Les trous noirs sont très forts pour aspirer la matière. Tellement bien, en fait, que même la lumière ne peut leur échapper (d’où leur nom).
Mais compte tenu de leur talent de consommateurs, pourquoi les trous noirs ne continuent-ils pas à s’étendre et à se dilater pour avaler tout simplement l’Univers ? L’un des plus grands physiciens du monde a trouvé une nouvelle explication.
Cette idée pourrait également réunir les deux plus grandes théories de la physique.
Le chercheur à l’origine de cette nouvelle explication n’est autre que Leonard Susskind, physicien de l’université de Stanford, également connu comme l’un des pères de la théorie des cordes.
Il a récemment donné son avis sur le paradoxe dans une série d’articles, qui suggèrent essentiellement que les trous noirs se développent en augmentant leur complexité vers l’intérieur – une caractéristique que nous ne voyons pas connectée lorsque nous les observons de loin.
En d’autres termes, ils se développent vers l’intérieur et non vers l’extérieur.
Plus étrange encore, cette hypothèse pourrait avoir un parallèle avec l’expansion de notre propre Univers, qui semble également se développer de manière contre-intuitive.
“Je pense que c’est une question très, très intéressante de savoir si la croissance cosmologique de l’espace est liée à la croissance d’une certaine forme de complexité”, a cité Susskind dans The Atlantic.
“Et si l’horloge cosmique, l’évolution de l’univers, est liée à l’évolution de la complexité. Là, je ne connais pas la réponse.”
Susskind spécule peut-être sur l’évolution de l’Univers, mais ses réflexions sur la raison pour laquelle les trous noirs grandissent plus à l’intérieur qu’à l’extérieur méritent d’être décortiquées.
Pour l’instant, ces travaux n’ont été publiés que sur le site de préimpression arXiv.org, et n’ont donc pas encore été examinés par des pairs. Cela signifie que nous devons les prendre avec un gros grain de sel pour le moment. En outre, ce type de recherche est, par nature, théorique.
Mais il y a là des idées assez cool qui méritent d’être déballées. Pour ce faire, nous devons revenir aux bases pour un moment. Alors… accrochez-vous bien.
Pour les non-initiés, les trous noirs sont des masses denses qui déforment l’espace au point que même la lumière (lisez : l’information) n’a pas la vitesse de fuite nécessaire pour en sortir.
Les premiers fondements théoriques solides d’un tel objet sont apparus naturellement dans les mathématiques de la relativité générale d’Einstein en 1915. Depuis lors, des objets physiques correspondant à ces prédictions ont été repérés, souvent au centre de galaxies.
Une analogie courante consiste à imaginer les dimensions de l’espace et du temps comme une feuille de caoutchouc lisse. De même qu’un objet lourd creuse des fossettes dans la feuille de caoutchouc, la masse déforme la géométrie de l’espace-temps.
Les propriétés de la feuille de caoutchouc de notre Univers signifient qu’elle peut former un profond entonnoir de gravité qui s’étend vers le bas sans s’étendre beaucoup plus vers l’extérieur.
La plupart des objets s’étendent vers l’extérieur lorsque vous ajoutez de la matière, et non vers l’intérieur. Comment pouvons-nous donc commencer à nous représenter ce phénomène ? Les feuilles de caoutchouc sont des analogies utiles, mais seulement jusqu’à un certain point.
Pour comprendre le comportement de la matière dans ce contexte super extensible, nous devons regarder ailleurs. Heureusement, la physique dispose d’un deuxième livre de règles sur le fonctionnement de l’univers, la mécanique quantique, qui décrit comment les particules et leurs forces interagissent.
Les deux livres de règles de la GR et de la QM ne sont cependant pas toujours d’accord. Les petites choses interprétées à travers le prisme de la relativité générale n’ont pas beaucoup de sens. Et les grandes choses comme les trous noirs produisent du charabia lorsque les règles de la mécanique quantique sont appliquées.
Cela signifie qu’il nous manque quelque chose d’important – quelque chose qui nous permettrait d’interpréter la caractéristique de flexion de l’espace de la relativité générale en termes de masses finies et de particules médiatrices de force.
L’un des candidats est la correspondance anti-de Sitter/théorie des champs formelle, abrégée en Ads/CFT. Il s’agit d’une idée du type “la théorie des cordes rencontre l’espace quadridimensionnel”, qui vise à réunir le meilleur de la mécanique quantique et de la relativité générale.
Selon ce cadre, la complexité quantique d’un trou noir – le nombre d’étapes nécessaires pour le ramener à un état antérieur au trou noir – se reflète dans son volume. Le même raisonnement est à l’origine d’une autre idée révolutionnaire, le principe holographique.
Les détails exacts ne sont pas à prendre à la légère, mais ils sont disponibles gratuitement sur le site arXiv.org si vous voulez avoir votre dose de mathématiques pour la journée.
On pourrait croire que vous avez téléchargé des films sur votre bureau pour vous apercevoir qu’il est désormais “plus grand” à l’intérieur. Aussi ridicule que cela puisse paraître, dans l’environnement extrême d’un trou noir, une plus grande puissance de calcul pourrait en effet se traduire par une augmentation du volume interne. C’est du moins ce que suggère la modélisation Ads/CFT de Susskind.
La théorie des cordes elle-même est l’une de ces belles idées qui attendent une victoire empirique. Nous sommes donc encore loin de pouvoir marier la mécanique quantique et la relativité générale.
La suggestion de Susskind selon laquelle la complexité quantique est responsable en dernier ressort du volume d’un trou noir a amené les physiciens à réfléchir à ses répercussions. Après tout, les trous noirs ne ressemblent pas à un espace ordinaire, et nous ne pouvons donc pas nous attendre à ce que les règles ordinaires s’appliquent.
Mais si quelqu’un vaut la peine d’être écouté sur le sujet, c’est probablement cet homme.
Cette recherche est disponible sur arXiv.org.