Stephen Hawking a fait allusion à des recherches sur lesquelles il travaille avec quelques collègues et qui pourraient résoudre le fameux paradoxe de la théorie générale de la relativité, qui est censé être fondamentalement conservé, selon notre compréhension de la mécanique quantique. L’année dernière, le physicien théoricien britannique spécialiste du paradoxe de l’information des trous noirs, qui stipule que l’information sur la matière qui est détruite par un trou noir, selon la théorie d’Einstein, est fondamentalement conservée
Cet article a finalement été mis en ligne et, comme l’avait laissé entendre Hawking en août dernier, la solution à ce paradoxe pourrait résider dans les “cheveux” du trou noir qui se forment sur l’horizon des événements, laissant une sorte d’empreinte holographique bidimensionnelle de ce qui a été aspiré. Il affirme que l’existence de ces poils est prouvable et qu’elle pourrait lui valoir un prix Nobel.
Mais revenons un peu en arrière, car il y a beaucoup de choses à comprendre ici.
Tout d’abord, le paradoxe de l’information du trou noir. Le problème avec les trous noirs est que, selon la théorie générale de la relativité d’Einstein, en raison de ce que nous savons sur la façon dont la gravité interagit avec l’Univers et tout ce qu’il contient, toutes les informations qui franchissent la limite d’un trou noir – appelée horizon des événements – sont perdues à jamais. Même la lumière n’est pas protégée de ce phénomène, d’où le nom de trou noir.
Dans les années 1970, Hawking a proposé que l’Univers soit rempli de “particules virtuelles” qui, d’après ce que nous savons du fonctionnement de la mécanique quantique, entrent et sortent de l’existence et s’annihilent mutuellement dès qu’elles entrent en contact – sauf si elles apparaissent de part et d’autre de l’horizon des événements d’un trou noir. Comme l’explique Devin Powell sur Smithsonian.com, dans ce scénario, une particule est avalée et l’autre rayonne dans l’espace.
“Le rayonnement qui s’échappe vole de l’énergie au trou noir à mesure qu’il s’éloigne, de sorte que le trou noir perd de la masse au fil du temps. Il finit par s’évaporer et disparaître”, explique M. Powell. “Selon les calculs de Hawking, le rayonnement persistant – la seule trace d’un trou noir disparu – ne contient aucune information utile sur la façon dont le trou noir s’est formé et sur ce qu’il a mangé.”
Ainsi, lorsqu’un trou noir disparaît, selon ce que propose Hawking, l’information est perdue à jamais, ce qui pose problème, car la mécanique quantique stipule que l’information ne peut jamais être perdue. D’où le paradoxe.
Ethan Siegel/Starts with a Bang
En 1973, le physicien théoricien américain John Wheeler a inventé la phase “les trous noirs n’ont pas de cheveux”, ce qui a déclenché un grand débat sur la question de savoir si les trous noirs étaient “chauves” et sans caractéristiques, ou s’ils avaient des “cheveux”.
Le débat “cheveux ou pas” est le suivant : si les trous noirs sont chauves, cela signifie qu’il n’y aura aucune différence perceptible entre eux, quelle que soit l’information qu’ils ont aspirée – ils ont tous la même masse, la même charge électrique et le même moment angulaire, et aucune autre caractéristique distinctive.
En revanche, si les trous noirs ont des cheveux – ou, comme le décrit Michael Byrne sur Motherboard, “d’infimes déformations de l’espace-temps” – nous pouvons obtenir une certaine information sur ce qu’un trou noir individuel a consommé.
Hawking plaide depuis des années en faveur des “cheveux”, et affirme aujourd’hui qu’ils peuvent résoudre le paradoxe de l’information des trous noirs.
“Je propose que l’information soit stockée non pas à l’intérieur du trou noir comme on pourrait s’y attendre, mais à sa limite, l’horizon des événements”, a déclaré Hawking lors d’une conférence en août 2015. “Le message de cette conférence est que les trous noirs ne sont pas aussi noirs qu’on le dit. Ils ne sont pas les prisons éternelles que l’on croyait autrefois. Les choses peuvent sortir d’un trou noir à la fois à l’extérieur et éventuellement dans un autre univers.”
Dans l’article, qui a été publié en ligne sur arXiv.org, Hawking et ses collègues, le physicien Malcolm J. Perry de l’université de Cambridge et le physicien Andrew Strominger de l’université de Harvard, affirment avoir fait quelques pas concrets et prouvables vers l’explication de la façon dont l’information peut s’échapper d’un trou noir après y avoir été aspirée.
“Nous montrons que lorsqu’une particule chargée y pénètre, elle ajoute un photon doux au trou noir. Elle ajoute donc des “cheveux” au trou noir”, a déclaré M. Strominger à Seth Fletcher de Scientific American.
L’idée est que lorsque des particules chargées sont aspirées dans un trou noir, leurs informations laissent derrière elles une sorte d’empreinte holographique bidimensionnelle sur l’horizon des événements. Cela signifie qu’alors que tous les composants physiques d’un objet seraient totalement effacés par la rencontre d’un trou noir, son empreinte survit.
Ainsi, lorsque des particules de lumière (photons) sont éjectées par le trou noir – un phénomène connu sous le nom de ” rayonnement de Hawking” – elles peuvent récupérer l’empreinte holographique de l’horizon des événements et la ramener avec elles dans l’Univers. “L’information sur les particules entrantes est renvoyée, mais sous une forme chaotique et inutile”, a déclaré Hawking en août. “Cela résout le paradoxe de l’information. À toutes fins utiles, l’information est perdue.”
Nous avons entendu tout cela en août, mais maintenant que l’article a été publié en ligne, les arguments de Hawking, Perry et Strominger peuvent subir le processus d’examen par les pairs. Comme l’article n’a pas encore été soumis à une revue scientifique, le processus d’examen par les pairs restera informel, les scientifiques étant invités à soumettre leurs critiques.
Et nous commençons déjà à les entendre, comme l’explique Devin Powell sur Smithsonian.com :
“Personne n’a encore signalé d’erreur dans les calculs, mais des inquiétudes ont commencé à surgir quant au caractère incomplet de la théorie. Sabine Hossenfelder, du Nordic Institute for Theoretical Physics, s’interroge sur la quantité d’informations que les cheveux mous proposés pourraient encoder. Elle souligne également que l’article n’explique pas comment les cheveux, qui disparaîtraient avec le trou noir une fois celui-ci évaporé, transféreraient leurs informations au rayonnement qui subsiste.”
“Je ne suis pas du tout convaincue que la nouvelle idée proposée par Hawking, Perry et Strominger résout le problème de la perte d’information”, écrit Hossenfelder sur son blog, Backreaction. “Mais elle semble être une piste intéressante qui mérite d’être explorée plus avant”
Comme l’a admis Perry, lui, Hawking et Strominger ne sont pas sûrs à 100 % qu’il s’agisse de la bonne réponse au paradoxe de l’information des trous noirs, mais leur article est maintenant disponible pour que leurs pairs puissent piocher partout et les aider à le résoudre. “Nous disons que c’est une étape sur la voie”, conclut-il.
Pour plus d’informations, consultez l’interview de Seth Fletcher avec Strominger sur le site Scientific American, où les deux hommes discutent longuement de nombreux détails de l’article. Une chose est sûre, même si les détails de l’article dépassent la portée du commun des mortels, ils garantissent qu’aujourd’hui et les mois à venir seront un grand moment à vivre si vous êtes un physicien théorique.