Au commencement de tout, et au centre de chaque trou noir, réside une singularité : un point d’infinie densité. Explorer ces énigmes revient à pousser nos connaissances de l’espace, du temps, de la gravité et de la mécanique quantique jusqu’à leurs limites, là où elles s’effondrent. Il n’existe peut-être rien dans l’univers qui défie davantage notre imagination. Les physiciens persistent à croire qu’une explication cohérente de ce qui se passe réellement dans et autour des singularités pourrait engendrer une révélation, une compréhension nouvelle de la composition de l’espace-temps.

À la fin des années 1960, certains physiciens ont émis l’hypothèse que les singularités pourraient être entourées d’une région de chaos tourbillonnant, où l’espace et le temps croissent et diminuent de manière aléatoire. Charles Misner, de l’Université du Maryland, l’a baptisé « Univers Mixmaster », du nom d’une gamme d’appareils de cuisine populaire à l’époque. Kip Thorne, prix Nobel de physique, a écrit plus tard qu’un astronaute tombant dans un trou noir verrait ses membres mélangés comme le jaune et le blanc d’un œuf dans un batteur.

La théorie de la relativité générale d’Einstein, utilisée pour décrire la gravité des trous noirs, repose sur une seule équation de champ pour expliquer la courbure de l’espace et le mouvement de la matière. Cependant, cette équation utilise une abréviation mathématique appelée tenseur – un objet mathématique généralisant les scalaires, vecteurs, et matrices – pour masquer 16 équations distinctes et imbriquées. Plusieurs scientifiques, dont Misner, ont élaboré des hypothèses simplificatrices utiles pour explorer des scénarios comme l’univers Mixmaster. Sans ces hypothèses, l’équation d’Einstein ne pouvait être résolue analytiquement, et même avec elles, elle était trop complexe pour les simulations numériques de l’époque. À l’instar de l’appareil dont elles tirent leur nom, ces idées sont tombées en désuétude.

« Ces dynamiques sont censées être un phénomène très général en gravité », a déclaré Gerben Oling, chercheur postdoctoral à l’Université d’Édimbourg. « Mais c’est quelque chose qui est tombé de la carte. » Ces dernières années, les physiciens ont revisité le chaos entourant les singularités avec de nouveaux outils mathématiques. Leurs objectifs sont doubles. L’un est de démontrer que les approximations faites par Misner et d’autres sont des approximations valides de la gravité einsteinienne. L’autre est de se rapprocher des singularités dans l’espoir que leurs extrêmes aident à concilier la relativité générale avec la mécanique quantique dans une théorie de la gravité quantique, un objectif des physiciens depuis plus d’un siècle. Comme l’a dit Sean Hartnoll de l’Université de Cambridge, « Le moment est venu de développer pleinement ces idées. »

Thorne a décrit la fin des années 60 comme un « âge d’or » pour la recherche sur les trous noirs. Le terme « trou noir » venait tout juste d’entrer dans un usage courant. En septembre 1969, lors d’une visite à Moscou, Thorne a reçu un manuscrit d’Evgeny Lifshitz, un éminent physicien ukrainien. Avec Vladimir Belinski et Isaak Khalatnikov, Lifschitz avait trouvé une nouvelle solution aux équations de la gravité d’Einstein près d’une singularité, en utilisant des hypothèses qu’ils avaient élaborées. Lifshitz craignait que les censeurs soviétiques ne retardent la publication du résultat, car il contredisait une preuve antérieure qu’il avait co-écrite. Il a donc demandé à Thorne de la partager en Occident.

Les modèles de trous noirs antérieurs supposaient des symétries parfaites que l’on ne trouve pas dans la nature, postulant, par exemple, qu’une étoile était une sphère parfaite avant de s’effondrer en un trou noir, ou qu’elle n’avait aucune charge électrique nette. (Ces hypothèses ont permis à Karl Schwarzschild de résoudre les équations d’Einstein, sous leur forme la plus simple, peu après leur publication par Einstein.) La solution que Belinski, Khalatnikov et Lifschitz ont trouvée, qui a été appelée solution BKL d’après leurs initiales, décrivait ce qui pourrait se passer dans une situation désordonnée et plus réaliste où les trous noirs se forment à partir d’objets de forme irrégulière. Le résultat n’était pas un étirement harmonieux de l’espace-temps à l’intérieur, mais une mer ondulante d’espace et de temps qui s’étirait et se comprimait dans plusieurs directions.

Thorne a introduit clandestinement le document aux États-Unis et en a envoyé une copie à Misner, dont il savait qu’il pensait dans la même direction. Il s’est avéré que Misner et le groupe soviétique étaient arrivés indépendamment aux mêmes idées en utilisant des hypothèses similaires et des techniques différentes. De plus, le groupe BKL « l’a utilisé pour résoudre le plus grand problème non résolu de cette époque en relativité mathématique », a déclaré Thorne, concernant l’existence de ce que l’on appelle une singularité « générique ». Belinski, le dernier membre survivant du trio BKL, a récemment déclaré dans un courriel que les descriptions vives de Misner l’avaient à leur tour aidé à visualiser la situation chaotique près des singularités qu’ils avaient tous les deux révélées.

Cet article a été fait a partir de ces articles:

https://www.wired.com/story/new-maps-of-the-bizarre-chaotic-space-time-inside-black-holes/, https://www.wired.com/story/people-would-die-as-summer-approaches-trump-is-jeopardizing-funding-for-ac/, https://www.wired.com/story/scientists-think-theyve-found-the-brain-region-that-regulates-conscious-perception/, https://www.wired.com/story/fema-isnt-ready-for-disaster-season-workers-say-hurricanes-fires-floods/, https://www.wired.com/story/cdc-job-cuts-niosh-human-samples/