Recréer des trous noirs en laboratoire pourrait nous aider à mieux comprendre l’espace-temps

C’est comme un aquarium tant qu’il est étroit, mais sans poissons ni décorations fluorescentes. Cette boîte a un interrupteur dont l’activation fait que les vagues se brisent de plus en plus vite lorsqu’elles s’enroulent autour d’une rampe en plastique. Bienvenue à l’Institut P’ (dit « P prime ») à Poitiers, dans le laboratoire de Germain Rousseaux, directeur de recherche au CNRS, dont le dispositif décrit ci-dessus vise à reconstruire un trou noir.

Selon le New Scientist, aucun autre système n’est aussi doué pour imiter la façon dont les trous noirs, dont la gravité est énorme, peuvent aspirer des ondes – généralement légères, mais ici aquatiques – pour les empêcher de se heurter les unes aux autres. Il existe des dizaines de modèles physiques de ce type, fabriqués pour la plupart au cours des quinze dernières années. Mais si elles excitent certains observateurs, d’autres sont bien plus dubitatifs.

Des expériences aussi simples peuvent-elles nous dire quelque chose sur les vrais trous noirs ? La communauté scientifique est loin d’être unanime. Mais à défaut de possibilité d’observer de près ces corps célestes, il semble légitime de vouloir se pencher sur ces reconstitutions de laboratoire, qui permettent de porter un regard neuf sur des phénomènes encore méconnus… des certitudes.

Par exemple, certaines simulations de laboratoire semblent indiquer que la vitesse de la lumière, qui est censée être constante (elle est officiellement de 299 792 458 mètres par seconde), pourrait ne pas l’être. Une suggestion révolutionnaire, celle-là « impliquerait un changement radical de position »dit Germain Rousseaux.

Fluides et fibres

Les premiers trous noirs simulés en laboratoire ne sont pas nouveaux. L’effort le plus reconnu est celui de William Unruh, un physicien basé à Vancouver, qui a tenté de travailler sur le fameux rayonnement de Hawking en 1980. Ce dernier, qu’on ne présente plus, affirmait dans les années 1970 que les trous noirs n’étaient pas complètement noirs, mais qu’ils émettaient des radiations, symboles de leur évaporation en cours. Une affirmation qui n’a jamais été prouvée ni même constatée, d’autant que ces émissions sont théoriquement très faibles.

William Unruh, qui inspira plus tard de nombreux membres de la communauté scientifique (dont Germain Rousseaux), supposa qu’il était sans doute possible d’utiliser un milieu aqueux pour créer des ondes similaires en tous points au rayonnement de Hawking. Une expérience difficile à mener à bien, mais qui a ouvert la voie à tout un champ d’expérimentation.

Mais les simulations de type aquatique ne sont pas les seules possibles, comme en témoignent les efforts d’Ulf Leonhardt, un ancien associé de Germain Rousseaux qui travaille maintenant à l’Institut Weizmann des sciences à Revohot, en Israël. Ce dernier utilise une fibre optique, à travers laquelle la lumière voyage. Il rencontre alors des obstacles sous forme d’impulsions laser qui le ralentissent.

Toujours du côté israélien, à l’Institut de technologie de Haïfa, une autre approche a été développée par Jeff Steinhauer, qui travaille sur le rubidium, un élément chimique qui fait partie des métaux alcalins. Sa méthode consiste à refroidir une gouttelette microscopique de rubidium pour la faire approcher du zéro absolu (la température la plus froide qui puisse exister), et à la transformer en un superfluide aux étranges propriétés quantiques. C’est également là qu’il utilise un laser pour traverser cette gouttelette, créant des ondes qui, dit-il, se comportent comme le rayonnement décrit par Stephen Hawking.

Ces modèles semblent avoir porté leurs fruits en permettant de créer un environnement impossible à toucher du doigt. Il est difficile d’imaginer qu’elles puissent nous permettre de résoudre tous les mystères de l’espace-temps ; en revanche, comme dans le cas du rayonnement de Hawking, ils peuvent potentiellement aider les scientifiques à formuler des hypothèses, ou valider ou infirmer certaines théories – même si ce genre d’expérience ne remplacera jamais une bonne démonstration.