Stephen Hawking, l’un des plus grands esprits de notre époque, est déc édé – laissant derrière lui de nombreux fans de science au cœur brisé.
Bien qu’il ait publié des articles jusqu’aux mois précédant sa mort, c’est en 2016 qu’il a publié l’un de ses articles les plus remarqués – une solution longtemps attendue au paradoxe de l’information sur les trous noirs.
En d’autres termes, il avait trouvé une explication potentielle à la façon dont les trous noirs peuvent simultanément effacer l’information et la conserver.
L’article a été publié à l’origine sur le site de pré-impression arXiv.org en janvier 2016, et finalement publié dans une revue à comité de lecture six mois plus tard – et il a fait les gros titres dans le monde entier.
Pour comprendre pourquoi c’était une si grosse affaire, et ce qu’est réellement le paradoxe de l’information des trous noirs, nous devons revenir à l’endroit où tout a commencé.
D’après la théorie générale de la relativité d’Einstein, tout ce qui traverse l’horizon des événements – la limite d’un trou noir – est perdu à jamais. Même la lumière ne peut pas s’échapper de ses griffes, c’est pourquoi les trous noirs sont appelés trous noirs (et aussi pourquoi il nous est impossible d’en voir un).
Mais dans les années 1970, Hawking a proposé que le rayonnement puisse s’échapper d’un trou noir, en raison des lois de la mécanique quantique. En termes très simples, il a suggéré que lorsqu’un trou noir avale la moitié d’une paire particule-antiparticule, l’autre particule rayonne dans l’espace, volant un peu d’énergie au trou noir en partant.
De ce fait, les trous noirs peuvent finir par disparaître, et la seule trace restante serait le rayonnement électromagnétique qu’ils ont émis – connu sous le nom de “rayonnement de Hawking “.
Le problème est que, selon les meilleurs calculs de Hawking, ce rayonnement ne contiendrait aucune information utile sur ce que le trou noir a mangé – l’information avalée aurait été perdue à jamais.
Et cela ne cadre pas avec notre compréhension de la physique moderne, qui stipule qu’il est toujours possible de remonter le temps. En théorie, du moins, les processus de l’Univers sont les mêmes, qu’ils se déroulent en avant ou en arrière.
Comme l’explique Dennis Overbye au New York Times :
“L’Univers, comme une sorte de superordinateur, est censé pouvoir garder la trace du fait qu’une voiture était un pick-up vert et l’autre une Porsche rouge, ou que l’une était faite de matière et l’autre d’antimatière. Ces choses peuvent être détruites, mais leurs “informations” – leurs attributs physiques essentiels – devraient être éternelles.”
D’où le paradoxe. Et c’est en fait une affaire importante, pas seulement pour les astrophysiciens, car si les règles de la mécanique quantique ne tiennent pas pour les trous noirs, comment savoir si elles s’appliquent au reste d’entre nous ?
En 2016, Hawking a proposé une solution au problème : les trous noirs pourraient en fait être entourés d’un halo de “cheveux doux”, capables de stocker des informations.
Ces “cheveux” ne sont pas réellement des cheveux – comme vous l’avez peut-être déjà supposé – mais sont en fait des excitations quantiques de faible énergie qui portent avec elles un modèle de signature de tout ce qui a été avalé par le trou noir, longtemps après son évaporation.
“Ce motif, comme les pixels de votre iPhone ou les sillons ondulés d’un disque vinyle, contient des informations sur ce qui a traversé l’horizon et a disparu”, écrivait alors Overbye.
Pour parvenir à cette conclusion, Hawking a identifié deux problèmes sous-jacents à ses hypothèses initiales. C’est pourquoi il affirme que ses calculs initiaux – qui suggéraient que les informations à l’intérieur d’un trou noir seraient perdues à jamais – étaient erronés.
Ces deux hypothèses étaient que le vide en gravité quantique est unique et que les trous noirs n’ont pas de “cheveux” quantiques.
Cela devient un peu complexe, mais ce qu’il faut savoir, c’est que Hawking a depuis révisé ses calculs et qu’il est pratiquement sûr que les trous noirs sont entourés d’un halo de “cheveux doux”.
Cette hypothèse a été examinée par des pairs et publiée dansPhysical Review Letters, et les chercheurs affirment que, même s’il reste du travail à faire, il s’agit d’une étape prometteuse vers la résolution du paradoxe de l’information.
“Il est important de noter que cet article ne résout pas le problème de l’information des trous noirs”, a écrit le physicien Gary Horowitz de l’Université de Californie, Santa Barbara, dans un commentaire d’accompagnement.
“Tout d’abord, l’analyse doit être répétée pour la gravité, plutôt que pour les seuls champs électromagnétiques. Les auteurs poursuivent actuellement cette tâche, et leurs calculs préliminaires indiquent que le cas purement gravitationnel sera similaire”, a-t-il ajouté.
“Plus important encore, le cheveu mou qu’ils introduisent n’est probablement pas suffisant pour capturer toutes les informations sur ce qui tombe dans un trou noir.”
Sa critique est qu’il n’est toujours pas clair si toutes les informations avalées par un trou noir peuvent vraiment être transférées aux cheveux mous – plutôt que d’être simplement une signature énergétique de tout ce qui a été perdu.
Mais il admet : “Il est certainement possible que, en suivant la voie indiquée par ce travail, des recherches plus poussées permettent de découvrir d’autres cheveux de ce type, et peut-être même de résoudre le problème de l’information des trous noirs”
Et ce serait certainement un jour de fête pour la physique. Car nous aurions fait un pas de plus vers la compréhension de certaines des plus grandes énigmes de l’Univers connu – les bizarreries que sont les trous noirs.
Qu’est-ce que cela signifie pour le reste d’entre nous ? Comme Hawking l’a expliqué dans une conférence en 2015 : “[Les trous noirs] ne sont pas les prisons éternelles que l’on croyait autrefois. Si vous avez l’impression d’être piégé dans un trou noir, n’abandonnez pas. Il existe un moyen d’en sortir.”
Et il se pourrait bien qu’il y ait une petite trace de vous s’attardant à l’extérieur, aussi.
Stephen Hawking, tu nous manques déjà.
Une version de cet article a été initialement publiée en juin 2016.