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Pour se maintenir, ces "ponts" ne pouvaient pas contenir de particules neutres de masse négative. La particule chargée à laquelle ils pensaient devait avoir une masse nulle. Mais ils n'iront pas plus loin dans leur développement et ne traiteront pas le cas des équations de champs à plusieurs particules. Ces connexions spatio-temporelles sont connues sous le nom de "ponts d'Einstein-Rosen". Les physiciens les appellent des espaces multi-connexes. Mais ni Einstein ni Rosen n'entrevoyaient une possibilité d'entretenir ces connexions eu égard au caractère instable des fluctuations quantiques. Comme le disait John L. Friedman de l'Université de Californie à Santa Barbara il s'agit d'une censure topologique. En 1956, John Wheeler décrivit les propriétés de ces connexions et les baptisa "trous de vers", wormholes. A l'heure actuelle il existe différents types de trous de vers. Tous sont des solutions mathématiques plutôt que des objets réalistes. - Le trou de ver de Schwarzschild, infranchissable du fait qu'il y a une singularité en son centre - Le trou de ver de Reissner-Nordström ou Kerr-Newmann, franchissable mais dans une seule direction. Ils peuvent contenir un trou de ver de Schwarzschild - Le trou de ver de Lorentz de masse négative, franchissable dans les deux directions.
En 1988, Carl Sagan demanda à Kip Thorne et Richard Morris de Caltech de lui proposer une solution pour exploiter un trou de ver à l'échelle macroscopique afin d'explorer l'univers plus rapidement que la vitesse de la lumière pour son roman "Contact" en cours d'élaboration. Thorne et Morris découvrirent qu'il était possible de maintenir un trou de ver macroscopique ouvert à condition d'utiliser de la "matière exotique", de l'énergie ou une matière négative par exemple. Si vous essayez de fabriquer un trou de ver à partir de matière positive, il explosera en éclats du fait de sa densité d'énergie. Pour que la gravité ait une force répulsive, le corps doit présenter une force de pression négative, un peu comme la tension d'un ressort, et cette quantité doit dépasser la densité d'énergie pour maintenir la cohésion de la matière. Si une matière négative existe, on peut en principe élaborer un trou de ver statique en accumulant ces masses autour de l'ouverture. L'expérience de la gravité quantique Puisque la matière dans une singularité est soumise à une densité extrême et réduite à l’échelle Planck, il n’y a plus qu’un pas infinitésimal à franchir pour soumettre cet environnement aux fluctuations d'énergie de la théorie de la gravitation quantique. C’est ainsi que certains chercheurs soutiennent que les singularités peuvent déboucher sur des "fontaines blanches" ou trous blancs où jaillirait la matière rendue à sa liberté. Einstein et Rosen proposaient sérieusement que des feuillets repliés d'espace-temps reliés par des ponts quantiques pouvaient mener à d'autres endroits de l'Univers, d'autres régions de l'espace et du temps. En somme, si on les croyait, Alpha du Centaure ou la galaxie d'Andromède c'était la porte d'à côté !
Selon John Wheeler, deux singularités pourraient être reliées dans l’hyperespace par un trou de ver. Seul inconvénient, nul ne sait comment entretenir un tel passage et lui donner une taille macroscopique. En effet ce "pont" dans l’hyperespace est à l’échelle de Planck : il mesure 10-33 cm et est instable; il se referme sur lui-même en l’espace de 10-43 secondes ! Pire, si on essaye de l’agrandir, il s’autodétruit... Comme aime le dire les physiciens, le trou de ver appartient à l’"écume quantique" et obéit aux lois probabilistes. Quelques années plus tard, Hawking de l'Université de Cambridge et Coleman de l’Université d'Harvard reprirent le concept de Wheeler et suggérèrent que l'espace-temps pouvait être soumis à l'effet tunnel précité, reprenant l'idée avancée par Hugh Everett III. A l'instar des électrons qui peuvent sauter d'un point à l'autre de l'espace, l'Univers ferait de même. L'effet tunnel créerait des ouvertures dans l'écume de l'espace-temps qui conduiraient à d'autres univers, des univers culs-de-sac ou tout aussi vastes que le nôtre. Mais ceci est un autre débat qui concerne la cosmologie quantique. Par ailleurs, l'effet tunnel ne s'applique pas aux entités macroscopiques; impossible donc d'exploiter un trou de ver pour voyager dans d'autres univers. Si c'est effectivement une solution pour franchir la singularité, l'effet tunnel ne s'applique pas aux entités macroscopiques, bien que statistiquement, il existe une chance sur presque l'infini pour qu'un objet de la vie courante se déplace spontanément d'un endroit à l'autre. Mais comme le faisait remarquer Hubert Reeves, il y a fort peu de chance que de cette manière le plus gros diamant du monde tombe par hasard dans votre poche ! Nous sommes donc confrontés à une première difficulté majeure d'ordre technique : si on entrevoit l'exploitation des trous de vers, il faudra d'abord trouver le moyen de nous "déstructurer" jusqu'au niveau atomique puis nous téléporter en tirant profit de l'effet tunnel ou d'un autre moyen de transport rapide et nous reconstruire ou nous recopier à destination. Même les ingénieurs de Star Trek n'y arrivent pas et ont dût s'arrêter au niveau moléculaire, avec quelques ratés spectaculaires de temps en temps !
Mais d'autres problèmes techniques surgissent. Pour approfondir les conséquences de la relativité générale, Thorne et Morris du Caltech tentèrent de découvrir par le biais de la physique quantique de nouvelles particules capables d'entretenir les trous de vers de Wheeler. Nous verrons en détail leurs travaux ainsi que ceux de leurs collègues dans l'article consacré à la fabrication d'un trou de ver. En fait il existe peu de méthodes réalistes. Un trou de ver dit de Lorentz requiert de la matière exotique pour rester ouvert car elle demande moins d'énergie que le vide qui constitue l'état d'énergie minimum. Il peut s'agir d'énergie ou de matière négative par exemple, ou encore d'antimatière qui maintiendrait l'ouverture ou la gorge du trou de ver loin de l'horizon et de la singularité centrale. L'ouverture elle-même présente une pression de surface positive afin de la maintenir ouverte durant les transferts et éviter qu'elle ne s'effondre d'elle-même suite aux fluctuations quantiques d'amplitudes variables. La difficulté ici est d'ordre technique : personne ne sait comment produire et stocker autant d'antimatière et encore moins suffisamment longtemps au même endroit pour entretenir ce tunnel dans l'espace-temps. & La suite de cette passionnante aventure est décrite dans mon livre :
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