Les trous de ver pourraient aider à résoudre le fameux paradoxe des trous noirs, selon un nouvel article amusant
Qu’advient-il des informations après qu’elles ont franchi l’horizon des événements d’un trou noir ?
Il a été suggéré que la géométrie des trous de ver pourrait nous aider à résoudre ce problème épineux, mais les mathématiques sont pour le moins délicates.
Dans un nouvel article, une équipe internationale de physiciens a trouvé une solution pour mieux comprendre comment un trou noir qui s’effondre peut éviter d’enfreindre les lois fondamentales de la physique quantique (nous y reviendrons).
Bien que très théoriques, les travaux suggèrent qu’il y a probablement des choses qui nous échappent dans la quête pour résoudre la relativité générale avec la mécanique quantique.
“Nous avons découvert une nouvelle géométrie de l’espace-temps avec une structure en forme de trou de ver qui avait été négligée dans les calculs conventionnels”, explique le physicien Kanato Goto de l’université Cornell et du RIKEN au Japon.
“L’entropie calculée en utilisant cette nouvelle géométrie donne un résultat complètement différent.”
Le paradoxe de l’information des trous noirs est l’une des tensions non résolues entre la théorie de la relativité générale d’Einstein et la mécanique quantique.
Selon la relativité générale, l’horizon des événements d’un trou noir est un point de non-retour. Tout ce qui passe au-delà de ce point critique est inexorablement aspiré dans le puits de gravité du trou noir, et aucune vitesse dans l’Univers, pas même celle de la lumière dans le vide, n’est suffisante pour s’échapper. C’est fini, c’est tout. Kaput. Irrécupérable.
Puis, dans les années 1970, Stephen Hawking a suggéré que, si l’on tient compte de la mécanique quantique, les trous noirs pourraient finalement émettre un rayonnement.
Selon la théorie, ce rayonnement résulte de l’interférence du trou noir avec les propriétés ondulatoires des particules qui l’entourent, ce qui le fait “briller” d’une température d’autant plus élevée que le trou noir est petit.
Au final, cette lueur devrait permettre au trou noir de se réduire à néant.
“C’est ce qu’on appelle l’évaporation du trou noir, car le trou noir rétrécit, tout comme une goutte d’eau qui s’évapore”, explique Goto.
Étant donné que la “lueur” ne ressemble pas à ce qui est entré dans le trou noir, il semblerait que ce qui est entré dans le trou noir évaporé ait disparu pour de bon. Mais selon la mécanique quantique, l’information ne peut pas simplement disparaître de l’Univers. De nombreux physiciens ont exploré la possibilité que, d’une manière ou d’une autre, cette information soit codée dans le rayonnement de Hawking.
Goto et son équipe ont voulu explorer mathématiquement cette idée en calculant l’entropie du rayonnement de Hawking autour d’un trou noir. Il s’agit de la mesure du désordre dans un système, qui peut être utilisée pour diagnostiquer une perte d’information dans le rayonnement de Hawking.
Selon un article de 1993 du physicien Don Page, si le désordre s’inverse et que l’entropie tombe à zéro lorsqu’un trou noir disparaît, le paradoxe de l’information manquante devrait être évité. Malheureusement, rien dans la mécanique quantique ne permet cette inversion.
C’est là qu’intervient le trou de ver, ou du moins une réplique mathématique de celui-ci dans le cadre de modèles très spécifiques de l’Univers. Il s’agit d’une connexion entre deux régions d’une feuille courbe de l’espace-temps, un peu comme un pont traversant un ravin.
Le fait d’y penser de cette façon, en conjonction avec les trous noirs, nous donne un moyen différent de calculer l’entropie du rayonnement de Hawking, explique Goto.
“Un trou de ver relie l’intérieur du trou noir et le rayonnement à l’extérieur, comme un pont”, explique-t-il.
Lorsque l’équipe a effectué ses calculs en utilisant le modèle du trou de ver, ses résultats ont correspondu à la courbe d’entropie de Page. Cela suggère que les informations aspirées au-delà de l’horizon des événements d’un trou noir ne sont peut-être pas perdues à jamais après tout.
Mais il reste, bien sûr, des questions à résoudre. Tant que nous n’y aurons pas répondu, nous ne pourrons pas considérer le paradoxe de l’information des trous noirs comme définitivement résolu.
“Nous ne connaissons toujours pas le mécanisme de base de la façon dont l’information est emportée par le rayonnement”, déclare Goto. “Nous avons besoin d’une théorie de la gravité quantique.”
Ces recherches ont été publiées dans le Journal of High Energy Physics.
Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche
