Si vous pensiez que les trous noirs ordinaires étaient aussi étranges et mystérieux que l’espace puisse l’être, détrompez-vous. En effet, pour la première fois, des physiciens ont réussi à simuler ce qui arriverait aux trous noirs dans un monde à cinq dimensions, et la façon dont ils se comportent pourrait menacer notre compréhension fondamentale du fonctionnement de l’Univers.
La simulation a suggéré que si notre Univers est composé de cinq dimensions ou plus – ce que les scientifiques ont eu du mal à confirmer ou à réfuter – la théorie générale de la relativité d’Einstein, fondement de la physique moderne, serait erronée. En d’autres termes, les trous noirs à cinq dimensions contiendraient une gravité si intense que les lois de la physique telles que nous les connaissons s’effondreraient.
Il y a beaucoup de choses à comprendre ici, alors commençons par les trous noirs eux-mêmes. Dans un univers à cinq dimensions, les physiciens ont émis l’hypothèse que les trous noirs ressemblent davantage à des anneaux très fins qu’à des trous. Au cours de leur évolution, ils peuvent donner naissance à une série de “renflements” qui deviennent de plus en plus fins au fil du temps et finissent par se détacher pour former de mini trous noirs ailleurs.
Ces trous noirs en forme d’anneau (ou “anneaux noirs”) ont été proposés pour la première fois en 2002, mais jusqu’à présent, personne n’avait réussi à simuler leur évolution. Cela a été rendu possible grâce au superordinateur COSMOS de l’université de Cambridge, au Royaume-Uni – le plus grand ordinateur à mémoire partagée d’Europe, capable d’effectuer 38,6 billions de calculs par seconde.
Le problème des trous noirs à cinq dimensions est qu’on pense qu’ils sont constitués d'”anneaux d’ultragravité”, où la gravité est si intense qu’elle donne lieu à un état où la relativité générale ne s’applique plus. singularité nue. La singularité nue est un événement si étrange que personne ne sait vraiment ce qui se produirait, si ce n’est que les lois de la relativité générale ne s’appliqueraient plus
La théorie générale de la relativité d’Einstein est basée sur la façon dont nous pensons que la gravité régit le comportement de l’Univers. Nous savons que la matière dans l’Univers déforme le tissu environnant de l’espace-temps, et cet effet de déformation est ce que nous appelons la gravité. Depuis qu’elle a été proposée pour la première fois il y a 100 ans, la relativité générale a passé tous les tests – tout ce que nous observons dans l’Univers suit ses stipulations, mais la singularité peut poser quelques problèmes.
Dans un univers à quatre dimensions (où la quatrième dimension est le temps), on pense que la singularité est le point d’un trou noir où la gravité est la plus intense – le centre – et qui est entouré par l’horizon des événements au bord du trou noir.
tant que les singularités restent cachées derrière un horizon des événements, elles ne causent pas de problèmes et la relativité générale se maintient – la “conjecture de la censure cosmique” dit que c’est toujours le cas”, explique le physicien théoricien Markus Kunesch de l’université de Cambridge. “Tant que la conjecture de censure cosmique est valable, nous pouvons prédire sans risque l’avenir en dehors des trous noirs”
Mais que faire si la singularité pouvait exister en dehors de l’horizon des événements d’un trou noir ? Les physiciens ont émis l’hypothèse que dans cinq dimensions ou plus, si un objet qui s’est effondré à une densité infinie – la singularité – n’est pas lié par un horizon des événements, il devient une singularité nue, et les choses deviendraient tellement folles dans et autour de cet objet, que nous devrions complètement repenser notre compréhension du fonctionnement de la physique. Tout ça me rend vraiment nerveux.
“Si les singularités nues existent, la relativité générale s’effondre”, a déclaré l’un des membres de l’équipe, Saran Tunyasuvunakool. “Et si la relativité générale s’effondre, cela mettrait tout sens dessus dessous, car elle n’aurait plus aucun pouvoir prédictif – elle ne pourrait plus être considérée comme une théorie autonome pour expliquer l’Univers.”
Si notre Univers n’a que quatre dimensions, tout est cool, et les trous noirs en forme d’anneau et la singularité nue n’existent pas. Mais les physiciens ont proposé que notre Univers puisse comporter jusqu’à 11 dimensions. Le problème est que, l’homme ne pouvant en percevoir que trois, la seule façon de confirmer l’existence d’autres dimensions est de réaliser des expériences à haute énergie, comme le grand collisionneur de hadrons.
Kunesch et son équipe affirment qu’ils ont presque atteint les limites de ce que leur superordinateur peut simuler, mais ils aimeraient découvrir ce qui, dans les univers à quatre dimensions, rend la singularité nue impossible et la relativité générale correcte. “Si la censure cosmique ne tient pas dans les dimensions supérieures, nous devons peut-être chercher ce qu’il y a de si spécial dans un univers quadridimensionnel pour qu’elle tienne”, déclare Tunyasuvunakool.
L’étude a été publiée dans Physical Review Letters. Pour en savoir plus sur ces 11 dimensions, voici le physicien théoricien Michio Kaku :