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    Les trous noirs n’existent pas (Partie 2)

    Les trous noirs n’existent pas (Partie 2)

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    Suite de la première partie de l’entretien avec le scientifique français Jean-Pierre Petit, ancien directeur de recherche au CNRS, autour de la fameuse question des trous noirs, fer de lance de la « cosmologie quantique ».

    Après l’article publié par Stephen Hawking, intitulé « Les trous noirs n’existent pas » qui soulève les problèmes, J.P.Petit apporte des solutions décrivant un univers radicalement nouveau.

    LVdlR : Vous parlez de la cosmologie et même de l’astrophysique comme si c’étaient des châteaux de cartes.

    JPP : Mais CE SONT des châteaux de cartes, cimentés par de la matière sombre, étayées par de l’énergie noire, peuplés d’astroparticules que des gens cherchent en vain au fond des mines. Une fronde est en train de naître chez les mathématiciens-géomètres, excédés de voir ces cosmic troupiers continuer de pantalonner en multipliant des effets d’annonce complètement creux, dont des revues comme Science et Vie, Ciel et Espace et en règle générale toutes les revues de vulgarisation scientifique qui se hâtent de s’en faire l’écho, comme dans ce numéro de septembre 2014, cité plus haut, un modèle du genre. La déclaration de Hawking a été perçue comme si angoissante que notre black hole man national, Jean‐Pierre Luminet, un scientifique du virtuel dont le seul titre de gloire est d’avoir créé les premières images de synthèse d’un trou noir, a même été jusqu’à suggérer dans des vidéo d’urgence qu’Hawking disait … n’importe quoi pour se rendre intéressant.

    LVdlR : Donc, si les trous noirs n’existent pas, cela représente une véritable catastrophe pour la cosmologie contemporaine.

    JPP : Non, ça lui permettrait enfin de décoller. Et elle en a bien besoin, empêtrée dans sa matière sombre, son énergie noire, ses supercordes, son principe holographique, ses baby univers, sa gravitation à boucles, sa gravitation quantique qui implique l’existence de gravitons qui refusent depuis 50 ans d’émerger du creuset des physiciens théoriciens. Pour justifier l’absence de résultats, l’incapacité de prédire ou d’expliquer quoi que ce soit, les cosmologistes invoquent « l’énormité du travail à accomplir », en s’empressant d’ajouter « que le profit serait alors considérable ». Les tenants des supercordes disent qu’étant donné que ce modèle engendre 10^500 théories possibles, la « Théorie du Tout » est nécessairement dedans. Et vous remarquerez que tous ces discours se conjuguent toujours au conditionnel.

    LVdlR : De fait, ça rappelle un peu la phrase « si ma tante en avait, ça serait mon oncle ». Mais, si l’on admet qu’on fait fausse route, quelle est l’alternative ?

    JPP : Tous les progrès décisifs en science passent par la géométrie. L’avènement de la Relativité Restreinte n’a pas consisté à planter aux quatre coins de l’univers des panneaux portant « il est interdit de dépasser la vitesse de 300.000 km/s », réglementation que des épistémoflics motorisés se chargeraient de faire respecter. Einstein a imposé une modification drastique de notre conception de la géométrie de l’espace et du temps, intriqués dans une seule et même entité, l’espace temps de Minkowski. La Relativité Générale a consisté à envisager que l’univers était une hypersurface présentant des courbures, positives, liées à des masses et des énergies foncièrement positives.

    LVdlR : Alors, quel serait le saut conceptuel suivant ?

    JPP : Envisager que l’univers puisse contenir des masses négatives. Mais en 1957, Herman Bondi montre que ceci entraîne un paradoxe qu’on perçoit comme insurmontable. Les lois d’interactions qui émergent alors de l’équation d’Einstein, considérée comme décrivant le réel, nous disent que les masses positives attirent tout et que les masses négatives attirent tout.

    LVdlR : Et alors, où est le problème ?

    JPP : Réfléchissez. Imaginez qu’une masse positive rencontre une masse négative. La masse positive s’enfuit, poursuivie par la masse négative et cela avec une accélération uniforme. Comble de l’absurdité, ce phénomène baptisé « Runaway » conserve l’énergie cinétique puisque l’une des masses est négative. Face à cela les astrophysiciens en concluent que l’univers ne peut pas héberger de masses négatives. Fermez le ban.

    LVdlR : Et que dit la Physique Quantique de ces masses négatives ?

    JPP : Elle les élimine d’entrée de jeu, considérant « ces états d’énergie négative comme impossibles ».

    LVdlR : Sans justificatif ?

    JPP : Sans justificatif. Voir la bible de la Théorie Quantique des Champs, de Weinberg, Cambridge university press, page 76.

    LVdlR : Alors ?

    JPP : Alors il faut oser le geste suprême : modifier le modèle dans ses tréfonds.

    LVdlR : Toucher à l’équation d’Einstein ?

    JPP : Non, lui donner une soeur jumelle, qui gère les masses négatives, les deux équations étant couplées. A ce moment-là, les lois d’interaction changent complètement. Les masses positives s’attirent selon la loi de Newton. Les masses négatives s’attirent également selon cette loi. Et les masses de signes opposés se repoussent selon « anti-Newton ».

    LVdlR : Et ces masses négatives, on peut les voir, les toucher ?

    JPP : Non, car elles émettent des photons d’énergie négative, que nos yeux et nos télescopes ne peuvent capter. Ces masses négatives n’interagissent alors sur notre propre matière qu’à travers la force de gravité. On devrait dire « par antigravitation ». Cela entraîne un « effet passe‐muraille ». Si les masses des atomes qui constituent le verre que vous tenez à la main étaient inversées, votre main se refermerait sur du vide.

    LVdlR : Revenons au problème de l’étoile à neutrons dont la masse atteint 3,3 masses solaires. Que se passe‐t-il ?

    JPP : En 1939 trois scientifiques, Tolmann, Oppenheimer (celui de la bombe) et Volkoff, construisent une célèbre équation « TOV » qui donne la pression dans une étoile à neutrons en fonction de la distance au centre. Le calcul montre que quand la masse de l’étoile à neutrons atteint 3 masses solaires, cette pression s’envole vers l’infini. N’oublions pas au passage qu’une pression, c’est aussi une densité d’énergie par unité de volume.

    LVdlR : Je me suis toujours représenté l’effet d’une concentration de matière dans une région de l’espace comme la déformation d’une surface élastique sur laquelle on presse avec le doigt. Quand cette pression devient infinie, que se passe-t-il ? On se retrouve chez le voisin ?

    JPP : Les masses de particules, des neutrons, des atomes s’inversent. Cette matière inversée est alors repoussée par l’étoile et la quitte grâce à cet effet « passe-muraille ». Ce modèle didactique évoque la façon dont l’étoile à neutrons se débarrasse de cette matière excédentaire.

     

     

     

     

    LVdlR : C’est un mécanisme qui empêche toute étoile à neutrons de dépasser cette masse fatidique de 3,3 masses solaires.

    JPP : Ce qu’on observe, ce sont des étoiles à neutrons subcritiques, dont les masses restent inférieures à trois masses solaires.

    LVdlR : Mais il reste les trous noirs géants, qui vont de plusieurs millions de masses solaires à plusieurs milliards.

    JPP : Ceux‐là se forment en même temps que les galaxies, mais le mécanisme évoqué plus haut les maintient en sous‐criticité. Cela reste des objets sacrément lourds capable de permettre à des étoiles des vitesses d’orbitation se chiffrant en milliers de km/s, mais ils sont relativement peu étendus à l’échelle de la galaxie, de la taille d’un système planétaire, qui est 10 000 fois inférieur à la distance moyenne entre les étoiles, dans une galaxie.

    LVdlR : Comment décrivez-vous cela, géométriquement ? Est-ce qu’il reste encore là aussi « un travail immense à accomplir » ?

    JPP : Pas du tout. La solution Schwarzschild extérieure donne une idée de ce qui se passe, à condition de l’interpréter correctement.

    LVdlR : Que voulez‐vous dire ?

    JPP : Ce que la Relativité Générale engendre, ce sont des surfaces, ou plutôt des solutions sous forme d’hypersurfaces. Prenez une surface quelconque, une boule de billard par exemple et deux points sur cette surface. Vous pouvez les joindre par une courbe « de plus court chemin », qui sera au passage une géodésique de cette sphère. Sur cette courbe vous vous pouvez mesurer une longueur, et il se trouve que c’est la seule chose que vous pouvez faire. Passons à une autre sphère, la Terre. Envisagez un chemin entre deux points. Vous pouvez mesurer le kilométrage. Mais des chiffres come la latitude et la longitude ne sont que des moyens de repérer ces points. Ces chiffres ne correspondent à aucune MESURE.

    LVdlR : Qu’on la mesure en « fuseaux horaires » ou en degrés, la longitude reste la longitude.

    JPP : Qu’est‐ce qui vous empêcherait de mettre les pôles ailleurs ? Sur l’équateur, par exemple. Les points et la distance qui les sépare ne changeraient pas. Mais les valeurs « latitude », « longitude » seraient totalement différentes. Ces choix de coordonnées de systèmes de repérage sont totalement arbitraires.

    LVdlR : Mais les pôles sont aux ... pôles...

    JPP : Est‐ce qu’une boule de billard a des pôles ? Non, ce sont des accidents liés au système de coordonnées. Il n’y a aucun point singulier sur une sphère. Vous les créez en la cartographiant.

    LVdlR : Pour la sphère, il n’y en a qu’une seule façon de se repérer, avec deux pôles.

    JPP : Non. Que dites‐vous de celui‐là, où il n’y a plus qu’une région singulière et où on repère les points à l’aide de deux familles de courbes qui sont des cercles :

     

    C’est exactement la même chose en Relativité générale.

    LVdlR : Vous voulez dire qu’on peut choisir n’importe quoi comme coordonnées d’espace et de temps.

    JPP : Non, pas n’importe quoi. Il faut que « loin de toute concentration de matière » vous retrouviez la « géométrie du vide », c’est à dire la Relativité Restreinte, ce qui impose une contrainte.

    LVdlR : Mais j’imagine que c’est le cas pour la solution de Schwarzschild, dans le système de coordonnées où elle a été exprimée en 1917.

    JPP : Exact, mais ça n’était pas le seul système de coordonnées possible, compatible avec cette contrainte, à l’infini. On est passé complètement à côté de la description donnée par Eddington en 1924. Mais le temps de chute libre d’une particule témoin devient fini. Il n’y a plus ce découplage temporel qui permet à un observateur extérieur de jouir confortablement d’un « arrêt sur image ».

    LVdlR : Exit le modèle du trou noir, donc ...

    JPP : Mais ça n’est pas tout. On n’a pas fini de faire « parler » cette solution de Schwarzschild. Au départ on a opté pour une distance radiale, désigné par la lettre r. Or qui dit distance radiale implique qu’il y a quelque chose à étudier au voisinage de r = 0, au « centre », à « l’intérieur d’une sphère horizon ».

    LVdlR : Vous voulez dire que cette sphère n’aurait pas ... d’intérieur !?!

    JPP : Faux problème : On a simplement pris un mauvais choix de coordonnées. Prenez une chambre à air. Géométriquement, c’est un tore. Celui-ci possède un « cercle de gorge », au voisinage duquel se situera la jante de la roue. Cette roue a un axe. On pourrait envisager de repérer la position des points de cette chambre à air en utilisant un angle et une distance radiale du point par rapport à l’axe.

     

    LVdlR : Et on aura évidemment un problème quand on voudra étudier les propriétés de la surface, la consistance du caoutchouc quand cette distance radiale deviendra inférieure au rayon du cercle de gorge. Parce qu’on sera « hors chambre à air ».

    JPP : Vous voyez émerger l’idée. Si une solution cosmologique émerge sous forme d’une hypersurface espace temps, et si on opte pour un mauvais choix de coordonnées, on va tomber sur des tas de trucs aberrants, dans une région (au voisinage du « centre géométrique »), parce qu’on sera simplement « hors hypersurface ». Lorsque les scientifiques cherchent à savoir comment se comporte l’espace-temps quand r est inférieur au rayon de la sphère horizon, c’est comme si un garagiste voulait poser une rustine sur une chambre à air en un point situé à une distance par rapport à l’axe de la roue inférieure au rayon de la sphère de gorge.

    LVdlR : Concrètement alors, que faut-il faire??

    JPP : En tant que modèle à deux dimensions je préfère laisser tomber la chambre à air et passer à un objet qui se trouve être très voisin de cette « géométrie de Schwarzschild », qu’on obtient en faisant tourner une parabole autour d’un axe, comme ceci :

     

    Remarquez au passage que ce passage tubulaire relie deux plans.

    LVdlR : Alors, voilà nos « trous de vers » qui relient deux portions d’univers !

     

    TROU DE VER

    JPP : Sauf que ces structures géométriques ne sont pas permanentes. Ces passages s’ouvrent et se referment aussitôt, en un millième de seconde, après que l’étoile se soit débarrassée de la matière en excès, en l’inversant. Quand une étoiles à neutrons reçoit d’une étoile compagne une bouffée de matière, elle l’évacue par une « bonde » de très petite taille, parce qu’à travers cette surface la matière est « traitée » avec la densité d’une étoile à neutrons et à vitesse relativiste, au rythme d’un milliard de tonnes par milliseconde. On remarque au passage que toute cette affaire se gère sans « singularité ». C’est un problème central en physique, la question étant « le réel admet‐il des singularités » (au sens mathématique du terme). Ce modèle va dans le sens de ceux qui pensent que la réponse est non.

    LVdlR : Voyons, l’étoile à neutrons fonctionnerait comme une chasse d’eau, qui ne déborde jamais puisque l’eau excès, quand le robinet crée un nouvel apport, s’évacue par la bonde centrale.

    JPP : Oui, il arrive que votre chasse d’eau puisse fuir, mais ça n’envoie pas l’eau dans vos WC, mais dans la cuvette.

    LVdlR : Et la physique quantique, dans tout ça ?

    JPP : Pour le moment, on n’en a pas besoin dans les calculs, qui relèvent de la pure géométrie. Pas besoin non plus de supercordes, de mur de feu, de monopoles magnétiques, ni de poudre de perlinpinpin. Je ne dis pas que dans des conditions aussi extrêmes l’équation de Dirac reste sans réagir, mais pour le moment le problème se gère avec un formalisme de la géométrie des années 1920.

    LVdlR : Toute théorie doit se soumettre au verdict de l’observation. Et, dans le cas de la vôtre, quelle est-elle ?

    JPP : Je vous l’ai dit : c’est la non‐observation. N’avoir trouvé qu’une demi-douzaine de candidats trous noirs en un demi-siècle, c’est suspect. De plus les trous noirs géants sont « repus », voire « anorexiques ». Là où l’on trouve de magnifiques trous noirs, à en veux-tu en voilà, c’est dans les pages de revues de vulgarisations, sous forme de magnifiques images de synthèse, ce qui n’est qu’un des multiples symptômes du dérapage de la physique théorique dans le conditionnel et le virtuel.

    LVdlR : Simple question, est‐ce qu’on pourrait utiliser ce tour de passe‐passe pour se transporter d’un point à un autre de l’univers ?

    JPP : Si on arrive à inverser la masse d’un véhicule et de ses occupants, la distance qu’il a à couvrir est alors plus courte, et la limitation à la vitesse de la lumière plus élevée. Je pense, non seulement que tout cela est possible, mais que cette techno-science est à nos portes. Mais ceci, comme dirait Kipling, est une autre histoire.

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