Une île au cœur des trous noirs
La physique théorique est en crise depuis 1974, année où Stephen Hawking a émis l’idée que les trous noirs détruisent l’information qui y tombe. Hawking a démontré qu’un trou noir s’évapore progressivement, transformant sa masse et tout ce qu’il absorbe en un nuage de rayonnement, connu sous le nom de rayonnement de Hawking. Ce rayonnement est sans caractéristique permettant de retracer l’information initiale, ce qui soulève des questions fondamentales sur la conservation de l’information dans l’univers.
Depuis plus de quarante-cinq ans, les physiciens s’interrogent sur la préservation de l’information dans les trous noirs. Deux questions clés se posent : l’information est-elle conservée et, si oui, comment s’échappe-t-elle ? En 2019, des chercheurs ont commencé à assembler des éléments d’un nouveau cadre théorique, basé sur l’intrication quantique, suggérant qu’une partie de l’intérieur d’un trou noir, désignée comme « l’île », pourrait en réalité se trouver à l’extérieur.
Les trous noirs se forment lorsque suffisamment de matière est concentrée dans une région petite, provoquant un effondrement de l’espace-temps. Cette singularité marque un point de non-retour, connu sous le nom d’horizon des événements, à partir duquel rien, pas même la lumière, ne peut s’échapper.
En prenant en compte la théorie quantique, les trous noirs ne sont plus simplement des « ogres » de la relativité générale. Pour chaque quantité d’énergie qu’ils absorbent, ils restituent une quantité équivalente sous forme de rayonnement. Ce rayonnement provient d’un vide qui n’est pas réellement vide, mais rempli de particules virtuelles qui apparaissent et disparaissent. Près de l’horizon des événements, une partie de ces particules peut tomber dans le trou noir tandis que l’autre s’échappe, entraînant une perte d’énergie et une diminution progressive de la masse du trou noir.
Ce phénomène soulève une question cruciale : que devient l’information contenue dans un trou noir lorsqu’il s’évapore complètement ? L’analogie avec la combustion d’un livre suggère que l’information devrait être conservée, mais la complexité quantique rend la situation plus difficile à appréhender.
Le lien quantique entre les particules qui se séparent à l’horizon des événements maintient une intrication qui défie les principes classiques de la physique. Cela a conduit à des réflexions sur l’intrication quantique, un phénomène qui a été mis en avant par Einstein et ses collègues dans les années 1930. Les expériences modernes ont confirmé que deux particules intriquées sont corrélées, même à distance, ce qui remet en question notre compréhension de la causalité.
Le rayonnement de Hawking, constitué de paires de particules intriquées, émerge dans un état aléatoire, rendant impossible toute déduction utile sur le contenu du trou noir. Cela signifie qu’un trou noir qui s’évapore totalement agit comme un broyeur d’information.
Les physiciens ont tenté de résoudre ce paradoxe en examinant des modifications à la structure des trous noirs et en explorant des concepts tels que les « firewalls », des murs de particules de haute énergie qui pourraient interdire l’entrée dans le trou noir. Cependant, ces idées soulèvent de nouveaux paradoxes, notamment concernant la nature de l’espace-temps.
Des travaux récents suggèrent que des trous de ver pourraient relier des trous noirs, permettant un échange d’information. Cette hypothèse, bien que fascinante, nécessite une réévaluation des principes fondamentaux de la physique quantique et de la relativité.
La quête pour résoudre le paradoxe de l’information dans les trous noirs continue, avec des implications profondes pour notre compréhension de l’univers. Les physiciens restent optimistes, mais la complexité du sujet nécessite des recherches approfondies.
Source : Pour la Science
