Que se passe-t-il quand on tombe dans un trou noir ?

De Newton à Laplace

Pour bien comprendre le concept, un petit détour au XVIIIe siècle s'impose, juste après Newton et sa pomme. La loi de la gravité portait en elle une conséquence fabuleuse : si on jetait un projectile, il retombait sur la Terre. C'est toujours le cas. On peut s'amuser à jeter des pommes ou à attendre qu'elles tombent, mais le concept est le même. Si maintenant on lance le projectile très loin et très vite, il atteindra l'horizon, et quand il amorcera la chute, la Terre qui est ronde s'effacera sous lui. Il sera en orbite. Cette affaire, conséquence directe de Newton, possède un corollaire fascinant. Pour chaque corps céleste, il existe une vitesse de libération spécifique, qui permet aux projectiles de s'extraire de la gravité dudit corps céleste. Plus le corps est massif, plus la vitesse de libération est grande.

Imaginez maintenant que le corps céleste soit énorme, gigantesque, de la taille du système solaire. Alors, oui ! C'est gagné. Ce corps serait tellement massif que la lumière ne pourrait pas s'en échapper. On ne le verrait pas, et pour cause. Cette construction un brin capillotractée avait été postulée par le grand Laplace au XVIIIe siècle, qui avait joliment baptisé ces choses les "corps sombres".

Le génie d'Albert

Il est impressionnant de se dire qu'avec la simple loi de la gravitation de Newton, on avait postulé l'existence d'objets célestes invisibles. Le point clé est que la vitesse de la lumière est finie. Si elle est finie, elle peut être inférieure à la vitesse de libération d'un énorme objet. La conjecture de Laplace se heurtait cependant à un problème de taille : c'est la taille justement des "corps sombres". Imaginer des objets aussi grands que le système solaire était quand même un brin téméraire. Comme de juste, on n'a pas trouvé les "corps sombres" de Laplace, mais le ver était dans la pomme. L'idée d'un objet qui réussisse à attirer la lumière, et donc à l'empêcher de s'échapper, était acceptée. Elle trouvera son aboutissement quelque deux cents ans plus tard, mais il aura fallu un génie de la taille d'Einstein pour repenser globalement la géométrie de l'espace-temps.

Le souci de Laplace était d'augmenter très fort la gravité, il avait donc très fort augmenté le rayon de son "corps sombre". Si maintenant, on faisait l'exercice inverse, à savoir confiner une certaine masse dans un endroit minuscule, on aurait le même résultat. Ce serait un corps céleste dont la gravité deviendrait quasi infinie, et donc la lumière ne pourrait pas s'échapper. Cette chose avait d'abord été appelée effondrement gravitationnel, depuis elle a pris le nom de trou noir.

Une découverte récente

Il s'agit d'une découverte somme toute récente, le premier trou noir détecté date du début des années 1970. Si on voulait donner une description plus géométrique, on dirait que la courbure de l'espace-temps devient infinie.

Watch

Se pose alors LA question sur laquelle les Romains s'empoignèrent : que se passerait-il si on tombait dans un trou noir ? La première chose à comprendre est qu'avant d'arriver concrètement dans le trou noir, on atteindrait la ligne d'horizon (ou horizon des événements) qui est la ligne du partage des eaux entre le trou noir et l'extérieur. Cet horizon des événements est justement la limite de laquelle la lumière ne peut s'échapper. Rien ne sort de cet horizon, les carottes sont cuites et recuites, mais on n'aurait toujours pas atteint le trou noir.

Tout se termine autour d'un plat de pâtes

Une fois dépassé l'horizon, on entre dans le dur. Les forces de marée deviennent exceptionnelles, tellement fortes qu'on serait étiré comme un gigantesque spaghetti. C'est la "spaghettification". On mourrait en spaghetti, il faut donc vraiment aimer les pâtes…

Mais que se passerait-il avant ? Peut-on franchir l'horizon des événements sans se transformer en spaghetti ? Ou bien est-ce déjà trop cuit ? En vérité, cela dépend de la taille du trou noir. S'il est petit, on est déjà spaghetti avant même d'atteindre l'horizon des événements. S'il est super massif, comme celui au centre de notre Voie Lactée, on peut passer l'horizon sans être "spaghettifié". On sera de toute façon chocolat bleu pâle, car une fois passé l'horizon, on sera attiré sans porte de sortie vers le trou noir et rebonjour le spaghetti.

Reste un dernier point à élucider. Où va notre spaghetti ? En vérité, ça coince. L'astuce est qu'en l'état des choses, la relativité d'Einstein prévoit la disparition complète du spaghetti, alors que la mécanique quantique n'admet pas ce scénario. L'option quantique se fiche comme d'une guigne du spaghetti, mais elle n'admet pas pour autant la disparition de l'information du spaghetti. Cette affaire est appelée le paradoxe de l'information. Selon la relativité, le trou noir détruit l'information, selon la quantique il n'est pas autorisé à détruire l'information.

L'astuce est que tant que le trou noir existe, l'information est en quelque sorte préservée. Elle reste dans le trou noir. L'astuce dans l'astuce est que les trous noirs s'évaporent. Diable ! Ils disparaissent petit à petit en émettant un rayonnement thermique. Bref, on est dans la panade. Les spaghettis que le trou noir absorbe ne peuvent pas juste s'évaporer. Ce serait la fin des temps et des spaghettis. Mamma Mia !….