L’astre occlus de Laplace était-il déjà un trou noir ?

Intervenant 10:00

Bienvenue dans le podcast du magazine Tangente. Aujourd'hui, on commence exactement en déconstruisant une idée reçue qui est vraiment monumentale. En fait, ce qu'on appelle couramment un trou noir, ce n'est ni un trou, ni noir.

Intervenant 20:13

Ouais, c'est clair, c'est un excellent point de départ.

Intervenant 10:16

La mission de notre exploration aujourd'hui, c'est de retracer l'évolution de ce concept. On va voir comment on est passé d'une intuition mathématique complètement vertigineuse à une réalité physique prouvée, notamment par les ondes gravitationnelles qui sont issues de leur coalescence.

Intervenant 20:30

C'est-à-dire la fusion titanesque de ces objets en fait.

Intervenant 10:33

Voilà, exactement.

Intervenant 20:34

Du tout, pour bien comprendre de quoi on parle, il faut d'abord poser un cadre rigoureux. Selon la Relativité Générale d'Einstein, ce qu'on vulgarise sous le nom de trou noir, c'est en réalité une singularité de l'espace.

Intervenant 10:46

D'accord.

Intervenant 20:47

C'est vraiment un objet physique extrême qui n'est défini et caractérisé que par deux valeurs. Sa masse et son spin, ce qui correspond à sa vitesse de rotation. Et c'est d'ailleurs exactement ce qui illustre les travaux du mathématicien Roger Penrose. On en a un très bon décryptage dans le numéro 198 de Tangente.

Intervenant 11:05

Mais attendez, si on part simplement d'une singularité géométrique qui a juste une masse et une rotation, le terme trou noir, c'est un peu une arnaque sémantique, non ?

Intervenant 21:14

C'est vrai que c'est trompeur.

Intervenant 11:15

Ça donne cette fausse impression d'un siphon cosmique en trois dimensions. Moi, je trouve que l'analogie d'une prison gravitationnelle, ça fonctionne beaucoup mieux. Et même là, ça décrit plutôt le résultat physique que l'objet en lui-même. Est-ce qu'il n'y a pas un terme plus précis mathématiquement ?

Intervenant 21:29

Si complètement. Et le physicien Jean-Marc Lévy-Leblond s'est justement penché sur cette ambiguïté. Oui, pour la résoudre, il a proposé de réhabiliter une terminologie beaucoup plus précise. Lui, il suggère de parler d'astres occlus ou d'astres obscurs.

Intervenant 11:44

Ah, des astres obscurs. C'est marrant. Sémantiquement, on dirait presque de la poésie du XVIIIe siècle. Bien avoir les équations d'Einstein.

Intervenant 21:52

Eh bien, ce n'est pas un hasard du tout. Parce que ce terme, il nous remène directement à la mécanique céleste de Pierre-Simon Laplace. On est à la fin des années 1700, avec son ouvrage Exposition du système du monde.

Intervenant 12:03

D'accord. On remonte loin en fait.

Intervenant 22:05

Très loin, oui. Et à cette époque, sa réflexion s'appuie sur deux postulats majeurs. D'abord, les travaux de l'astronome Olé-Romère.

Intervenant 12:12

Qui ont prouvé que la vitesse de la lumière est finie, c'est ça ?

Intervenant 22:15

Exactement. Et deuxièmement, la théorie d'Isaac Newton, qui considère que la lumière est de nature corpusculaire, donc elle est composée de petites particules.

Intervenant 12:22

Ah, je vois où on va. Dans l'esprit de Laplace, si la lumière est faite de particules physiques, elle a nécessairement une masse. Et donc, elle doit subir la gravité comme n'importe quel autre objet, comme une pomme qui tombe, quoi.

Intervenant 22:33

Voilà, c'est tout à fait ça. Et à partir de là, Laplace, il déroule une intuition mathématique brillante. Il calcule qu'un astre lumineux qui aurait la même densité que la Terre, mais avec un diamètre 250 fois supérieur à celui de notre

Intervenant 12:47

Soleil,

Intervenant 22:49

c'est gigantesque, et bien cet astre posséderait une force d'attraction mécanique colossale. Et à cause de cette gravité, ces particules de lumière n'atteindraient jamais la vitesse de libération. Elles seraient freinées et elles retomberaient sur l'astre.

Intervenant 13:02

Qui veut dire qu'aucun rayonnement ne pourrait parvenir juste à nous en fait. L’astre serait immense, mais totalement invisible. Mais attends, si Laplace trouve ça uniquement avec la physique classique de Newton, est-ce que ça décrit conceptuellement la même chose que nos trous noirs d'aujourd'hui ? C'est le même mécanisme ou pas ?

Intervenant 23:20

Ah non, c'est là le piège. Le mécanisme est complètement différent. Le modèle de Laplace, il repose vraiment sur le ralentissement mécanique des particules par une force d'attraction. C'est comme un caillou que tu jettes en l'air et qui finit par retomber sur Terre.

Intervenant 13:35

Moi je vois l'image.

Intervenant 23:36

Alors que dans le modèle d'Einstein, c'est la masse de l'astre qui déforme la géométrie même de l'espace-temps. Pour visualiser la différence, on peut imaginer une rivière qui se jette en cascade. L'espace lui-même tombe vers la singularité plus vite que la lumière ne peut nager à contre-courant. Donc la cause physique n'est pas du tout la même.

Intervenant 13:56

D'accord, l'outil théorique de Laplace n'était pas le bon, mais l'intuition d'un astre dont la lumière ne peut pas s'échapper, ça reste incroyablement juste.

Intervenant 24:04

Complètement.

Intervenant 14:05

Pourtant, ce concept d'astre obscur y va totalement disparaître des radars de la science pendant un siècle. Pourquoi il a été oublié ?

Intervenant 24:11

Eh bien, c'est vraiment le moment charnière de cette histoire. En 1808, quand il publie la troisième édition de son livre, Laplace supprime purement et simplement tout le passage sur ces astres invisibles.

Intervenant 14:21

Mais non !

Intervenant 24:22

Il a effacé sa propre théorie.

Intervenant 14:24

Oui, et il le fait pour une raison très logique. À cette époque, on a les nouvelles théories ondulatoires de la lumière, celles portées par Thomas Young et Augustin Fresnel, qui commencent à s'imposer face au modèle de Newton. Ah bah oui, je comprends, si la lumière est comprise comme une onde et plus du tout comme une particule solide, elle a plus de masse apparente pour subir la gravité classique que Laplace imaginait.

Intervenant 24:46

C'est exactement ça. Sans masse pour la lumière, tout le postulat mathématique de Laplace s'effondre en fait. Il retire donc son hypothèse, ce qui montre une grande rigueur scientifique par rapport aux nouvelles connaissances de son époque.

Intervenant 14:58

C'est fascinant quand on synthétise tout ça. On part d'astres obscurs de la mécanique classique dont l'existence est effacée par leurs propres créateurs à cause d'une évolution de l'optique pour finalement voir l'idée renaître sous forme de singularité de l'espace-temps.

Intervenant 25:11

Ouais, c'est tout le charme de l'histoire des sciences. De grandes fulgurances comme ça précèdent souvent les cadres théoriques qui sont capables de les accueillir.

Intervenant 15:18

Et ça soulève une réflexe au final assez vertigineux je trouve. Si un génie comme Laplace a volontairement auto-censuré et effacé de ses propres livres l'une de ses intuitions les plus brillantes, juste parce qu'elle collait plus au dogme de l'époque, quelle découverte théorique majeure d'aujourd'hui les scientifiques gardent-ils dans leur tiroir ? Juste parce qu'elles paraissent trop absurdes pour nous.