Pour citer la réponse d’un astrophysicien à la question d’un jeune étudiant, un trou de ver est « comme un tunnel entre deux points éloignés de notre univers qui raccourcit le temps de déplacement entre ces deux points ». S’ils existaient, ils pourraient ressembler à une machine à voyager dans le temps ou, si vous êtes scientifique, permettre de répondre à certaines des questions les plus ardues sur la véritable nature de notre cosmos. Mais en réalité, les scientifiques n’ont pas encore trouvé de véritables trous de ver — à supposer qu’ils en soient encore à la recherche.
Ici, sur Giz, nous aimons faire revivre le retour des théories Y2K dans le domaine de la physique théorique. Comme lors d’un Giz Asks précédent consacré à la théorie des cordes, une évidence « vieille affaire » dans la culture populaire ne signifie pas nécessairement que les chercheurs aient abandonné l’idée. Certes, tout n’est peut-être pas aussi spectaculaire que ce qu’on voit dans les vieux documentaires et les romans de science-fiction — mais le progrès prend des formes diverses.
Pour ce Giz Asks, nous avons demandé à des scientifiques si l’enquête sur les trous de ver pouvait conduire à une impasse scientifique. Autrement dit, peu importe ce que l’on pense de l’existence des trous de ver, disposons-nous désormais des moyens pour explorer pleinement ce concept ? Quel type d’avancées théoriques ou expérimentales nous serait nécessaire pour surmonter ces obstacles ?
Ou bien la recherche s’est-elle éparpillée vers des domaines connexes mais distincts, comme la gravité quantique ? Et peut-être que l’expression « impasse » est une manière injuste de décrire un champ qui, autrement, prospère. Si tel est le cas, quelles sont quelques évolutions notables à surveiller ?
Les réponses qui suivent ont été légerement révisées et condensées pour plus de clarté.
Enrique Gaztañaga
Cosmologiste à l’Université de Portsmouth, Royaume‑Uni.
Je ne pense pas que les trous de ver constituent une impasse scientifique. Ce qui a changé, c’est ce que nous espérons pouvoir faire avec eux. L’image populaire présente le trou de ver comme un tunnel à travers l’espace-temps par lequel quelqu’un pourrait voyager un jour. Cette perspective se heurte à des difficultés redoutables. Le pont d’Einstein–Rosen associé à un trou noir n’est pas traversable, et maintenir ouvert un trou de ver macroscopique exige généralement des formes de stress‑énergie extrêmement inhabituelles. Nous ne disposons pas non plus d’éléments observationnels indiquant l’existence de tels objets. Cependant, du point de vue de la physique fondamentale, les trous de ver sont peut‑être devenus plus intéressants plutôt que moins. Leur rôle s’est déplacé des systèmes de transport spéculatifs vers des questions liées à la gravité quantique, aux horizons, à l’intrication et à l’information. L’un des développements les plus saisissants est l’idée souvent résumée par ER=EPR : le pont Einstein–Rosen reliant deux régions d’un trou noir pourrait être étroitement lié à l’intrication quantique entre elles. Peu importe que cette identification soit finalement fondamentalement correcte ou non, elle transforme la question. Un trou de ver ne serait peut-être pas d’abord quelque chose qui permet à la matière de voyager d’un endroit à un autre. Il pourrait plutôt révéler comment des régions apparemment distinctes de l’espace-temps appartiennent à un seul état quantique. Cette possibilité revêt une importance particulière pour le problème de l’information des trous noirs. La relativité générale classique segmente l’espace-temps en régions séparées par des horizons, alors que la mécanique quantique exige que l’évolution globale demeure unitaire. Les trous de ver et les ponts d’Einstein–Rosen fournissent un langage géométrique dans lequel l’information qui paraît inaccessible depuis une région semi-classique peut toutefois appartenir à une description quantique globale. Je dirais donc que la recherche sur les trous de ver n’a pas vraiment été bloquée; elle a plutôt migré. Si la question est: « Sommes-nous plus près que jamais de construire un tunnel vers une autre galaxie ? », probablement non. Si la question est: « Les trous de ver nous aident-ils à comprendre comment l’espace-temps, l’information quantique et la gravité s’emboîtent ? », alors ils restent très vivants. Mon intérêt personnel est étroitement lié à cette seconde interprétation. J’explore s’il est possible qu’une description quantique complète des trous noirs et des rebonds cosmologiques nécessite des secteurs d’espace-temps complémentaires qui peuvent sembler déconnectés depuis la perspective d’un observateur classique mais qui appartiennent à un seul état quantique global. Dans cette optique, l’importance durable du pont Einstein–Rosen peut être moins celle d’un passage à travers l’espace qu’un indice indiquant que notre portrait classique ne rend compte que d’une partie de la géométrie globale. « Je ne pense pas que les trous de ver soient une impasse scientifique. Ce qui a changé, c’est ce pour quoi nous espérons qu’ils puissent être utiles. » Fait intrigant, cette idée pourrait même avoir une connexion observationnelle. Les plus grandes échelles du Fond diffus cosmologique présentent une préférence mesurable entre parités paire et impaire. Dans mon travail, j’explore si cette asymétrie de parité pourrait être un fossile d’un état quantique PT‑symétrique plus fondamental, dans lequel des orientations spatiales et temporelles opposées appartiennent à une même description complète, mais l’univers classique que nous observons correspond à une seule branche. Si cette interprétation est correcte, le CMB pourrait déjà contenir une trace observationnelle du type de complétion quantique que les trous de ver et les ponts d’Einstein–Rosen nous invitent à envisager. Dans ce sens, les trous de ver pourraient s’avérer ne pas être des routes à travers l’espace-temps, mais plutôt des indications sur quelque chose de plus fondamental sur la nature même de l’espace-temps.
Juan Maldacena
Physicien théoricien à l’Institut des Études Avancées et premier lauréat du Breakthrough Prize en Physique Fondamentale.
Les trous de ver qui permettraient de voyager plus vite que la lumière dans l’espace ambiant ne sont pas autorisés par les principes fondamentaux de la relativité générale et de la mécanique quantique. Ils sont donc peu susceptibles d’exister. Il existe toutefois une grande variété d’autres trous de ver qui mènent à des effets physiques très intéressants ou qui se révèlent utiles pour certains calculs. Certains de ces trous de ver sont étroitement liés à l’intrication quantique.
Ali Övgün
Physicien théoricien à l’Université Méditerranéenne Orientale, en Turquie du Nord.
Ma réponse est non : je ne considère pas les trous de ver comme une impasse scientifique. Ils demeurent une question ouverte sur ce que permet la gravité et un outil précieux pour explorer la relation entre l’espace-temps et la physique quantique. Cependant, nous devons faire la distinction entre leur valeur théorique et les preuves de leur existence. À l’heure actuelle, aucune observation astrophysique confirmée d’un trou de ver n’est à signaler. L’obstacle majeur est la cohérence physique. Écrire des équations décrivant un trou de ver ne suffit pas à démontrer comment la nature pourrait en former un, le soutenir, ou le maintenir stable lorsque la matière s’y propage. Dans la relativité générale ordinaire, les trous de ver traversables exigent des conditions énergétiques inhabituelles près de leur gorge. Les champs quantiques peuvent présenter une énergie négative, mais cela s’accompagne de restrictions. Ford et Roman ont montré que les bornes d’énergie quantique limitent sévèrement nombre de géométries de trous de ver proposés. Ce sont des obstacles non négligeables, même s’ils ne constituent pas une preuve universelle que chaque trou de ver serait interdit. La recherche a aussi tissé des liens forts avec la gravité quantique et l’information quantique. Par exemple, Gao, Jafferis et Wall ont démontré que des effets quantiques peuvent rendre un trou de ver traversable dans un cadre gravitationnel particulier, via une interaction entre ses frontières. Maldacena, Milekhin et Popov ont ensuite construit un modèle en quatre dimensions soutenu par des effets quantiques. Ces résultats montrent des possibilités sous certaines hypothèses; ils ne constituent pas une recette pratique pour fabriquer un trou de ver. L’expérience de 2022 sur des processeurs quantiques illustre une autre orientation. Des chercheurs ont étudié la dynamique de l’information quantique interprétée à travers une description de trou de ver. Ils n’ont pas créé de tunnel physique à travers notre espace-temps. De telles expériences offrent une voie pour explorer certains aspects de la liaison proposée entre gravité et intrication, avec des limites importantes découlant de la petitesse des systèmes impliqués. « Des observations plus précises et des expériences quantiques plus vastes peuvent aider, mais le travail théorique est tout aussi nécessaire. Même fixer des limites fermes sur les trous de ver qui peuvent exister nous apprendrait quelque chose de précieux sur la gravité. » Il y a aussi des travaux continus sur d’éventuels signaux astronomiques. Dans mon article récent avec Reggie Pantig, nous avons étudié comment le plasma environnant pourrait influencer les anneaux de photons d’un modèle de trou de ver particulier. Une leçon importante est que la signature proposée peut dépendre de l’environnement autant que de la géométrie de l’espace-temps. Une image inhabituelle, par conséquent, devrait être interprétée avec prudence avant d’être attribuée à un trou de ver. Je resterais prudent quant à interpréter une baisse d’enthousiasme publique comme une diminution de l’importance scientifique. À mes yeux, des progrès significatifs exigent des modèles qui relient un mécanisme crédible de soutien à la formation, à la stabilité et à des prédictions testables face à des explications concurrentes. Des observations plus précises et des expériences quantiques plus vastes peuvent aider, mais le travail théorique est tout aussi nécessaire. Même établir des limites fermes sur les trous de ver qui peuvent exister nous apprendrait quelque chose de précieux sur la gravité.
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