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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 . . .

11 - Aude

►Jusqu'au 5 janvier 

EXPOSITION
"ESCALE EN MÉDITERRANÉE ROMAINE – LES PORTS ANTIQUES DE NARBONNE"

À travers plus de 150 objets, cette exposition met en valeur les principaux sites du système portuaire narbonnais, inscrit le port de Narbo Martius dans le réseau des ports de commerce romains de Méditerranée occidentale, et détaille ses activités et métiers. Cette exposition place le public dans un rôle d'archéologue et lui fait vivre une expérience sensorielle unique.

EPCC Narbo Via
2 avenue André Mècle
11100 Narbonne
04 68 90 28 90
https://narbovia.fr

21 - Côte d'Or

►Jusqu'au 5 janvier 

EXPOSITION 
"OCÉAN, ICI COMMENCE LA VIE"

Une exposition fascinante, captivante pour explorer, observer, découvrir, admirer, comprendre, agir… et prendre conscience de l'importance cruciale de l'océan dans l'équilibre de notre planète.

Le Jardin de l'Arquebuse
1 avenue Albert 1er & 14 rue Jehan de Marville 
21000 Dijon
03 80 48 82 00
www.ma-nature.dijon.fr

25 - Doubs

►Jusqu'au 9 mars 

EXPOSITION 
"À L'AFFÛT"

À travers son art, le photographe animalier et grand voyageur, exprime ses rêves, ses émotions et ses rencontres en captant l'instant, celui de l’animal au cœur de son environnement. 

Saline royale
Grande Rue
25610 Arc et Senans
03 81 54 45 13
www.salineroyale.com

26 - Drôme

►Jusqu'au 31 janvier 

ACTIVITE 3-11 ANS
LA FERME AUX CROCODILES

Le Père Noël est passé chez les crocos… et il est joueur ! Le Père Noël a caché 6 paquets cadeaux dans notre Réserve Tropicale. Les enfants doivent les retrouver et deviner à quel animal appartient chaque cadeau. Des indices et un plan les aideront à mener à bien cette mission !

La Ferme aux Crocodiles
395 allée de Beauplan
26700 Pierrelatte
04 75 04 47 42
www.lafermeauxcrocodiles.com

►Jusqu'au 5 janvier

ANIMATIONS GRATUITES
LA FERME AUX CROCODILES

10h30 : RDV animalier avec les oiseaux - 11h30 : RDV animalier avec les tortues géantes - 12h00 : Documentaires à l'amphithéatre - 14h00 : RDV animalier avec les iguanes - 15h00 : tout sur le crocodile - 16h00 RDV animalier avec les oiseaux. Contes du Baobab du 21 au 23 décembre. Rencontre avec la mascotte le 24 décembre.

La Ferme aux Crocodiles
395 allée de Beauplan
26700 Pierrelatte
04 75 04 47 42
www.lafermeauxcrocodiles.com

34 - Hérault

►Jusqu'au 9 mars 

EXPOSITION
"TISSER L'IMAGINAIRE"

Construite en partenariat avec le Mobilier national, l’exposition explore la notion d’Imaginaires dans l’art de la tapisserie. Récit d’aventures imaginaires transposées, illustration de contes et de fables, exploration de sentiments, de visions de l’esprit, représentations d’ailleurs imaginés ou rêvés, l’exposition montre les différentes formes que peut prendre l’imaginaire selon les artistes, les époques.

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

37 - Indre et Loire

►Jusqu'au 5 janvier

"NOEL AU PAYS DES CHÂTEAUX, CHENONCEAU, UN NOËL DE PORCELAINE"

En partenariat avec la maison Bernadaud, le Château de Chenonceau propose une visite autour de la spécialité de cette famille depuis 5 générations : la porcelaine de Limoges. Découvrez l'association de deux savoirs-faire : la porcelaine et l’art de la table d’un côté et les compositions florales de l’Atelier floral du Château de Chenonceau de l’autre.

Château de Chenonceau
37150 Chenonceaux
02 47 23 44 06
www.chenonceau.com

38 - Isère

►Jusqu'au 30 mars 

EXPOSITION
"ARCABAS, L’ÉTOFFE HAUTE EN COULEUR"

Outre les toiles de jute et l’impression sur soie que l’on retrouve dans l’église de Saint-Hugues, l’exposition présente des objets textiles conçus par Arcabas. Dans son œuvre picturale dont certains tableaux sont également présentés, les motifs des costumes, les drapés témoignent d’une recherche plastique constante.

Musée arcabas en Chartreuse
Eglise de Saint-Hugues
38380 Saint-Pierre-de-Chartreuse
04 76 88 65 01
https://musees.isere.fr

42 - Loire

►Jusqu'au 5 janvier 

EXPOSITION 
"POUPÉE N’EST PAS JOUER" 

L’exposition est consacrée aux différentes fonctions que peut prendre la poupée dans notre société quand elle n’est plus un simple jouet destiné aux enfants. Elle devient alors support de réflexion et d’analyse sur des phénomènes d’ordre historique, anthropologique, médical, social ou artistique...

Musée d’Allard
13 boulevard de la Préfecture
42600 Montbrison
04 77 96 39 15
www.facebook.com/museeallard

63 - Puy de Dôme

►Jusqu'au 23 février 

EXPOSITIONS
"DOUBLE PARADISO"

L'exposition Double Paradiso a ouvert ses portes. Du jardin des délices à la forêt du Petit chaperon rouge, embarquez pour un voyage imaginaire qui vous mènera dans l'univers captivant de Matteo CIbic, talentueux designer italien. Ses créations hybrides et humoristiques viendront ponctuer votre découverte de l'exposition présentée simultanément au musée Mandet et au Musée régional d'Auvergne.

Musée Mandet
14 rue de l’Hôtel de Ville - 63200 Riom
Musée régional d’Auvergne
10 bis rue Delille - 63200 Riom
04 73 38 18 53
www.rlv.eu/musees

67 - Bas-Rhin

►Jusqu'au 5 janvier 

EXPOSITION MUSÉE LALIQUE
"HAPPY CRISTAL"

Happy Cristal revient chaque mois de décembre pour célébrer les fêtes de fin d’année au musée Lalique. C’est l’occasion, au travers de cette exposition-évènement, de mettre en avant les créations récentes de la cristallerie et de les faire vivre dans des mises en scène qui invitent au rêve, à l’évasion.

Musée Lalique
40 rue du Hochberg
67290 Wingen-sur-Moder
03 88 89 08 14
www.musee-lalique.com

►Jusqu'au 22 février 

EXPOSITION
"CLEMENCEAU CROQUÉ PAR SEM"

Le parcours de l’exposition-focus présente les débuts artistiques de Sem, le chroniqueur de la Belle Époque. Le parcours aborde sa carrière dans la presse et sa brève collaboration avec Clemenceau en 1913. Au moment où la guerre éclate, Sem devient correspondant de guerre pour plusieurs journaux et profite de cette période pour peaufiner l’imagerie clemenciste.

Musée Clemenceau
8 rue Benjamin Franklin
75116 Paris
01 45 20 53 41
https://musee-clemenceau.fr

►Jusqu'au 11 mai 

EMPREINTE CARBONE, L'EXPO !

Conçue pour un public familial et articulée en trois parties, Empreinte carbone, l’expo ! vise à déconstruire les présupposés et les idées reçues sur notre empreinte carbone, à en examiner les mécanismes et à proposer aux visiteurs un espace de réflexion sur les actions à mener face au défi du changement climatique. 

Musée des Arts et Métiers
60 rue Réaumur
75003 Paris
01 53 01 82 63
www.arts-et-metiers.net

77 - Seine et Marne

►Jusqu'au 5 janvier

"LE GRAND NOEL"
VAUX-LE-VICOMTE

Vaux-le-Vicomte vous invite à plonger dans l’univers des contes pour sa nouvelle édition du Grand Noël. Entre décors somptueux, feux de cheminée et projections monumentales, laissez-vous émerveiller. 
Une expérience magique pour toute la famille en compagnie de Casse-Noisette, Blanche Neige ou encore Alice au Pays des Merveilles. 

Château de Vaux-le-Vicomte
77950 Maincy
https://vaux-le-vicomte.com

84 - Vaucluse

►Les 23 é 24 janvier

CONTES AUTOUR DU MONDE
"À VOL D'OISEAU"

Cette lecture ornithologique nous entraîne entre orient et occident, imaginaire et réel, air et terre, au gré de contes et de chants d’oiseaux. Elle mêle les patrimoines de tradition orale et de la nature à celui du musée d’arts décoratifs et refuge de la Ligue pour la Protection des Oiseaux.

Musée Louis Vouland
17 rue Victor Hugo
84000 Avignon
04 90 86 03 79
www.vouland.com

►Jusqu'au 30 avril 

EXPOSITION 
"LES LIEUX IMAGINAIRES" 

A travers le travail de quelques artistes et architectes, nous nous interrogerons sur les façons et les lieux où nous vivrons dans l’avenir. Entre vénération du présent, visions futuristes et perspectives révolutionnaires offertes par l’intelligence artificielle, il s'agira de scénarios pour les nouvelles générations, fondés sur une profonde compréhension du passé.  

Château de Lourmarin
2 avenue Laurent Vibert
84160 Lourmarin
04 90 68 15 23
www.chateaudelourmarin.com

Lieux:
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