si les hypothèses de la physique quantique des trous noirs étaient vraies, leurs horizons devraient être embrasés par des particules de haute énergie. Il y a six ans, un groupe d’astrophysiciens a réalisé de façon surprenante que si certaines hypothèses sur la physique quantique des trous noirs étaient vraies, leur horizon devrait s’enflammer de particules énergétiques
Ce “pare-feu” poserait un gros problème, pas seulement pour les touristes de l’espace suicidaires, mais pour la physique elle-même. Il ne devrait tout simplement pas être là.
Nous pouvons peut-être respirer un peu plus facilement maintenant, mais seulement si nous imaginons les trous noirs comme des endroits plutôt poilus.
Trois physiciens de l’université d’État de l’Ohio, aux États-Unis, ont trouvé un moyen novateur de résoudre un problème qui frustre les amateurs de trous noirs depuis quelques années en se tournant vers la théorie des cordes.
Les trous noirs sont des objets d’une densité tellement démesurée que la matière qui y entre ne peut jamais se déplacer assez vite pour en ressortir et se transforme en un état mixte quantique.
Une chose qui semble ressortir des trous noirs, ce sont les paradoxes. Il y en a beaucoup.
Et nous sommes sur le point de vous présenter les plus importants d’entre eux.
La liste des paradoxes
Le paradoxe le plus célèbre est sans doute la contradiction entre le fait que l’information soit mélangée à l’intérieur d’un trou noir et une loi physique qui stipule que l’information ne peut être ni créée ni détruite.
Le regretté Stephen Hawking a proposé une échappatoire qui pourrait contourner ce problème. Les fluctuations des champs entourant un trou noir pourraient donner naissance à des paires de particules qui, normalement, s’annuleraient mutuellement.
Si l’une d’entre elles, proche du bord du trou, s’y glissait et que sa partenaire antiparticulaire s’envolait, la question de l’impossibilité de détruire l’information pourrait trouver une solution.
Le rayonnement de Hawking n’a jamais été observé, mais les physiciens considèrent qu’il s’agit d’une hypothèse assez sûre. Malheureusement, il s’accompagne de son propre paradoxe.
Même séparés de part et d’autre de l’horizon d’un trou noir, ils restent intriqués grâce à leur origine commune. C’est une façon de dire, en mécanique quantique, que si l’on mesure une propriété d’une particule, on sait immédiatement quelque chose sur l’autre.
Une particule qui disparaît à l’intérieur du trou noir s’emmêle également avec tout le rayonnement de Hawking qui s’est échappé du trou noir dans le passé. Malheureusement, cela va à l’encontre d’une autre propriété fondamentale, appelée “monogamie de l’intrication “.
À l’instar de l’accouplement le plus amoureux de l’univers, deux particules qui sont intriquées au maximum l’une dans l’autre ne peuvent pas en intégrer une troisième dans leur relation. Une particule qui se dirige vers le cœur d’un trou noir commet un grave adultère.
Le divorce est possible dans le monde des particules, mais c’est désordonné. Et violent.
Alors que le bruit général des fluctuations quantiques érode progressivement les enchevêtrements les plus robustes au fil du temps, il y a une dizaine d’années, les physiciens ont découvert ce que l’on appelle la mort subite par enchevêtrement (MSE ).
Appliquée aux trous noirs, cette découverte a donné aux particules mariées une issue immédiate. Mais la théorie veut que la rupture soudaine libère d’énormes quantités d’énergie en une seule fois, créant un pare-feu de malheur au seuil de l’horizon des événements du trou noir.
Ce qui, comme vous pouvez le deviner, entraîne un autre paradoxe, celui-ci impliquant le principe d’équivalence.
En effet, un observateur traversant l’horizon des événements en chute libre devrait avoir l’impression de flotter librement dans l’espace. Un touriste se dirigeant vers un trou noir pourrait être lentement transformé en nouille humaine par les forces de marée, mais ce premier pas au-delà de la ligne de non-retour ne devrait pas être différent du voyage précédent.
L’explosion d’une énergie intense serait presque certainement considérée comme un “changement soudain”, marquant l’horizon des événements d’une manière qui, selon la physique, ne devrait pas être possible.
Quelle est donc la réponse ?
Le physicien Samir Mathur ne pense pas que cette limite soit aussi importante qu’on le croit.
“Ce que nous avons montré dans cette nouvelle étude est une faille dans l’argument du pare-feu”, déclare Mathur.
la théorie des cordes, qui décrit les informations composant les particules sous la forme de minuscules boucles unidimensionnelles vibrant dans des dimensions multiples. Les travaux antérieurs de Mathur tournent autour de
Avec ses collègues, Mathur a montré comment ces cordes ne subissent pas le même sort que les particules qu’elles composent, préservant finalement l’information au sein de la singularité. Le paradoxe de l’information pourrait techniquement être évité.
Mais cela ne signifie pas nécessairement qu’il n’y a pas de rayonnement de Hawking, et donc pas de pare-feu. Mathur a donc montré que ces cordes pouvaient transformer une frontière bien définie en quelque chose d’un peu plus… flou.
“L’argument du pare-feu semblait être un moyen rapide de prouver qu’un objet tombant à travers l’horizon se consume”, explique Mathur.
“Mais nous voyons maintenant qu’il ne peut y avoir d’argument aussi rapide ; ce qui se passe ne peut être décidé que par des calculs détaillés dans la théorie des cordes.”
Les objets qui s’approchent des trous noirs auraient au contraire une chance négligeable de heurter les particules de plus haute énergie produites par l’EDD, ce qui signifie une fois de plus que la frontière n’est pas un endroit spécial en ce qui concerne notre intrépide touriste de l’espace.
“Une fois qu’une personne tombant dans le trou noir est emmêlée dans les cordes, il n’y a pas de moyen facile de décider ce qu’elle va ressentir”, dit Mathur.
La théorie des cordes reste l’une de ces belles idées qui attendent un soutien empirique.
La bonne nouvelle, c’est que cette expérience pourrait être un moyen de trouver cette preuve. La mauvaise nouvelle, c’est que tout scientifique intrépide prêt à la tester gagnerait des honneurs à titre posthume.
Toutefois, offrir des câlins gratuits de boules spatiales duveteuses serait une bonne chose pour l’industrie du tourisme spatial.
Cette recherche a été publiée dans le Journal of High Energy Physics.