mémoire gravitationnelle

Il y a mille ans, les Vikings emportaient en mer du spath d'Islande. Ce cristal translucide décomposait la lumière en deux faisceaux. En comparant leur luminosité, ils pouvaient trouver le soleil même dans le brouillard. La biréfringence — le terme physique pour ce phénomène — aide aujourd'hui à traquer la force la plus insaisissable du cosmos.

Lorsque des corps massifs se déplacent avec accélération – disons deux étoiles qui tournent l'une autour de l'autre – l'espace autour d'eux ne reste pas calme. Il tremble, comme la surface d'un étang après qu'on y a jeté une pierre. Ces tremblements sont appelés ondes gravitationnelles. Ils emportent de l'énergie, et la source perd progressivement de la masse.

Les trous de ver — des tunnels à travers l'espace-temps courbé, autorisés par la relativité générale — nécessitent pour leur stabilité une énergie répulsive, c'est-à-dire une énergie qui ne attire pas mais repousse.

Juste après le Big Bang, l'espace aurait pu vibrer sous l'effet des phénomènes quantiques, comme une corde de guitare. En s'atténuant, ces oscillations auraient laissé une marque dans la fuite des galaxies : un effet de mémoire.

Les ondes gravitationnelles sont les frémissements de l'espace lui-même, nés lors de la collision de trous noirs ou d'autres corps massifs.

Une bille sur une pente à deux creux roule généralement vers le creux le plus proche et s'y arrête. Mais si la pente est légèrement déformée et « se souvient » des récentes poussées, la bille peut rester suspendue longtemps à mi-chemin — dans un endroit étroit d'où elle n'a pas envie de partir. C'est exactement ce tour que les physiciens ont joué à la lumière.

La collision de trous noirs n'est pas seulement une explosion d'ondes gravitationnelles, mais aussi une longue traînée : la courbure de l'espace-temps qui reste à jamais, c'est la mémoire gravitationnelle.

Jetez une pierre dans un étang — et des cercles se propageront à la surface. Lorsque la pierre coule, les vagues s'éloignent et s'estompent progressivement. Mais si l'on regarde au plus profond de l'espace-temps, on découvre qu'il ne fonctionne pas tout à fait ainsi.

L'espace-temps s'apparente à un cristal géant. Les ondes gravitationnelles, nées de la collision de trous noirs, ne se contentent pas de le faire trembler : elles y laissent des défauts indélébiles.

Jetez une pierre dans un étang — les cercles se propagent puis disparaissent. Un trou noir, après une collision avec un autre trou noir ou une étoile, « sonne » lui aussi, mais ses oscillations ne sont pas simples.

Un contact supraconducteur, c'est comme un pont étroit entre deux rives, sur lequel le courant circule sans frottement. Placez ce pont près d'une étoile massive, et il ressentira que le temps s'écoule plus lentement à sa surface. Les horloges sur les rives battent à des rythmes différents, et le courant se met à osciller différemment.

Une poignée de sable sur une table vibrante, c'est comme une foule sur une piste de danse qui garde encore le rythme de l'ancienne chanson pendant une seconde, alors que le DJ a déjà lancé la nouvelle. Des scientifiques ont fait sauter une fine couche de grains sur une plateforme vibrant verticalement et ont brusquement changé l'intensité des vibrations.

Dans les interstices entre les cellules du cerveau circule un liquide. Il ne reste pas en place : chaque battement du cœur le pousse en avant, et la respiration ajoute ses propres vagues. On l'a vu sur des images il y a dix ans, mais ce n'est que maintenant qu'on a calculé comment cette pulsation accélère les molécules.

Une solution de sucre peut faire tourner la lumière — beaucoup l'ont vu dans des expériences de polarisation. De façon étonnamment similaire, le tissu même du cosmos semble capable de ce tour de passe-passe.

Le temps s'écoule plus lentement près du sol qu'en haut d'un toit — c'est ce qu'a prédit Einstein dans sa théorie de la relativité. Pour remarquer cette infime différence, des physiciens proposent d'utiliser une paire de photons intriqués, un peu comme deux voix en duo.

Un photon unique traverse deux fentes et laisse une figure d'interférence sur l'écran. La mécanique quantique décrit ce processus par une fonction d'onde, mais qu'advient-il de la particule elle-même ?