“L’information peut s’échapper d’un trou noir à la fois à l’extérieur et éventuellement dans un autre univers” (Paradoxe de Stephen Hawking)

Le paradoxe de l'information sur le trou noir de Hawking

On a dit que Newton nous avait donné des réponses ; Stephen Hawking nous a posé des questions. Un trio de physiciens semble faire un pas de plus vers la résolution du paradoxe de l’information du trou noir, l’un des mystères physiques les plus intrigants de notre époque.

Les choses peuvent sortir d’un trou noir à la fois à l’extérieur et éventuellement dans un autre univers.

“L’espace-temps semble s’effondrer dans un trou noir, ce qui implique que l’espace-temps n’est pas le niveau racine de la réalité, comme le suggère le célèbre paradoxe que Stephen Hawking a décrit pour la première fois il y a cinq décennies, mais émerge de quelque chose de plus profond”, observe George Musser, auteur. d’action fantasmagorique à distance, pour Quanta à propos de la théorie séminale de Hawking selon laquelle, dans un mariage fougueux de la relativité et de la physique quantique, lorsqu’un trou noir se forme puis s’évapore complètement en émettant un rayonnement, l’information qui est entrée dans le trou noir ne peut pas en ressortir et est inévitablement perdue, violant le lois de la physique qui insistent sans équivoque sur le fait que l’information ne peut jamais être totalement perdue.

Entrez dans Einstein – La dissolution de l’espace-temps

En 2003, Hawking a trouvé un moyen pour que l’information puisse s’échapper pendant l’évaporation du trou, mais il n’a pas prouvé que l’information s’échappe, donc le paradoxe a continué jusqu’à maintenant. “Ce ne sont pas les prisons éternelles auxquelles on pensait autrefois”, a déclaré Hawking. “Les choses peuvent sortir d’un trou noir à la fois à l’extérieur et éventuellement dans un autre univers.”

“Bien qu’Einstein ait conçu la gravité comme la géométrie courbe de l’espace-temps, sa théorie détaille également la dissolution de l’espace-temps, ce qui explique finalement pourquoi l’information peut s’échapper de sa prison gravitationnelle”, ajoute Musser, résumant une série historique de calculs par trois physiciens. qui montrent que l’information s’échappe d’un trou noir par le fonctionnement de la gravité ordinaire avec une seule couche d’effets quantiques, ce qui semble impossible par définition sur la base des nouveaux calculs gravitationnels que la théorie d’Einstein permet, mais que Hawking n’a pas inclus.

“La chose la plus excitante depuis Hawking”

“C’est la chose la plus excitante qui soit arrivée dans ce domaine, je pense, depuis Hawking”, a déclaré l’un des co-auteurs, Donald Marolfu de l’Université de Californie, Santa Barbara.

“C’est à partir de cette zone mystérieuse – où la relativité et la mécanique quantique ne s’accordent pas tout à fait, que la question de savoir ce qu’il advient de l’information dans un trou noir émerge”, déclare le chercheur Henri Maxfield à l’Université de Californie à Santa Barbara pour calculer le contenu en information quantique d’un trou noir et son rayonnement.

La grande question

Maxfield a été co-auteur d’un article, co-écrit avec les physiciens Ahmed Almheiri de l’Institute for Advanced Study et Netta Engelhardt et Marolf UC Santa Barbara du MIT en 2019, qui nous rapproche un peu plus, dit Maxfield, “de la résolution du trou noir paradoxe de l’information. “L’espoir était que si nous pouvions répondre à cette question – si nous pouvions voir les informations sortir – pour ce faire, nous aurions dû en apprendre davantage sur la théorie microscopique”, a déclaré Geoff Penington de l’Université de Californie à Berkeley, faisant allusion à une théorie entièrement quantique de la gravité.

“Les trous noirs brillent et rayonnent doucement”

“Cela remonte à ce problème dans les années 1970 que Stephen Hawking a découvert”, a expliqué Maxfield. Les trous noirs – ces vides extrêmement denses et à haute gravité dans l’espace-temps – ne sont pas complètement “noirs”. “Ils brillent et rayonnent doucement”, a-t-il déclaré. Et ce faisant, les trous noirs se sont évaporés. Mais un élément des calculs de Hawking, a poursuivi Maxfield, est que cet état de “rayonnement de Hawking” détruit les informations sur l’état quantique d’origine du matériau aspiré dans le trou.

“C’est très différent de ce que fait la mécanique quantique”, a déclaré Maxfield. “En principe, les lois de la physique sont complètement réversibles.” En d’autres termes, les informations sur l’état quantique d’origine du matériau devraient exister sous une forme ou une autre. “Il y avait donc ce conflit selon lequel la mécanique quantique se comporte d’une manière et la gravité semble se comporter d’une autre manière.”

Le sommet de l’iceberg

“Nous étions intéressés par quelque chose de étroitement lié, qui essayait d’identifier où se trouvent les informations”, a déclaré Maxfield à propos du chemin non linéaire vers leur calcul comme “une modification du calcul de Hawking” – en l’élargissant pour inclure une méthode de quantification du informations.

Une fois que le trou noir s’est réduit à la moitié de sa taille – cela prend très longtemps – l’information quantique commence à sortir. C’est ce que l’on attend de la mécanique quantique.

“Il y a donc ce rayonnement précoce lorsque le trou noir est encore jeune qui ne contient pas vraiment d’informations”, a déclaré Maxfield à propos de leur calcul de la quantité d’informations stockées dans un trou noir lorsqu’il s’évapore, et de la découverte que la quantité d’informations diminue en effet avec le temps. « Mais une fois que le trou noir a diminué de moitié – cela prend très longtemps – l’information quantique commence à sortir. C’est ce que l’on attend de la mécanique quantique.

Le calcul effectué par Maxfield, Englehardt, Almheiri et Geoff Penington (qui effectuait simultanément un travail très similaire à Stanford), rapporte l’UC Santa Barbara, n’est que la pointe de l’iceberg.

Le plus gros indice que nous ayons eu

“Cela ne signifie pas que nous avons complètement tout compris”, a déclaré Maxfield. “Mais c’est le plus grand indice que nous ayons eu depuis très longtemps sur la façon dont cette tension est résolue.”

“Ils ont constaté que l’information sortait, même s’ils n’avaient pas toutes les raisons pour lesquelles elle sortait”, a commenté Marolf. “Mais l’idée est que c’est une première étape. Si vous avez un moyen d’effectuer ce calcul, vous devriez pouvoir ouvrir ce calcul et comprendre quel est le mécanisme physique. Nous espérons que ce calcul nous donnera un aperçu des processus quantiques dans les trous noirs et de la manière dont les informations en sortent.

“Je suis très résistant aux gens qui viennent et disent:” J’ai une solution uniquement en mécanique quantique et en gravité “”, a déclaré Nick Warner, sceptique, de l’Université de Californie du Sud. “Parce que ça nous a déjà fait tourner en rond.”

Max Goldberg via UC Santa Barbara et Quanta

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