En 1915, Albert Einstein publie sa Théorie générale de la relativité. Selon cette théorie, la gravité n’est pas une force, comme elle avait été envisagée depuis que Newton a publié ses travaux sur la gravité. Einstein considérait la gravité comme la flexion de l’espace-temps lui-même.
Lorsque nous mettons un objet massif dans l’espace, il crée une courbure dans le tissu du cosmos. Les objets à proximité de l’énorme suit le chemin géodésique dans cette courbure. Ainsi, une illusion, que les objets s’attirent les uns les autres, est créée. C’est pourquoi quand vous jetez une balle loin de la Terre, il revient en arrière, en suivant ce chemin géodésique, pas à cause d’une force mystérieuse d’attraction, les objets possèdent.
La géodésique désigne la ligne la plus courte possible entre deux points sur une sphère ou une autre surface incurvée comme
Cette idée a révolutionné notre compréhension de l’Univers. Il a ouvert des directions pour explorer l’Univers, pour savoir quelle est la nature de la nature. Depuis que la théorie générale de la relativité a été publiée pour la première fois en 1915, elle a fait de nombreuses prédictions, et elles ont été prouvées.
L’idée de Trous Noirs ou des Dark Angels est venue de la théorie de la relativité générale d’Einstein. Selon la Relativité Générale, plus un objet serait massif, plus il créerait de courbure dans l’espace-temps. Imaginez une boule sur un trampoline, une petite boule créera une petite courbure, tandis qu’une énorme créera une plus grande courbe. Par conséquent, plus vous ajoutez de masse à un objet, son influence gravitationnelle augmentera.
Dans le cas de notre Terre, elle plie l’espace autour d’elle-même pour que la lune reste en orbite autour d’elle. Pour tout objet à proximité de tout corps céleste, il a besoin d’énergie pour échapper à son influence gravitationnelle. Par exemple, dans le cas de la Terre, l’objet doit avoir une énergie cinétique de 11,19 km/s pour s’échapper. Cette vitesse, avec laquelle l’objet peut échapper à l’influence gravitationnelle d’un autre objet et entrer dans l’espace, s’appelle Escape Velocity. Cela dépend entièrement de la masse du corps céleste, d’où vous essayez de vous échapper. Comme le Soleil est massif que la Terre, sa vitesse d’évasion est de 615 km/s, ce qui signifie que vous devez couvrir 615 km en seulement une seconde.
En 1916, un an après la publication de la Relativité Générale, un scientifique du nom de Karl Schwarzschild a élaboré une solution de relativité générale, qui prédit l’existence d’un objet, si dense et si massif, qu’il peut courber l’espace qui l’en a autour à l’infini. Eh bien, la solution de Schwarzschild n’a pas donné la définition moderne des trous noirs, mais elle a ouvert la voie à une exploration plus approfondie de cet objet mystérieux.
La première définition moderne des trous noirs est venue de l’œuvre de David Finkelstein en 1958. Les trous noirs sont définis comme la région dans l’espace-temps d’où rien, pas même la lumière, ne peut s’échapper. Rappelez-vous, la lumière est la chose la plus rapide dans l’Univers, et sa vitesse est la limite de vitesse de l’Univers. L’astronome américain John Wheeler a inventé le terme trou noir en 1967. Il avait été considéré comme le résultat de la curiosité mathématique jusqu’en 1971, lorsque le premier trou noir, Cygnus X-1, a été repéré dans la constellation de Cygnus. Il a conduit les scientifiques à avoir plus confiance dans la relativité générale d’Einstein. Il prévoyait des ondes gravitationnelles, découvertes par l’observatoire LIGO en 2015. Quatre ans plus tard, en 2019, l’équipe d’EHT (Event Horizon Telescope) a capturé un trou noir pour la première fois.
Quand Einstein travaillait sur sa théorie de la relativité, la nature de l’Univers était considérée comme statique. Mais ses équations prédisaient un univers en expansion. Ainsi, il introduisit un terme appelé Cosmological Constant, qu’il appela plus tard sa plus grande bévue.
Dans les années 1920, quand Edwin Hubble a découvert que l’Univers est en expansion, Einstein a réarrangé ses équations avec ce nouveau terme. Aujourd’hui, il explique l’expansion de l’Univers, un problème en physique appelé Énergie Noire. Il est considéré comme un mystère parce que encore, nous ne savons pas pourquoi l’Univers est en expansion. Après qu’Edwin Hubble a fait cette découverte, les scientifiques ont pensé que l’expansion de l’Univers est due au Big Bang. Imaginez une explosion, dans cette scène, vous verrez que les particules s’éloigneraient du centre. Les scientifiques pensaient que la même chose se passait avec l’Univers. Les galaxies reculent à cause de cette poussée initiale due à l’énergie du Big Bang. Avec le temps, il doit ralentir en raison de la gravité. Mais le problème a commencé dans les années 1990 lorsque les astronomes ont observé l’Univers à nouveau. L’observation a étonné les scientifiques; au lieu de ralentir, le taux d’expansion de l’Univers a augmenté. Il n’y avait aucune raison connue qui peut déclencher le taux d’expansion. Il doit y avoir autre chose qui provoque l’Expansion de l’Univers à un rythme de jeûne toujours. Cette force inconnue qui provoque l’expansion de l’Univers est appelé Dark Energy.It est estimé que cette énergie représente 68% de l’Univers. D’une part, les découvertes prouvaient qu’Einstein avait raison, mais de nouvelles idées surgis en même temps qui faisaient douter les scientifiques de cette théorie.
Dans les années 1970, Vira Rubin et Kent Ford, ont observé quelque chose de très bizarre, quelque chose qui ne devrait pas se produire. Ils ont observé notre galaxie voisine, Andromède. Leurs observations ont montré que les étoiles loin du centre de la galaxie se déplaçaient aussi vite que les étoiles voisines. S’ils se déplacent rapidement à une si grande distance du centre de la galaxie, ils doivent voler à part.
Imaginez une roue qui tourne, si la roue tourne lentement et que vous mettez un peu d’eau dessus, elle restera coller à la roue. Mais quand vous le déplacez rapidement, l’eau sur la roue volera à part. La même chose devrait se produire dans le cas des galaxies, mais c’est le contraire là-bas. Les étoiles au lieu de s’envoler y restent. Cela ne peut se produire que s’il y a une matière supplémentaire dont la gravité retient les étoiles. Mais les astronomes ont vu peu importe là, ce qui peut soutenir ce phénomène. La relativité généra le ne peut pas expliquer ça.
Aujourd’hui, les scientifiques appellent ce problème « matière noire », qui ne peut pas être observé directement, mais est là. Les scientifiques disent que chaque galaxie a cette source inconnue de gravité. Et au début de l’Univers, il a dû jouer un rôle important dans la formation des galaxies.
Selon les estimations, 27% de l’Univers est fait de matière noire. C’est effrayant que les billions d’étoiles et de planètes, l’ensemble de l’Univers observable que nous pouvons voir, ne font que 5% de tout le cosmos. Certains scientifiques pensent que cela montre que la relativité générale est incomplète, et nous devons la modifier.
En 2010, Erik Verlinde, théoricien des cordes, a suggéré qu’il n’y a pas de matière invisible (matière noire) pour retenir les étoiles, et notre théorie de la gravité ne peut pas expliquer cela. Sa nouvelle théorie de la gravité, appelée Gravité émergente, prédit exactement la même déviation des mouvements habituellement décrite en insérant la matière noire dans l’histoire. Il pense que la relativité générale est encore incomplète, et nous devons la modifier. Il y travaille et espère trouver une solution prochainement.
Il montre à quel point la matière noire est l’échec de la relativité générale. Il a des limites, la même chose qui s’est produite avec la théorie de Newton de la gravité, qui n’a pas été en mesure de décrire la nature de l’Univers à grande échelle. Un autre aspect qui a amené les scientifiques à douter de la théorie est lié aux objets prédits par la théorie elle-même, c’est-à-dire les trous noirs. Des trous noirs sont créés lorsqu’une étoile, au moins trois fois plus massive que notre Soleil, meurt avec une explosion spectaculaire appelée Supernova. Cette explosion a répandu la matière dans l’Univers, mais le noyau reste là. Le noyau des étoiles massives s’effondre vers l’intérieur sur lui-même, créant un point avec une densité infinie et un volume nul. Ce point s’appelle la Singularité. Qu’est-ce que la singularité ? Qu’est-ce qui arrive à l’importance dans la Singularité? Les scientifiques n’ont pas de réponses à ces questions. Et la relativité générale cesse de fonctionner à l’intérieur d’un trou noir. Les équations de champ d’Einstein se brisent pendant que les scientifiques essayent de les appliquer. Le temps n’existe pas là-bas. L’espace n’a aucun sens. Peut-être, le pire de tous, c’est que ne correspond pas à une théorie encore plus précise, la mécanique quantique. La mécanique quantique décrit le comportement de la matière à une échelle extrêmement petite. Pourtant, il n’existe aucune théorie qui décrit comment la gravité fonctionne au niveau quantique. Chaque fois que les deux théories sont essayées de combiner, le désastre se produit. Par exemple, la relativité générale indique que la masse plie l’espace-temps, comme un électron a une masse, se plie-t-elle à l’espace-temps? De quantum mechanics, nous savons que les particules quantiques comme un électron n’ont pas une certaine position. Ils sont à plusieurs endroits en même temps. Alors, la gravité est-elle aussi à différents endroits en même temps ? Au cours de l’expérience à double fente, un électron traverse les deux trous en même temps. Où est la gravité ici ? La théorie générale de la relativité d’Einstein échoue et ne peut pas répondre à ces questions. Les deux théories font un excellent travail à leur place, mais elles sont incompatibles les unes avec les autres. Mais dans des endroits comme les trous noirs, ils doivent travailler ensemble. La recherche de l’unification des deux théories est toujours en cours et il ya aussi différents candidats comme la théorie M et Loop Quantum Gravity, mais ils ne sont toujours pas prouvés.