L'astrophysicien théorique Kip Thorne travaillant avec Jessica Chastain sur le tournage d'Interstellar(Crédit : Kip Thorne via Wired Magazine)
Depuis un siècle qu'Albert Einstein a publié pour la première fois sa théorie de la relativité générale révolutionnaire, les plus grands esprits du monde ont cherché à découvrir si les prédictions issues de sa théorie étaient vraies. L'un de ces esprits, Kip Thorne, a passé sa carrière à enquêter sur l'affirmation d'Einstein selon laquelle les ondes gravitationnelles existent et est considéré comme le principal expert mondial sur le sujet. Thorne est maintenant à l'aube de l'une des percées scientifiques les plus surprenantes de l'histoire de l'humanité moderne : la détection de ces ondes .
En tant que professeur de physique théorique au California Institute of Technology, Thorne a publié de nombreux livres et articles sur la théorie de la gravitation. En 1984, Thorne a cofondé le projet LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) qui utilise des lasers pour mesurer de minuscules distorsions dans le tissu de l'espace-temps, des distorsions qui pourraient être causées par les ondes gravitationnelles.
En 1994, il a écrit le Trous noirs et distorsions temporelles : l'héritage scandaleux d'Einstein, un livre qui relie le grand public à son domaine d'étude complexe. Une décennie plus tard, Thorne est devenu le conseiller scientifique sur Interstellaire et fourni les mathématiques nécessaires pour fournir avec précision les grands visuels du film. Il a également publié La science de l'interstellaire avec un attaquant de Christopher Nolan.
Le 14 septembre 2015, des scientifiques travaillant sur des sites de détection jumeaux LIGO à Livingston, en Louisiane et à Hanford, dans l'État de Washington, ont prêté serment au secret après que les premières données aient indiqué la détection d'un violent événement cosmique survenu il y a longtemps. Après des mois de vérification et de re-vérification des données, et alors que les nouvelles commençaient à être divulguées au public, les chercheurs des laboratoires LIGO de CalTech et du MIT ont annoncé la détection extraordinaire des ondes gravitationnelles. Nouvelle fenêtre sur l'univers, les vagues ont révélé la fusion de deux trous noirs il y a près de 1,3 milliard d'années.
The Braganca s'est assis avec Kip Thorne avant son collaboration multimédia avec le maître VFX Paul Franklin et le compositeur oscarisé Hans Zimmer sur Côté déformé de l'univers , pour discuter d'Einstein, des ondes gravitationnelles et de ses travaux sur Interstellaire .
Qu'est-ce que la théorie de la relativité générale d'Einstein ?
C'est un cadre pour toutes les lois de la physique à l'exception des lois quantiques. Les gens disent généralement bien, c'est sa théorie de la gravité mais c'est bien au-delà de cela. Il a construit cette théorie pour expliquer la gravité mais en fait cette théorie fait bien plus que cela. Il vous indique comment toutes les autres lois de la nature s'intègrent dans l'espace et le temps.
C'est la façon la plus précise que nous connaissions de décrire la nature dans ce que nous appellerions le domaine classique qui est tout sauf quand vous descendez au très petit – des choses comme les atomes et les molécules.
Comment la théorie d'Einstein se connecte-t-elle à ondes gravitationnelles ?
Einstein a formulé sa théorie de la relativité générale dans un effort très intense qui a duré de 1905 à 1915 et il a achevé la théorie en novembre 1915 - il y a un peu plus de cent ans. Il a ensuite commencé à utiliser la théorie ou ces lois qu'il a développées - pour faire des prédictions. L'une des prédictions les plus importantes et la dernière prédiction majeure qu'il a faite était que les ondes gravitationnelles devraient exister. Il a prédit qu'en juin 1916, nous parlons maintenant à seulement deux mois du centenaire de la prédiction des ondes gravitationnelles.
Il a examiné les prédictions, la technologie de l'époque et les choses qui pourraient produire des ondes gravitationnelles dans l'univers et a conclu qu'il était sans espoir que nous les voyions un jour. Nous n'aurions jamais une technologie assez précise.
Il s'est trompé. Nous les avons vus pour la première fois en septembre dernier.
Dans la chronologie des prédictions d'Einstein à la récente découverte des ondes gravitationnelles, quel a été le tournant qui a conduit à une percée ?
Eh bien, il y a eu quelques tournants. Les deux tournants les plus cruciaux sont venus de deux personnes en particulier. Joseph Weber, vers 1960, a conçu une approche qui semblait être capable de voir les ondes gravitationnelles et il s'est lancé dans l'effort pour les trouver. Il a été la première personne à remettre en question le dicton d'Einstein selon lequel nous n'aurions pas la technologie pour le faire. Weber n'a pas vu d'ondes gravitationnelles. Il a pensé qu'il l'avait fait pendant un moment mais ne les a pas vraiment vus. Les vagues sont plus faibles qu'il ne l'avait espéré, mais il a brisé l'impasse des gens pensant que vous ne pouvez tout simplement pas le faire et il a inspiré les autres. Y compris moi.
Le deuxième tournant a été une invention de Ray Weiss au MIT mais avec les graines de cette idée venues plus tôt de Mikhail Gertsenshtein et Vladislav Pustovoit à Moscou, en Russie. Ray Weiss a inventé cette technique que nous utilisons maintenant et elle était différente de la technique de Weber. Nous l'appelons détection d'ondes gravitationnelles par interféromètre et elle est basée sur des ondes gravitationnelles poussant les miroirs d'avant en arrière. Vous mesurez la plupart des miroirs avec des faisceaux laser.
Weiss a inventé cela, puis il a analysé toutes les principales sources de bruit auxquelles vous auriez à faire face et a décrit comment les gérer. En 1972, il a fourni un modèle pour la voie à suivre avec ce type de conception. C'était un plan qui a été modifié de diverses manières, mais pas énormément. C'était vraiment une conception qui a résisté à l'épreuve du temps pendant des décennies en tant que guide pour y parvenir. Ce fut le plus grand tournant.
C'est assez intéressant parce que Ray est un gars modeste et il avait l'idée qu'il ne devrait pas publier cela dans la littérature ordinaire avant d'avoir découvert les ondes gravitationnelles. Il a donc écrit cet article qui, je pense, est l'article technique le plus puissant que j'aie jamais lu. Il l'a écrit et publié dans une série de rapports internes du MIT. Il était facilement accessible aux personnes comme moi qui s'intéressaient au sujet. Il fallait aller le chercher car il n'était pas disponible dans la littérature ordinaire.
Quelle est la prochaine étape pour ce champ maintenant que les ondes gravitationnelles ont été détectées ?
Eh bien, ce n'est vraiment que le début. Lorsque Galilée a dressé pour la première fois son télescope optique sur le ciel et a ouvert l'astronomie optique moderne, c'était la première des fenêtres électromagnétiques de l'univers : la lumière. Nous utilisons l'expression « fenêtre » pour désigner certaines technologies que nous utilisons pour rechercher un rayonnement avec une certaine région de longueur d'onde. Dans les années 40, la radioastronomie est née : regarder avec des ondes radio au lieu de la lumière. Dans les années 1960, l'astronomie aux rayons X est née. Dans les années 1970, l'astronomie gamma est née. L'astronomie infrarouge est également née dans les années 1960.
Bientôt, nous avons eu toutes ces différentes fenêtres qui regardaient toutes avec des ondes électromagnétiques mais avec des longueurs d'onde différentes. L'univers est très différent à travers un radiotélescope et un télescope à rayons X qu'avec la lumière. La même chose se produit avec l'astronomie des ondes gravitationnelles.
Les ondes gravitationnelles seront-elles utilisées pour explorer l'univers ?
C'est ce que nous faisons maintenant. Nous le faisons maintenant chez LIGO. Nous avons annoncé la découverte de deux trous noirs en collision. Il y en aura plus et nous verrons beaucoup d'autres types de phénomènes mais nous ne les voyons qu'avec des ondes gravitationnelles qui ont une certaine période d'oscillation. Une période de quelques millisecondes. Nous verrons, dans les 20 prochaines années, des ondes gravitationnelles qui auront des périodes d'heures. 
Le laboratoire LIGO de Livingston, en Louisiane (à gauche) a été utilisé pour détecter les ondes gravitationnelles émises par la collision de deux trous noirs (illustré à droite).Crédits : LIGO
Avec des détecteurs similaires à LIGO qui volent dans l'espace, nous verrons, probablement dans les 5 prochaines années, des ondes gravitationnelles qui s'étendent sur des années en utilisant une technique de radioastronomie qui implique le suivi de ce que nous appelons des pulsars.
Nous verrons probablement dans les 5 prochaines années, sûrement les 10 prochaines années, des ondes gravitationnelles avec des périodes presque aussi longues que l'âge de l'univers. Grâce à des motifs qu'ils créent dans le ciel, nous appelons le fond diffus cosmologique.
Nous aurons quatre fenêtres d'ondes gravitationnelles différentes ouvertes au cours des 20 prochaines années et chacune d'entre elles verra quelque chose de différent. Nous allons sonder la naissance de l'univers avec ça. La soi-disant «ère inflationniste» de l'univers. Nous allons sonder la naissance des forces fondamentales et comment elles sont apparues. Nous les regarderons naître dans les premiers instants de l'univers en utilisant les ondes gravitationnelles. Nous allons voir des trous noirs entrer en collision, ce que nous faisons actuellement, mais d'énormes trous noirs entrent en collision. Nous verrons les étoiles se déchirer par des trous noirs.
Nous verrons juste une gamme fantastique de choses que nous n'avons jamais vues auparavant et cela continuera pendant des siècles comme l'astronomie optique a duré des siècles. Ce n'est que le début.
Vous avez travaillé avec Christopher Nolan et Paul Franklin pour construire la science et les visuels derrière Interstellaire. Quelle était la précision du trou noir dans le film, Gargantua ?
C'est la représentation la plus précise qui soit apparue dans un film hollywoodien. Oliver James, qui est scientifique en chef à Paul Franklin la société de Double négation , avec une certaine insistance de ma part, a inventé une toute nouvelle façon de faire de l'imagerie. Il produit des images qui sont plus lisses et plus précises dans ce sens. C'est ce dont vous avez besoin pour un film IMAX.
Nous avons utilisé un nouvel ensemble de techniques, mais en utilisant un ensemble de techniques plus anciennes, les astrophysiciens ont construit des images comme l'image de Gargantua remontant à 1980. Cela a été fait pour la première fois par Jean-Pierre Luminet en France. Des images de trous noirs qui ressemblent à Gargantua sont là, mais vous les avez rarement vues dans la littérature astrophysique. Ce n'est pas quelque chose que les astronomes voient réellement avec leurs télescopes. 
Gargantua, le trou noir fictif représenté dans le film Interstellar.(Crédit : Warner Bros.)
C'est la version la plus haute résolution, la version la plus convaincante et la version la plus captivante. Mais des descriptions précises ont déjà été faites par des astrophysiciens.
Dans le film, le professeur Brand explique qu'au moment où Cooper reviendra de son voyage interstellaire, il aurait résolu le problème de la gravité. Quel était ce problème ?
Dans le film, la Terre est en train de mourir biologiquement et il ne reste que quelques millions de personnes. La quête du professeur Brand et des personnes qui travaillent avec lui est de découvrir s'il est possible de retirer les personnes restantes de la Terre dans des colonies spatiales. Ils n'avaient pas la puissance d'une fusée pour le faire. Ils avaient le pouvoir de construire des colonies spatiales sur Terre mais n'avaient pas la puissance de fusée pour les décoller.
Dans le film, il y a des anomalies gravitationnelles qui se sont produites assez soudainement et cette étrangeté de la gravité qui a commencé à se produire a suggéré au professeur Brand qu'il pourrait être possible de contrôler la gravité ou de changer son comportement.
Ce qu'il voulait faire, c'était réduire l'attraction gravitationnelle de la terre assez longtemps pour utiliser la puissance d'une petite fusée pour nous soulever. La question était alors d'apprendre à exploiter ces anomalies. Vous voyez un exemple de l'anomalie dans la chambre de Murph - la chute de poussière. Pouvez-vous exploiter ces anomalies et réellement réduire la gravité de la Terre ?
Quelle est la distance entre l'humanité et les voyages interstellaires ?
Je pense que nous le ferons probablement, mais pas dans moins de trois siècles environ. C'est très très difficile.
Il y a des idées sur la façon dont vous pourriez le faire, impliquant généralement de placer des gens dans des colonies spatiales qui durent des générations. Il y a des idées de propulsion que les gens ont eues qui me font penser que les êtres humains y parviendront dans trois ou quatre siècles.
Lisez notre interview avec l'artiste d'effets visuels oscarisé derrière Interstellaire , Paul Franklin.
Robin Seemangal se concentre sur la NASA et le plaidoyer pour l'exploration spatiale. Il est né et a grandi à Brooklyn, où il réside actuellement. Retrouvez-le sur Instagram pour plus de contenu lié à l'espace : @not_gatsby.
