Les «cheveux quantiques» pourraient résoudre le paradoxe du trou noir de Hawking, selon des scientifiques | Trous noirs

Le paradoxe de l’information sur les trous noirs de Stephen Hawking a tourmenté les scientifiques pendant un demi-siècle et conduit certains à remettre en question les lois fondamentales de la physique. Maintenant, les scientifiques disent qu’ils ont peut-être résolu le tristement célèbre problème en montrant que les trous noirs ont une propriété connue sous le nom de “cheveux quantiques”.

Si c’est exact, cela marquerait une avancée capitale dans la physique théorique.

Le professeur Xavier Calmet, de l’Université du Sussex, qui a dirigé les travaux, a déclaré qu’après avoir travaillé sur les mathématiques derrière le problème pendant une décennie, son équipe a fait une avancée rapide l’année dernière qui leur a donné l’assurance qu’ils l’avaient enfin résolu.

“Il était généralement admis au sein de la communauté scientifique que la résolution de ce paradoxe nécessiterait un énorme changement de paradigme en physique, forçant la reformulation potentielle de la mécanique quantique ou de la relativité générale”, a déclaré Calmet. “Ce que nous avons découvert – et je pense que c’est particulièrement excitant – c’est que ce n’est pas nécessaire.”

Le paradoxe de Hawking se résume à ceci : les règles de la physique quantique stipulent que l’information est conservée. Les trous noirs posent un défi à cette loi car une fois qu’un objet pénètre dans un trou noir, il est essentiellement parti pour de bon – avec toute information encodée dedans. Hawking a identifié ce paradoxe et pendant des décennies, il a continué à confondre les scientifiques.

Il y a eu d’innombrables solutions proposées, y compris une “théorie du pare-feu” dans laquelle l’information était supposée brûler avant d’entrer dans le trou noir, la “théorie de la boule floue” dans laquelle on pensait que les trous noirs avaient des limites indistinctes, et diverses branches exotiques de la théorie des cordes. . Mais la plupart de ces propositions nécessitaient une réécriture des lois de la mécanique quantique ou de la théorie de la gravité d’Einstein, les deux piliers de la physique moderne.

Le paradoxe de Stephen Hawking a confondu les scientifiques pendant des décennies. Photographie : Triton / Kobal / Shutterstock / Sky Documentaries

En revanche, le théorème quantique des cheveux prétend résoudre le paradoxe en comblant le fossé entre la relativité générale et la mécanique quantique à l’aide d’une nouvelle formulation mathématique.

Le nom est un clin d’œil à l’opinion, basée sur la physique classique, selon laquelle les trous noirs peuvent être considérés comme des objets étonnamment simples, définis uniquement par leur masse et leur vitesse de rotation. La prédiction de trous noirs chauves et sans relief est surnommée le « théorème sans poils » depuis les années 1970.

Calmet et ses collaborateurs pensent que le trou noir est plus complexe – ou poilu. Comme la matière s’effondre dans un trou noir, suggèrent-ils, elle laisse une faible empreinte dans son champ gravitationnel. Cette empreinte est appelée “cheveux quantiques” et, selon les auteurs, fournirait le mécanisme par lequel l’information est préservée lors de l’effondrement d’un trou noir. Selon cette théorie, deux trous noirs avec des masses et des rayons identiques, mais avec une composition interne différente, auraient des différences très subtiles dans leurs champs gravitationnels.

« Notre solution ne nécessite aucune idée spéculative ; au lieu de cela, nos recherches démontrent que les deux théories peuvent être utilisées pour effectuer des calculs cohérents pour les trous noirs et expliquer comment les informations sont stockées sans avoir besoin d’une nouvelle physique radicale », a déclaré Calmet.

Il n’existe aucun moyen évident de tester la théorie par des observations astronomiques – les fluctuations gravitationnelles seraient trop infimes pour être mesurables. Mais la théorie est susceptible de faire l’objet d’un examen minutieux de la part de la communauté théorique.

“Lorsque vous avez une grosse réclamation, vous devez la sauvegarder”, a déclaré Calmet. Il a ajouté: “Il va falloir un certain temps pour que les gens acceptent pleinement cela. Le paradoxe existe depuis longtemps et vous avez des gens très célèbres partout dans le monde qui travaillent là-dessus depuis des années. »

Le travail est publié dans la revue Physical Review Letters.

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