La science d’Interstellar – 1 – Les trous de ver

Ce dossier se compose d’une série d’articles  autour du livre de Kip Thorne, The Science of Interstellar, qui explique le travail de l’astrophysicien sur le film de Christopher Nolan, Interstellar.

1 – Les trous de ver
2 – Le trou noir, Gargantua
3 – Le tesseract
4 – Eux, les êtres du bulk
5 – Le cylindre O’Neill

Aujourd’hui, les trous de ver.

Cooper et son équipe utilisent un trou de ver placé par près de Saturne par « Eux » pour voyager d’un point de l’univers à un autre.

C’est quoi ?

Le meilleur moyen de comprendre ce qu’est un trou de ver, c’est d’imaginer une pomme. La surface de la pomme est notre univers. Pour passer d’un point de cette surface à un autre, un ver a deux solutions : ou bien il parcourt la surface de la pomme, ou bien il la traverse de part en part, de l’intérieur.

Dans ce dernier cas, c’est un raccourci. C’est cette analogie, imaginée par l’astrophysicien John Wheeler, qui a donné son nom aux trous de ver.

Techniquement, un trou de ver est un passage entre, d’un côté, un trou noir qui aspire toute la matière, et de l’autre côté, un trou blanc qui la rejette. Un peu comme le transit intestinal : simple, c’est-ce-pas !

A la différence des trous noirs dont les effets sont observables, les trous de ver ne sont que des objets hypothétiques, dont l’existence n’a jamais été démontrée. Ils ne sont qu’une solution possible aux équations de la relativité générale d’Einstein. La frontière entre l’astrophysique et la métaphysique est parfois ténue : les trous de ver font partie de ces objets stellaires fascinants, terreau inestimable pour la science-fiction, qui divisent la communauté scientifique. Dès lors que la science ne peut plus prouver par l’observation que quelque chose est avéré, parle-t-on encore de science ? Oui, mais alors nous sommes dans le domaine de la spéculation.

Interstellar n’est évidemment pas la première œuvre culturelle à évoquer les trous de ver. Contact, le film tiré du roman de Carl Sagan, sorti en 1997, faisait voyager Jodie Foster à travers un trou de ver[i]. Kip Thorne, conseiller du film Interstellat, avait déjà travaillé avec Sagan pour son roman, lui indiquant que l’héroïne ne pouvait pas voyager à travers un trou noir comme dans le manuscrit original puisqu’elle serait tuée par la singularité ; elle devait au contraire utiliser un trou de ver. Eurêka !

Les héros de la série Sliders les utilisent pour passer d’une dimension parallèle à une autre[ii], de même que ceux de Stargate ou Fringe[iii].

Ceci étant dit, revenons sur la découverte – terme délicat puisque rien n’a concrètement été découvert – des trous de ver.

En 1916, un an seulement après la publication des travaux d’Einstein sur la relativité générale, le physicien autrichien Ludwig Flamm découvre qu’une solution à une équation d’Einstein décrit un trou de ver qui relierait un point de l’espace-temps à un autre. Cette découverte fit peu de bruit, et il fallut attendre 1935 pour qu’Einstein et Nathan Rosen découvrent à leur tour, sans avoir eu connaissance des travaux de Flamm, ce qui fut appelé « le pont d’Einstein-Rosen[iv]. »

Dans les années 60, John Wheeler, qui donna donc leur nom aux trous de ver, découvrit avec son étudiant Robert Fuller que ceux-ci ne sont pas statiques dans le temps comme on le pensait alors, mais au contraire qu’ils naissent, grandissent, se contractent et disparaissent.

La représentation d’Interstellar

Dans le film de Nolan, le trou de ver est représenté par une immense sphère, une bulle. Représenté dans un espace à deux dimensions, le trou de ver est un simple cercle. Dans un espace à trois dimensions, comme notre Univers, c’est une sphère sur laquelle est projetée l’image déformée de l’univers de l’autre côté.

Le travail de Kip Thorne

Thorne est très pessimiste au sujet des trous de ver « naturels » c’est-à-dire ceux qui ne sont pas créés artificiellement par une intelligence supérieure. Si ceux-ci existent, alors ils ne concernent qu’une échelle extrêmement réduite, de l’ordre quantique. La taille d’un trou de ver serait d’environ 0.000000000000000000000000000000001 centimètre.

L’espoir le plus sérieux de Thorne réside dans la technologie d’une civilisation bien plus avancée que la nôtre, et qui serait capable d’étirer ces minuscules trous de ver quantiques à une taille suffisante pour permettre à un vaisseau d’y entrer. La procédure est évidemment inconnue.

Thorne le dit lui-même,

Terra extrêmement incongnita […] Le trou de ver d’Interstellar a été mis en place une civilisation ultra-avancée, sans doute celle qui vit dans le bulk. […] Nous avons supposé que les trous de ver sont autorisés par les lois de la physique. Nous avons supposé que les constructeurs de ce trou de ver disposaient de toute la matière exotique nécessaire pour le tenir ouvert. Et qu’ils peuvent déformer l’espace et le temps de la manière qu’ils le souhaitent, dedans et autour du trou de ver.

Thorne fournit au studio responsable des effets visuels, Double Negative[v], plusieurs paramètres qui allaient affecter la représentation du trou de ver qui, qui, en définitive, pense Thorne, est l’une des plus belles scènes du film, avec les magnifiques nébuleuses et étoiles réfléchies par le trou de ver.

Comment le professeur Brand découvrit le trou de ver

Le livre The Science of Interstellar a ceci d’intéressant qu’il vient éclairer et préciser certains points du scénario. Dans le cas de la découverte du trou de ver, comme le précise bien Thorne, il s’agit là d’une extrapolation purement personnelle.

Le professeur Brand, plusieurs décennies avant le début du film, fut le directeur d’un projet appelé LIGO (The Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory), chargé de détecter les ondulations du tissu de l’espace arrivant depuis les confins de l’univers jusqu’à la terre. Ces ondulations, des ondes gravitationnelles, peuvent être causées, entre autres, par la collision entre deux trous noirs, ou lorsque l’univers s’est formé suite au Big Bang.

En 2019, LIGO reçut l’onde gravitationnelle d’une étoile à neutrons orbitant autour d’un trou noir. En analysant ces données, le professeur Brand découvre avec stupéfaction que leur source est située près de Saturne ! Une étoile à neutrons et un trou noir près de Saturne ? Impossible ! La seule explication raisonnable était qu’un trou de ver orbitait autour de Saturne, et que ces ondes gravitationnelles voyageaient à l’intérieur.

Pour ne pas complexifier encore plus un film qui abordait déjà de nombreuses théories scientifiques inconnues du grand-public, cette histoire ne fut pas retenue par Nolan dans son scénario, au grand regret de Thorne.

A noter que le projet LIGO existe réellement[vi], qu’il a été cofondé par Thorne en 1983, et qu’il devrait normalement détecter ses premières ondes gravitationnelles d’ici la fin de la décennie.

[i] https://www.youtube.com/watch?v=scBY3cVyeyA
[ii] https://www.youtube.com/watch?v=ccoMSNhj-cM
[iii] https://www.youtube.com/watch?v=5IbjHdtXxCk
[iv] http://www.futura-sciences.com/magazines/matiere/infos/dossiers/d/physique-singularites-trou-ver-voyage-spatiotemporel-614/page/4/
[v]  http://www.dneg.com/
[vi]  http://www.ligo.caltech.edu/