La gravité quantique à boucles est une théorie qui utilise la mécanique quantique pour étendre la physique gravitationnelle au-delà de la théorie de la relativité générale d’Einstein. Des travaux antérieurs sur la gravité quantique à boucles ont analysé la nature quantique du Big Bang, et maintenant deux nouveaux travaux, publiés dans la revue sont en cours. Physical Review Letters et le journalPhysical Review D, étendent ces résultats à l’intérieur des trous noirs.
Représentation artistique des effets de la gravité quantique à boucle dans un trou noir. La moitié inférieure de l’image représente le trou noir qui, selon la relativité générale, piège tout, y compris la lumière. La gravité quantique à boucles surmonte cette énorme attraction et libère tout ce qui est représenté dans la moitié supérieure de l’image, résolvant ainsi le problème fondamental de la singularité du trou noir. Crédit image : A. Corichi & ; J.P. Ruiz.
Les trous noirs sont des objets mystérieux avec un bord extérieur appelé horizon des événements, qui piège tout, y compris la lumière.
La théorie de la relativité générale d’Einstein a prédit qu’une fois qu’un objet tombe à l’intérieur d’un horizon des événements, il se retrouve au centre du trou noir appelé singularité où il est complètement écrasé.
À ce point de singularité, l’attraction gravitationnelle est infinie et toutes les lois connues de la physique s’effondrent, y compris la théorie d’Einstein.
Les physiciens théoriques se sont demandés si les singularités existaient vraiment en utilisant des équations mathématiques complexes au cours des dernières décennies, sans grand succès jusqu’à présent.
“La meilleure théorie de la gravité dont nous disposons aujourd’hui est la relativité générale, mais elle a des limites”, a déclaré le professeur Abhay Ashtekar, directeur du Penn State Institute for Gravitation and the Cosmos.
“Par exemple, la relativité générale prédit qu’il existe des endroits dans l’Univers où la gravité devient infinie et où l’espace-temps se termine tout simplement. Nous appelons ces endroits des singularités. Mais même Einstein a reconnu que cette limitation de la relativité générale résulte du fait qu’elle ignore la mécanique quantique.”
Le professeur Ashtekar et ses collègues, le professeur Parampreet Singh de l’Université d’État de Louisiane et le Dr Javier Olmedo de Penn State, ont développé de nouvelles équations mathématiques qui décrivent les trous noirs dans la gravité quantique à boucle et montrent que la singularité des trous noirs n’existe pas.
“Dans la théorie d’Einstein, l’espace-temps est un tissu qui peut être divisé aussi petit que l’on veut. C’est essentiellement la cause de la singularité où le champ gravitationnel devient infini”, a déclaré le professeur Singh.
“Dans la gravité quantique à boucle, le tissu de l’espace-temps a une structure en forme de tuile, qui ne peut pas être divisée au-delà de la plus petite tuile. Nous avons montré que c’est le cas à l’intérieur des trous noirs et qu’il n’y a donc pas de singularité.”
Au lieu d’une singularité, la gravité quantique à boucles prédit un entonnoir vers une autre branche de l’espace-temps.
“Ces unités géométriques en forme de tuiles – appelées excitations quantiques – qui résolvent le problème de la singularité sont des ordres de grandeur plus petits que ce que nous pouvons détecter avec la technologie actuelle, mais nous avons des équations mathématiques précises qui prédisent leur comportement”, a déclaré le professeur Ashtekar.
