Par Carlo Rovelli

Il y a quelque chose de paradoxal dans ce que nous savons des trous noirs. Ils sont maintenant devenus des objets « normaux » pour les astronomes. Les astronomes les observent, les comptent et les mesurent. Ils se comportent exactement comme la théorie d’Einstein l’avait prédit il y a un siècle, alors que personne ne rêvait que de tels objets particuliers pouvaient réellement exister. Donc, ils sont sous contrôle. Et pourtant, ils restent tout à fait mystérieux.

D’une part, nous avons une belle théorie, la relativité générale, confirmée de manière spectaculaire par des observations astronomiques, qui explique parfaitement ce que les astronomes voient: ces monstres qui avalent des étoiles tournent en tourbillons et produisent des rayons immensément puissants et d’autres diableries. L’univers est surprenant, bigarré, plein de choses dont nous n’avions jamais prévu ou imaginé l’existence, mais compréhensibles. D’un autre côté, il reste une petite question du genre dans laquelle les enfants se spécialisent lorsque les adultes sont trop enthousiastes: « Mais où va tout le matériel que nous voyons tomber dans un trou noir? »

Et c’est là que les choses deviennent difficiles. La théorie d’Einstein fournit une description mathématique précise et élégante même de l’intérieur des trous noirs: il indique le chemin que le matériau tombant dans un trou noir doit suivre. La matière tombe de plus en plus vite jusqu’à ce qu’elle atteigne le point central. Et puis then les équations d’Einstein perdent toute signification. Ils ne nous disent plus rien. Ils semblent fondre comme neige au soleil. Les variables deviennent infinies et rien n’a de sens. Ouch.

Qu’arrive-t-il à la matière qui tombe au centre du trou ? On ne sait pas.

À travers nos télescopes, nous le voyons tomber, et nous suivons mentalement sa trajectoire jusqu’à ce qu’il atteigne presque le centre, puis nous n’avons aucune connaissance de ce qui se passe ensuite. Nous savons en quoi consistent les trous noirs, tant à l’extérieur qu’à l’intérieur, mais il manque un détail crucial : le centre. Mais ce n’est pas un détail insignifiant, car tout ce qui tombe (et dans les trous noirs que nous observons dans le ciel, les choses continuent de tomber) finit au centre. Le ciel est plein de trous noirs dans lesquels nous pouvons voir des choses disparaître but mais nous ne savons pas ce qu’elles deviennent.

Les chemins empruntés pour explorer les réponses à cette question ont jusqu’à présent été dangereux. Peut-être, par exemple, la matière émerge-t-elle dans un autre univers ? Peut-être même notre propre univers a-t-il commencé de cette façon, émergeant bien qu’un trou noir se soit ouvert dans un trou précédent? Peut-être qu’au centre d’un trou noir tout se fond dans un nuage de probabilité où l’espace-temps et la matière ne signifient plus rien ? Ou peut-être que les trous noirs irradient la chaleur parce que la matière qui y pénètre se transforme mystérieusement, au fil de millions d’années, en chaleur.

 » Qu’advient-il de la matière qui tombe au centre du trou ? Nous ne savons pas « 

Dans le groupe de recherche avec lequel je travaille à Marseille, avec des collègues de Grenoble et de Nimègue aux Pays-Bas, nous explorons une possibilité qui nous semble à la fois plus simple et plus plausible : la matière ralentit et s’arrête avant d’atteindre le centre. Lorsqu’il est le plus extrêmement concentré, une pression énorme se développe qui empêche son effondrement final. Ceci est similaire à la « pression” qui empêche les électrons de tomber dans les atomes: c’est un phénomène quantique. La matière cesse de tomber et forme une sorte d’étoile extrêmement petite et extrêmement dense: une « étoile de Planck ». Ensuite, il se passe quelque chose qui a toujours de l’importance dans de tels cas: il rebondit.

Il rebondit comme une balle tombée sur le sol. Comme la balle, elle rebondit le long de la trajectoire de la chute, en sens inverse temporel, et de cette manière le trou noir se transforme (par  » effet tunnel”, comme on dit dans le jargon) en son contraire : un trou blanc.

Un trou blanc ? Qu’est-ce qu’un trou blanc ? C’est une autre solution aux équations d’Einstein (comme le sont les trous noirs) à propos de laquelle mon manuel universitaire dit qu' »il n’y a rien de tel dans le monde réel” is C’est une région de l’espace dans laquelle rien ne peut entrer, mais d’où les choses émergent. C’est l’inversion temporelle d’un trou noir. Un trou qui explose.

Mais alors pourquoi voyons-nous de la matière tomber dans des trous noirs mais ne la voyons pas immédiatement rebondir? La réponse – et c’est le point crucial de ce à quoi nous avons affaire – réside dans la relativité du temps. Le temps ne passe pas partout à la même vitesse. Tous les phénomènes physiques sont plus lents au niveau de la mer qu’en montagne. Le temps ralentit si je suis plus bas, là où la gravité est la plus intense. À l’intérieur des trous noirs, la force de gravité est extrêmement forte, ce qui entraîne un ralentissement brutal du temps. Le rebond de la matière qui tombe se produit rapidement si quelqu’un est vu à proximité, si nous pouvons imaginer quelqu’un s’aventurer dans un trou noir pour voir ce que c’est à l’intérieur. Mais vu de l’extérieur, tout semble être ralenti. Énormément ralenti. Nous voyons les choses disparaître et disparaître de la vue pendant une période extrêmement longue. Vu de l’extérieur, tout semble figé pendant des millions d’années – exactement comment nous percevons les trous noirs que nous pouvons voir dans le ciel.

Mais un temps extrêmement long n’est pas un temps infini, et, si nous attendions assez longtemps, nous verrions l’affaire sortir. Un trou noir n’est finalement peut–être rien de plus qu’une étoile qui s’effondre puis rebondit – au ralenti extrême lorsqu’elle est vue de l’extérieur.

Ceci n’est pas possible dans la théorie d’Einstein, mais alors la théorie d’Einstein ne prend pas en compte les effets quantiques. La mécanique quantique permet à la matière de s’échapper de son piège obscur.

Après combien de temps? Après un temps très court pour la matière tombée dans le trou noir, mais après un temps extrêmement long pour ceux d’entre nous qui l’observent de l’extérieur.

Voici donc toute l’histoire : lorsqu’une étoile comme le soleil, ou un peu plus grosse, cesse de brûler parce qu’elle a consommé tout son hydrogène, la chaleur ne génère plus assez de pression pour contrebalancer son poids. L’étoile s’effondre sur elle-même, et si elle est suffisamment lourde, elle produit un trou noir et y tombe. Une étoile des dimensions du soleil, c’est-à-dire des milliers de fois plus grande que la Terre, générerait un trou noir d’un kilomètre et demi de diamètre.

Imaginez: l’ensemble du soleil contenu dans le volume d’un contrefort. Ce sont les trous noirs que nous pouvons observer dans le ciel. La matière de l’étoile continue sa course à l’intérieur, allant toujours plus loin jusqu’à atteindre le niveau monstrueux de compression qui la fait rebondir. Toute la masse de l’étoile est concentrée dans l’espace d’une molécule. Ici, la force quantique répulsive entre en jeu, et l’étoile rebondit immédiatement et commence à exploser. Pour l’étoile, seuls quelques centièmes de seconde se sont écoulés. Mais la dilatation du temps causée par l’énorme champ gravitationnel est si forte que lorsque la matière commence à réapparaître, dans le reste de l’univers, des dizaines de milliards d’années se sont écoulées.

Est-ce vraiment le cas ? Je ne sais pas avec certitude. Je pense que ça pourrait bien l’être. Les alternatives me semblent moins plausibles. Mais je pourrais me tromper. Essayer de le comprendre, encore, est une telle joie.

Dans un autre extrait, « Copernic et Bologne”, Rovelli écrit sur la valeur d’une formation universitaire

‘ai aussi trouvé autre chose à Bologne, lorsque j’y ai étudié dans les années soixante-dix: une rencontre avec cet esprit de ma génération, une génération qui voulait tout changer, qui rêvait d’inventer de nouvelles façons de penser, de vivre ensemble et d’aimer. L’université a été occupée pendant plusieurs mois par des étudiants politiquement engagés. Je me suis impliqué avec les amis de Radio Alice, la radio indépendante qui était devenue la voix de la révolte étudiante.

Dans les maisons que nous partagions, nous avons nourri le rêve adolescent de repartir de zéro, de refaire le monde à partir de zéro, de le remodeler en quelque chose de différent et de plus juste. Un rêve assez naïf, sans doute, toujours destiné à rencontrer l’inertie du quotidien; toujours susceptible de subir une grande déception. Mais c’était le même rêve que Copernic avait rencontré en Italie au début de la Renaissance. Le rêve non seulement de Léonard et d’Einstein, mais aussi de Robespierre, Gandhi et Washington: des rêves absolus qui nous catapultent souvent contre un mur, qui sont souvent mal dirigés – mais sans lesquels nous n’aurions rien de ce qui est le mieux dans notre monde d’aujourd’hui.

 » Un trou noir n’est peut-être rien de plus qu’une étoile qui s’effondre et rebondit au ralenti extrême ”

Que peut nous offrir l’université maintenant ? Il peut offrir les mêmes richesses que Copernic: la connaissance accumulée du passé, ainsi que l’idée libératrice que la connaissance peut être transformée et devenir transformatrice.

C’est, je crois, la véritable signification d’une université. C’est la maison du trésor dans laquelle la connaissance humaine est dévouée, elle fournit le sang vital dont dépend tout ce que nous savons dans le monde et tout ce que nous voulons faire. Mais c’est aussi le lieu où les rêves sont nourris: où nous avons le courage juvénile de remettre en question cette connaissance même, pour aller de l’avant, pour changer le monde.

Ces extraits sont tirés du livre There Are Places In The World Where Rules Are Less Important Than Kindness, publié par Allen Lane le 5 novembre au Royaume-Uni. Une critique suit au verso

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