Les premiers signes de la gravité quantique pourraient se cacher dans la surface des trous noirs
Lorsqu’en 1916, Karl Schwarzschild publie une première solution aux équations d’Einstein, l’intérêt de la communauté scientifique est limité. Ce n’est qu’en 1939, avec l’interprétation de Robert Oppenheimer, que la notion de trous noirs commence à émerger. Ces objets, définis par la théorie de la relativité générale, représentent une déformation extrême de l’espace-temps, où la courbure et l’attraction gravitationnelle deviennent infinies, attirant tout ce qui s’en approche, y compris la lumière.
L’intérêt pour les trous noirs s’est intensifié grâce aux travaux de Stephen Hawking et de Jacob Bekenstein dans les années 1970. Ces recherches ont établi que les trous noirs possèdent une « structure microscopique possible », influençant profondément notre compréhension de l’espace-temps. En 1972, Hawking démontre que la surface d’un trou noir augmente proportionnellement à la masse de tout objet qui y tombe, un phénomène lié au deuxième principe de la thermodynamique, qui stipule que l’entropie d’un système ne diminue jamais.
La question de l’entropie des trous noirs a été soulevée par Bekenstein, qui a suggéré que leur surface pourrait être un indicateur de leur entropie. Si un objet, comme une tasse de thé chaud, tombait dans un trou noir, son entropie ne disparaîtrait pas mais serait compensée par une augmentation de l’entropie du trou noir. Hawking a ensuite établi une formule quantifiant cette relation, reliant la température des trous noirs à leur surface.
L’entropie, qui me les « options » d’un système, est généralement proportionnelle au volume. Cependant, pour les trous noirs, elle est proportionnelle à leur surface, suggérant que toutes les informations microscopiques sont codées à cette surface, sans ajout d’informations supplémentaires dans le volume intérieur.
Actuellement, la loi entropie-surface constitue un fondement essentiel de la gravité quantique. Tout modèle de gravité quantique doit expliquer cette entropie des trous noirs. La théorie des cordes, qui propose une origine quantique de la gravité, a réussi à établir la formule d’entropie-surface de Bekenstein.
Des physiciens envisagent que les théories microscopiques des trous noirs pourraient exister dans un espace-temps à une dimension inférieure, un principe holographique qui pourrait également s’appliquer à l’ensemble de l’espace-temps. Cette hypothèse remet en question notre compréhension de la structure de l’univers et de la gravité elle-même.
Source : Pour la Science
