Au cœur de chaque trou noir se trouve un problème. Alors qu’ils grésillent dans le néant au fil des éons, ils emportent avec eux un petit morceau de l’Univers. Ce qui, très franchement, n’est tout simplement pas dans le livre de règles.
C’est un paradoxe que le regretté Stephen Hawking nous a laissé dans le cadre de son travail révolutionnaire sur ces objets monstrueux, inspirant les chercheurs à bricoler des solutions potentielles pendant près d’un demi-siècle.
Quelque part entre les deux plus grandes théories jamais construites en physique, il y a un défaut minuscule mais significatif. Trouver une solution nous permettrait soit de modéliser la relativité générale comme un système semblable à des particules, soit de comprendre la physique quantique dans le contexte glissant de l’espace et du temps. Si ce n’est une combinaison des deux.
Une tentative récente d’une nouvelle théorie par des physiciens du Royaume-Uni, des États-Unis et d’Italie a certainement suscité un certain intérêt dans les médias généraux, bien qu’il faudra un certain temps avant que nous sachions d’une manière ou d’une autre si c’est la solution que nous recherchons si désespérément.
Mathématiquement, c’est une nouvelle version intelligente d’une idée qui a été lancée depuis un certain temps – celle qui pose que les trous noirs sont en quelque sorte “poilus”.
Pour comprendre pourquoi un trou noir poilu pourrait être utile en ce qui concerne les paradoxes, il est important de savoir pourquoi il y a un paradoxe pour commencer.
Les trous noirs sont des masses de matière si serrées que leur gravité plisse l’espace et le temps au point que rien ne peut atteindre la vitesse nécessaire pour s’échapper.
Normalement, ce ne serait pas un gros problème. Mais il y a environ un demi-siècle, Hawking s’est rendu compte que les trous noirs devaient “briller” d’une manière plutôt unique. Leur déformation de l’Univers modifierait la nature ondulatoire des champs quantiques environnants de sorte qu’une forme de rayonnement thermique serait produite.
Pour équilibrer les mathématiques, cela signifie que les trous noirs rayonneraient progressivement de l’énergie, rétréciraient à un rythme accéléré et finiraient par disparaître.
Ordinairement, les informations qui tombent dans un objet rayonnant comme une étoile seraient représentées dans le spectre désordonné de couleurs qui jaillissent de sa surface. Ou est laissé dans son enveloppe froide et dense après sa mort.
Ce n’est pas le cas pour les trous noirs. Si la théorie des radiations de Hawking est correcte, tout cela disparaîtrait. Ce qui compromet la grande règle de la physique quantique selon laquelle l’information qui fait d’une particule une particule est conservée dans l’Univers d’instant en instant.
Une partie importante du débat sur la nature de la banque d’informations d’un trou noir est la mesure dans laquelle les caractéristiques et le comportement de son contenu continuent d’affecter leur environnement même après qu’ils ont glissé par-dessus bord.
Il existe des solutions pour les trous noirs en relativité générale qui reconnaissent leur masse, leur moment cinétique et leur charge poussent et tirent toujours sur leur environnement local. Toutes les connexions restantes avec l’Univers sont décrites comme des cheveux, avec des théories qui supposent leur persistance comme des «théorèmes des cheveux du oui».
Avoir un peu de flou donnerait aux trous noirs un chemin pour que leurs informations quantiques restent bloquées dans l’Univers, même s’ils s’estompent avec le temps.
Les théoriciens ont donc été occupés à essayer de trouver des moyens de faire en sorte que les lois qui indiquent à l’espace et au temps comment se courber correspondent aux lois qui indiquent aux particules comment partager leurs informations.
Cette nouvelle solution applique la pensée quantique à la gravité sous la forme de particules théoriques appelées gravitons. Ce ne sont pas des particules authentiques comme les électrons et les quarks, car personne n’en a encore vu dans la chair. Ils pourraient même ne pas exister du tout.
Cela ne signifie pas que nous ne pouvons pas comprendre à quoi ils pourraient ressembler s’ils le faisaient, ou envisager d’éventuels états quantiques dans lesquels ils pourraient fonctionner.
Grâce à une série d’étapes logiques de la façon dont les gravitons pourraient potentiellement se comporter dans certaines conditions d’énergie, l’équipe démontre un modèle raisonnable pour la façon dont les informations à l’intérieur d’un trou noir peuvent rester connectées à l’espace environnant à travers sa ligne de non-retour – comme de légères péturbances du champ gravitationnel du trou noir (les cheveux).
En tant que théorie, c’est une théorie intéressante basée sur un cadre solide. Mais il reste encore un long chemin à parcourir avant de pouvoir marquer « résolu » sur ce paradoxe.
D’une manière générale, il y a deux façons dont la science progresse. L’une est de voir quelque chose d’étrange et d’essayer d’en rendre compte. L’autre est de deviner quelque chose d’étrange, puis d’essayer de le trouver.
Avoir une carte théorique comme celle-ci est inestimable dans notre voyage vers une solution à l’un des paradoxes les plus déroutants de la physique.
Cette recherche a été publiée dans Physical Review Letters.
