Un nouveau document explique ce qui se passe réellement lorsque l’on touche un trou noir

Il est communément admis qu’au bord de chaque trou noir se trouve une porte dérobée vers l’Univers – une sortie de la réalité vers un nouveau royaume où les lois fondamentales de la nature, comme le temps, ne se comportent plus comme nous les comprenons.

Ce qui se passe une fois ce seuil franchi est un mystère de longue date sur lequel les plus grands scientifiques du monde se penchent depuis des décennies, sans grand résultat.

Aujourd’hui, un article récent, présenté lors d’une conférence à Paris cette semaine, propose une solution en examinant les trous noirs sous un angle totalement différent

Adoptant une approche novatrice de ce problème séculaire, la théorie propose qu’il n’y a pas de porte dérobée vers l’Univers en premier lieu. Au contraire, les trous noirs sont des corps impénétrables, appelés boules de poils.

Les boules de poils (oui, les boules de poils) sont les nouveaux trous noirs

Samir Mathur, professeur de physique à l’université d’État de l’Ohio et unique auteur de l’article, explique qu’en vous approchant de la boule de poils, votre corps sera détruit mais, curieusement, vous ne mourrez pas. Au contraire, vous serez transformé en une copie de vous-même, sous forme d’hologramme, qui sera à jamais incrustée à la surface de la boule de poils.

NASA

Mathur décrit la surface comme une fine région floue de l’espace au lieu d’une caractéristique lisse et distincte, ce qui lui a valu le nom de “fuzzball”.

Lorsqu’il a annoncé pour la première fois sa théorie de la boule floue en 2003, celle-ci a enthousiasmé la communauté scientifique car elle offrait une solution à un paradoxe persistant concernant les trous noirs.

Ce paradoxe a été découvert par l’astrophysicien Stephen Hawking il y a plus de 40 ans et, depuis, les scientifiques tentent de l’expliquer.

Cependant, les calculs initiaux de Mathur n’étaient pas conformes aux autres théories bien établies qui décrivent la nature des trous noirs. Il a donc passé plus de 15 ans à façonner et à mûrir son argumentation.

Aujourd’hui, son dernier article a franchi une étape importante, suggérant que son image des trous noirs comme machines à copier holographiques de l’Univers, bien que bizarre, pourrait signifier que les boules de poils sont vraiment la façon dont les scientifiques devraient penser à ces mystérieuses bêtes cosmiques pour mieux comprendre leur comportement.

Mais certains scientifiques sont sceptiques quant aux conclusions de Mathur. Bien qu’elles soutiennent sa vision originale des trous noirs, elles suggèrent que vous ne survivrez pas du tout à votre rencontre avec une boule de poils, mais que vous subirez une mort ardente.

Les environnements les plus extrêmes de l’espace

NASA

Ce qui rend les trous noirs si exotiques est leur puissante emprise gravitationnelle, qui agit comme un puits profond dans l’espace, déformant l’espace et le temps autour et à l’intérieur.

De plus, cette emprise a le pouvoir d’avaler tout ce qui passe trop près, y compris la lumière. Cela signifie que tout ce qui tombe dans le puits ne revient jamais, ce qui rend presque impossible de déterminer ce qui se passe au-delà du bord d’un trou noir.

Cela n’a pas empêché Hawking de tenter de trouver des réponses au début des années 70.

Contrairement à Mathur, Hawking imaginait les trous noirs avec des portes dérobées par lesquelles la matière était attirée par la gravité. Hawking a donc commencé à explorer ce qui se passe juste derrière cette porte, quelques instants avant de passer du côté obscur pour l’éternité.

Ce qu’il a découvert en 1976, en suivant les lois bien établies de la physique établies à l’origine par Albert Einstein, Paul Dirac et bien d’autres, était choquant : Les trous noirs ne consomment pas seulement de la matière par leur porte arrière. Ils l’émettent également sous forme de rayonnement.

Un paradoxe gênant

Bien qu’il s’agisse d’une découverte capitale – le rayonnement a depuis été baptisé ” rayonnement de Hawking” – elle a engendré une question embarrassante, appelée “paradoxe de l’information sur les trous noirs”, que les scientifiques n’ont pas encore résolue.

NASA/ESA

Mais Mathur pense y être parvenu avec sa théorie de la boule de neige.

Le rayonnement de Hawking est généré par ce qui tombe en premier dans un trou noir, selon la théorie de Hawking.

Une partie de ce qui tombe est recrachée tandis que le reste est piégé à l’intérieur du trou noir, où il est finalement détruit et perdu à jamais. C’est là qu’apparaît le paradoxe : L’un des concepts les plus fondamentaux de la physique stipule qu’aucune matière dans l’Univers ne peut être complètement perdue ou détruite, ce qui contredit directement l’hypothèse initiale de Hawking.

Mis à part ce petit problème, la logique du célèbre astrophysicien était à toute épreuve. Et les scientifiques d’aujourd’hui, y compris Mathur, considèrent toujours le rayonnement de Hawking comme un composant plausible des trous noirs, bien qu’il n’ait pas encore été observé.

Près de 30 ans plus tard, Hawking n’a pas proposé de solution convaincante au paradoxe qu’il a découvert, mais Mathur pourrait le faire. Ce que Mathur a fait différemment est de considérer les trous noirs comme une surface solide qui n’a pas de porte dérobée.

Résoudre le paradoxe de l’information

Les trous noirs de type “fuzzball” décrits par Mathur sont impénétrables et, par conséquent, ne comportent pas de zone où des matériaux peuvent tomber dedans. Au contraire, tout objet attiré par l’attraction gravitationnelle d’un trou noir de type “fuzzball” tombe à sa surface.

Zhaoyu Li/NASA/JPL-Caltech/Observatoire du mont Misti

Lorsque cela se produit, une copie quasi parfaite des objets est créée sous la forme d’un hologramme. Cet hologramme vit ensuite à la surface du trou noir, tandis que la copie originale nourrit la boule de poils.

Lorsque Mathur a commencé à explorer cette théorie au début du siècle, ses premiers calculs suggéraient que votre jumeau holographique était une copie parfaite de votre moi original. Cependant, d’autres scientifiques ont soutenu qu’une copie parfaite était impossible car l’univers tend à favoriser l’imperfection.

Le dernier article de Mathur résout cette question, en montrant comment des copies légèrement altérées pourraient être possibles.

À partir de là, Mathur a réussi à résoudre le paradoxe de l’information des trous noirs de deux manières :

  1. En supprimant le royaume exotique à l’intérieur d’un trou noir où l’information est mystérieusement détruite et perdue à jamais.
  2. En expliquant exactement ce qui arrive aux matériaux lorsqu’ils atteignent un trou noir et comment ils sont tous préservés et aucun n’est perdu.

Des chaînes de boules de feu

Pour expliquer mathématiquement ses hypothèses, Mathur s’appuie sur un cadre théorique de la physique appelé théorie des cordes, qui suggère que toutes les particules de l’Univers sont constituées de minuscules cordes unidimensionnelles qui vibrent et interagissent les unes avec les autres pour générer l’Univers qui nous entoure.

DrHitch/Shutterstock.com

(Cette idée est controversée car personne n’a jamais observé une corde. Pourtant, la théorie des cordes offre des solutions convaincantes à certains mystères scientifiques exceptionnels, comme la gravité quantique – également appelée “théorie unifiée du tout” – et les physiciens hésitent donc à l’abandonner pour le moment)

Les trous noirs flous de Mathur sont en fait des collections géantes de cordes en boule. En théorie, lorsqu’un objet touche la surface d’un trou noir, sa masse est convertie en lumière, générant une copie holographique de son ancien objet. Mais d’autres théoriciens des cordes ne sont pas d’accord.

S’appuyant sur la logique de Mathur, une équipe de physiciens de l’université de Californie a proposé en 2012 que tout objet tombant sur la surface d’une fuzzball soit immédiatement “brûlé à vif” et meure. La théorie du “pare-feu” de ce groupe a divisé la communauté scientifique entre partisans des fuzzballs et partisans des pare-feu.

Une expérience scientifique permettrait de résoudre ce problème.

Les accélérateurs de particules rassemblent des particules à une vitesse proche de celle de la lumière, ce qui peut générer des environnements extrêmes similaires à ceux de l’Univers primitif. On peut se demander si les accélérateurs les plus puissants du monde, ceux du CERN (Organisation européenne pour la recherche nucléaire), peuvent produire de minuscules trous noirs de cette manière.

Quoi qu’il en soit, un groupe croissant de scientifiques du monde entier soutient l’idée de Mathur et explore les différentes facettes de cette théorie. Plus ils creusent, plus il est probable qu’ils découvrent la vérité des fuzzballs.