(Article du dossier « Comprendre l’Univers avec son enfant ». À lire de préférence après « La gravité selon Einstein : quand l’Univers se met à plier ». Risque modéré de nœuds au cerveau, mais on reste du côté lumineux de la force 😄)

Dans certains films, des vaisseaux traversent un “tunnel” dans l’espace et ressortent très loin, presque instantanément.
Les scientifiques ont un nom pour ce genre de tunnel imaginaire : le trou de ver.

Un trou de ver serait un raccourci dans l’espace-temps (tel qu’il est décrit par la gravité selon Einstein), mais pour l’instant, c’est une idée théorique : on n’en a jamais observé.

L’espace-temps peut avoir une forme compliquée

Dans l’article « La gravité selon Einstein : quand l’Univers se met à plier », tu as vu que :

• l’espace et le temps forment ensemble une seule “structure” : l’espace-temps;
• la matière (planètes, étoiles, galaxies…) modifie cet espace-temps, un peu comme des boules qui déforment une couette ;
• les objets et la lumière suivent naturellement ces déformations : c’est ce que nous appelons la gravité selon Einstein, et pas seulement comme une force à la Newton).

Une fois qu’on accepte cette idée, une question arrive presque toute seule :

Si l’espace-temps peut être courbé,
pourrait-il aussi être relié de façon étrange,
comme s’il existait des passages entre deux régions très éloignées ?

C’est là que les trous de ver entrent en scène.

C’est quoi, un trou de ver ?

Un trou de ver, ce n’est pas un tunnel qu’on a vu avec un télescope.
C’est une solution possible des lois de la gravité d’Einstein, trouvée en faisant des calculs.

On peut l’imaginer comme ceci :

• Dessine deux points très éloignés sur une feuille de papier : le chemin le plus court est une ligne à la surface.
• Maintenant, plie la feuille pour rapprocher les deux points l’un contre l’autre.
• Si tu fais un petit trou entre eux, tu passes de l’un à l’autre presque instantanément.

La feuille, c’est l’espace “normal”.
Le trou, c’est l’analogie du trou de ver : un passage qui ne suit pas le chemin habituel, mais un raccourci à travers l’espace-temps.

Ce que disent vraiment les physiciens

Quand les physiciens travaillent sur les équations d’Einstein, ils trouvent :

• des modèles d’Univers où l’espace-temps forme un genre de pont entre deux régions ;
• certaines formes de ce pont peuvent être interprétées comme des trous de ver.

Dans ces modèles, le trou de ver n’“apparaît” pas forcément comme un objet qui naît un jour puis disparaît le lendemain : il fait partie de la forme de l’espace-temps choisie dans le calcul, comme si l’Univers avait été construit avec ce tunnel dès le départ.

Certains physiciens imaginent que, s’ils existaient vraiment, des trous de ver pourraient naître dans des situations très extrêmes (par exemple juste après le Big Bang, ou lors d’événements très violents).
Mais cela reste une idée très spéculative : nous n’avons aucune preuve qu’un tel processus se produise dans la réalité.

En plus de cela :

• ce sont des objets mathématiques, pas des objets observés dans le ciel ;
• beaucoup de trous de ver théoriques semblent instables : ils se refermeraient très vite ;
• certains modèles demandent des formes de matière très particulières (parfois appelées “matière exotique”) qu’on n’a jamais vues.

On résume souvent la situation ainsi :

Les trous de ver sont autorisés dans certains calculs,
mais rien ne prouve qu’ils apparaissent dans notre Univers,
ni qu’ils pourraient rester ouverts assez longtemps pour être traversés.

Trous de ver, trous noirs : quelle différence ?

On pourrait facilement les confondre, mais ce ne sont pas la même chose.

• Un trou noir, c’est une région de l’espace-temps où la gravité est tellement forte que rien ne peut s’en échapper, même pas la lumière.
  On ne voit pas le trou noir directement, mais on observe ses effets : gaz très chaud autour, étoiles qui tournent vite, signaux particuliers, etc.
• Un trou de ver serait un passage reliant deux régions distinctes de l’espace-temps, un peu comme un tunnel.

Dans certains modèles très théoriques, l’entrée d’un trou de ver peut ressembler à un trou noir.
Mais, dans la plupart des cas étudiés sérieusement, le tunnel :

• n’est pas traversable ;
• ou se referme trop vite pour que quelque chose ait le temps de passer.

En résumé :

• les trous noirs sont des objets réels, observés par les astronomes ;
• les trous de ver sont des objets hypothétiques, que l’on n’a jamais détectés.

Peut-on voyager dans un trou de ver ?

C’est la question qui fait briller les yeux dans les films de science-fiction.

Du point de vue de la science actuelle :

• nous ne savons pas si les trous de ver existent vraiment ;
• même s’ils existaient, on ne sait pas s’ils seraient stables et traversables ;
• les modèles qui autorisent un passage confortable pour un vaisseau spatial sont très spéculatifs, et demandent souvent de la “matière exotique” que nous ne connaissons pas.

On peut donc répondre honnêtement :

Pour l’instant, il n’existe aucune preuve
qu’on puisse voyager à travers un trou de ver.

Les trous de ver dans la science-fiction

La science-fiction adore les trous de ver, parce qu’ils permettent de :

• voyager en quelques instants entre deux planètes très éloignées ;
• imaginer des histoires où l’on change de galaxie, ou même d’Univers ;
• créer des scènes spectaculaires : tunnels lumineux, portes dans le ciel, etc.

Dans ces histoires, on suppose souvent que :

• des civilisations avancées savent ouvrir, stabiliser ou contrôler des trous de ver ;
• les vaisseaux peuvent les traverser sans être détruits.

Ces scénarios sont inspirés par de vraies questions de physique, mais ils vont beaucoup plus loin que ce que la science peut affirmer aujourd’hui.

À quoi servent les trous de ver pour les scientifiques ?

Même si on ne les a jamais vus, les trous de ver sont utiles comme outils de réflexion.

Ils permettent de :

• tester les limites de la théorie de la gravité d’Einstein ;
• se demander : « Qu’est-ce qui est vraiment possible dans un espace-temps obéissant à ces lois ? » ;
• repérer les idées qui mènent à des contradictions (par exemple certains voyages dans le temps).

En étudiant ces cas extrêmes, les physiciens comprennent mieux :

• ce que leurs équations autorisent vraiment,
• et ce qui, au contraire, semble impossible dans un Univers cohérent.

(On retrouve là une différence de rôle : la gravité selon Newton décrit très bien le mouvement des planètes ou des fusées du quotidien, alors que la gravité selon Einstein est utilisée pour réfléchir à ces scénarios extrêmes d’espace-temps, trous noirs et trous de ver.)

En résumé

Tu peux retenir l’essentiel :

• Un trou de ver serait un raccourci dans l’espace-temps, un tunnel reliant deux régions éloignées.
• L’idée vient de la théorie de la gravité d’Einstein, qui décrit un Univers où l’espace-temps peut avoir une forme compliquée.
• Certains modèles mathématiques ressemblant à des trous de ver existent, mais :
  • on n’en a jamais observé,
  • on ne sait pas comment ils apparaîtraient,
  • on ne sait pas s’ils pourraient rester ouverts et traversables.
• Les trous noirs sont réels et observés, les trous de ver restent des hypothèses.
• La science-fiction s’en sert comme de grandes portes pour voyager très vite dans l’Univers, mais la science, pour l’instant, y voit surtout un beau terrain d’idées, pas un moyen réel de transport.

Avec les autres articles sur la gravité selon Einstein, les trous noirs, le Big Bang et l’expansion de l’Univers, tu peux maintenant situer les trous de ver au bon endroit : entre physique sérieuse (les équations qui les autorisent) et imagination contrôlée (les histoires qu’on invente à partir d’elles… sans oublier qu’elles restent des histoires).