inventions, mais ici des détails curieux surgissent: l'absence totale de restes de météorite, la nature inhabituelle de l'explosion et les observations contradictoires de la trajectoire de vol.
Il y a des idées qu'un tel microcollap-sar avait une origine complètement terrestre. Le fait est que c'est lors de la chute de la météorite Tunguska que le grand inventeur américain Nikola Tesla (1856-1943) a testé un certain résonateur d'ondes sur l'étonnante tour Wondercliffe, qui, avec l'aide des "ondes stationnaires de l'éther électrique mondial", était censée transmettre de l'énergie à travers la planète.
Les légendes urbaines racontent comment un plasmoïde colossal a survolé Podkamennaya Tunguska, s'effondrant instantanément dans un mini-trou noir. Ce processus a provoqué un ouragan d'énergie, enregistré comme un miracle de Tunguska.
Il existe également une version de cette hypothèse, dans laquelle la météorite Tunguska elle-même était précisément un trou noir miniature qui a pénétré notre planète à grande vitesse.
Dans quelle mesure les conclusions des physiciens théoriciens sont-elles plausibles? Y a-t-il vraiment des tunnels de vers dans l'espace-temps, ou est-ce juste une sorte de "fantaisie physique et mathématique"? Et la question la plus importante: est-il possible de proposer des expériences réelles pour créer des trous de ver artificiels dans le sous-espace menant à l'espace d'autres dimensions?
Le LHC est-il une machine apocalyptique ou un générateur de microcollapsar?
Les calculs montrent que des trous noirs microscopiques pourraient bien apparaître lors d'expériences sur des accélérateurs de particules, comme le célèbre grand collisionneur de hadrons (LHC) lancé au CERN.
Le principe de fonctionnement du LHC est théoriquement assez simple: imaginez un tuyau dans lequel deux canons géants se tirent l'un vers l'autre avec des projectiles spéciaux - les particules élémentaires qui composent les atomes. Lorsque ces projectiles microscopiques se rencontrent, ils se dispersent comme des feux d'artifice de toutes sortes de fragments, parmi lesquels il peut y avoir des trous noirs microscopiques.
Si les physiciens du LHC découvrent ces micro-objets, alors la sensation scientifique dépassera de loin la récente découverte de la "particule de Dieu" - le boson de Higgs.
Certains scientifiques pensent que les micro-collapsars sont des objets très dangereux qui peuvent conduire à une catastrophe planétaire. Le lancement du LHC a été accompagné de protestations, et un groupe de physiciens a même poursuivi le CERN comme une organisation qui met l'humanité en danger mortel.
Au final, les passions se sont quelque peu apaisées, puisque les physiciens ont clairement montré qu'à chaque instant des avalanches de particules cosmiques tombent à la surface de la Terre, dépassant largement l'énergie des produits de collision dans le LHC. Néanmoins, les flux de rayons cosmiques à très haute énergie ne présentent aucun danger et ne génèrent pas de trous noirs microscopiques.
D'autre part, les modèles informatiques montrent que si la Terre était visitée par un mini-trou, elle tomberait immédiatement au centre de notre planète et commencerait à tourner autour d'elle, absorbant du magma. Mais peu importe à quel point ce processus peut sembler inquiétant, il faudra plusieurs milliards d'années pour qu'il se manifeste d'une manière ou d'une autre à la surface. Il est donc fort possible que nous vivions depuis longtemps avec un trou noir sous nos pieds …
L'avenir de l'univers et la vie dans un trou noir
On ne sait pas si l'humanité existera dans des milliards d'années, mais dans la version optimale, les astronomes du futur lointain pourront observer une métagalaxie complètement différente - l'Univers visible. La plupart des étoiles brûleront et les luminaires semblables au soleil se transformeront en nains superdenses. Dans le même temps, des étoiles plus massives deviendront des trous noirs encore plus petits et dotés d'un champ gravitationnel si puissant que même la lumière ne peut pas le surmonter.
Cependant, ces restes continueront à tourner autour du centre galactique avec une période d'environ 100 millions d'années. Les collisions entre les restes en jetteront certains hors de la galaxie. Le reste s'installera sur des orbites plus proches du centre et finira par se rassembler, formant un trou noir géant au centre de la galaxie, qui engloutira un jour toute la matière.
Que sera-ce - la fin de la vie et la raison dans notre Univers?
Ne nous précipitons pas, car certaines théories modernes prédisent que même dans les terribles profondeurs des trous noirs, des planètes entières peuvent exister, tournant indéfiniment autour d'un point central. Selon des calculs préliminaires, de telles planètes peuvent même être fortement éclairées en raison de photons piégés de l'extérieur dans le piège du trou et tournant ensemble avec d'autres corps dans la même orbite stable.
Seule la dernière question reste à résoudre: la vie peut-elle exister sur les planètes d'un trou noir? Selon certains théoriciens, cela est possible. De plus, fuyant les cataclysmes cosmiques, notre future civilisation très développée peut trouver un véritable refuge au fond d'un trou noir supermassif qui occupe le cœur de la Voie lactée.
Bien sûr, les colonisateurs de trous noirs devront résoudre un certain nombre de tâches grandioses, telles que la lutte contre les forces de marée colossales et la protection contre les flux de rayonnement les plus puissants. Cependant, du point de vue de l'évolution de la raison, une civilisation qui a réussi à pénétrer dans le trou noir aura des technologies vraiment fabuleuses capables de résoudre les problèmes les plus fantastiques.
Peut-être que d'ici quelques millénaires, la civilisation humaine sera totalement libre d'ouvrir des portails vers d'autres mondes. Dans ce cas, diverses options peuvent se présenter: des trous de ver entre des parties éloignées de notre galaxie, des tunnels sous-spatiaux entre des galaxies à la limite de l'Univers, des ponts entre le passé et le futur, des trous de ver vers d'autres mondes.
Alors l'humanité du futur n'a peur d'aucune catastrophe cosmique, et elle pourra voyager librement à travers différents univers, en choisissant un habitat favorable. De plus, après avoir compris comment les univers sont nés et pourquoi ils ont des propriétés différentes, la supercivilisation peut commencer à rechercher des univers prêts à l'emploi à travers les gorges des trous noirs et à créer de nouveaux mondes, plus adaptés à la vie et non sensibles à toutes sortes de cataclysmes.
Alors, que cachent les trous noirs en eux-mêmes? Un chemin vers d'autres mondes, une énergie infinie du futur, le dernier souffle de l'Univers ou la civilisation d'autres mondes?
Il est possible que la génération actuelle d'élèves et d'écoliers connaisse les réponses à certaines de ces questions. Nous ne pouvons qu'attendre ce moment passionnant où les astronomes pourront enfin commencer à étudier directement «les candidats aux effondrements gravitationnels».
Oleg FAYG
