Un trou noir dans un univers à 5 dimensions pourrait perturber la relativité générale
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Les physiciens ont simulé un trou noir dans un espace à 5 dimensions. Le comportement devient si étrange qu’il menace l’une des lois fondamentales de la physique avec la relativité générale.
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La simulation suggère que si notre univers est fait de 5 ou plus de dimensions, cela fausserait la théorie de la relativité générale. Jusqu’à présent, on n’a jamais pu confirmer ou infirmer l’existence d’univers en 5 dimensions ou plus. La raison est qu’un trou noir dans un espace à 5 dimensions posséderait une gravitation tellement intense que les lois de la physique s’effondreraient.
Dans un univers à 5 dimensions, les physiciens suggèrent qu’un trou noir ressemblerait à un anneau très fin plutôt qu’un trou. Et quand le trou noir évolue, alors il provoque une série de gonflement qui devient de plus en plus fin au fil du temps. Il finit par se casser pour former des mini trous noirs.
Ces trous noirs en forme d’anneaux (des anneaux noirs) ont été proposés la première fois en 2002, mais personne n’a jamais réussi à les simuler jusqu’à présent. On peut remercier le supercalculateur COSMOS de l’université de Cambridge qui peut effectuer 38,6 trillions d’opérations par seconde. Le problème avec des trous noirs de 5 dimensions est qu’on pense qu’ils consistent en des anneaux d’ultra-gravité. Dans ces anneaux, la gravité est tellement intense qu’il crée un état qu’on connait comme la Singularité Nue. Une singularité nue est un événement si étrange que personne ne sait ce qui peut se produire sauf que les lois de la relativité générale cesseraient de s’appliquer.
La relativité générale d’Einstein se base sur le fait que la gravité gouverne le comportement de l’univers. Nous savons que la matière dans l’univers courbe la structure de l’espace-temps. Cette courbure est ce que nous appelons la gravité. Depuis un siècle, la relativité générale a passé tous les tests sauf que la singularité pose certains problèmes. Dans un univers à 4 dimensions (la 4e est le temps), la singularité est le point d’un trou noir où la gravité est la plus intense, le centre, et elle est entourée par l’horizon des événements qui est les bords du trou noir.
Tant que les singularités restent cachées derrière un horizon des événements, elles ne posent pas de problème et la relativité générale continue de s’appliquer. Et le concept qu’on connait comme la Censure cosmique nous dit que ce sera toujours le cas selon Markus Kunesch de l’université de Cambridge. Tant que la Censure Cosmique est valide, on peut prédire le comportement futur des trous noirs. Mais qu’est-ce qui se passe si la singularité peut exister à l’extérieur de l’horizon des événements ? Les physiciens ont suggéré que dans un espace à 5 ou plus de dimensions, si un objet s’effondre dans une densité infinie, alors la singularité, qui n’est plus attachée par l’horizon des événements, devient une singularité nue. Et les choses deviennent folles autour de ces objets, car on aurait besoin de repenser totalement le fonctionnement de la physique.
Si les singularités nues existent, alors la relativité générale devient fausse selon Saran Tunyasuvunakool, une des membres de l’équipe. Et si la relativité générale casse, alors chaque chose s’inverse, car la relativité n’aurait plus son pouvoir de prédiction. De ce fait, elle ne serait plus considérée comme une théorie autonome qui explique l’univers. Évidemment, on ne doit pas trop s’inquiéter, car c’est juste de la physique théorique avec des expériences de pensée poussées à l’extrême et que notre univers est en 4 dimensions. Mais si on regarde la théorie des cordes ou même certaines variantes de la gravitation à boucles, alors notre univers aurait 10 dimensions (6 supplémentaires plus les 4 que nous connaissons). Et les humains ne perçoivent que 3 dimensions et il faut des expériences comme celles du LHC pour prouver l’existence de dimensions supplémentaires.
Kunesch et son équipe sont arrivés à la limite avec leur supercalculateur. À la base, ils voulaient découvrir pourquoi les singularités nues sont impossibles dans un espace à 4 dimensions et que la relativité générale soit toujours correcte. Si la Censure Cosmique ne tient plus dans un espace à 5 dimensions et plus, alors on doit aussi comprendre pourquoi elle tient dans un espace à 4 dimensions. L’hypothèse a été publiée dans Physical Review Letters.
