Un paradoxe de trou noir apparemment insoluble proposé pour la première fois par le physicien Stephen Hawking pourrait enfin être résolu – par des trous de ver à travers espace-temps.
Le “trou noir le paradoxe de l’information “fait référence au fait que l’information ne peut pas être détruite dans l’univers, et pourtant, lorsqu’un trou noir finit par s’évaporer, toute information engloutie par cet aspirateur cosmique devrait avoir disparu depuis longtemps. La nouvelle étude propose que le paradoxe pourrait être résolu par le code de triche ultime de la nature : trous de verou des passages dans l’espace-temps.
“Un trou de ver relie l’intérieur du trou noir et le rayonnement à l’extérieur, comme un pont”, a déclaré Kanato Goto, physicien théoricien au programme interdisciplinaire de sciences théoriques et mathématiques du RIKEN au Japon. dit dans un communiqué.
Selon la théorie de Goto, une deuxième surface apparaît à l’intérieur de l’horizon des événements d’un trou noir, la frontière au-delà de laquelle rien ne peut s’échapper. Les fils d’un trou de ver relient cette surface au monde extérieur, enchevêtrant les informations entre l’intérieur du trou noir et les fuites de rayonnement sur ses bords.
Paradoxe de l’information sur les trous noirs
Dans les années 1970, Hawking a découvert que les trous noirs ne sont pas exactement noirs, mais au début, il n’a pas réalisé le problème géant qu’il avait créé. Avant sa découverte, les physiciens avaient supposé que les trous noirs étaient extrêmement simples. Bien sûr, toutes sortes de choses compliquées y sont tombées, mais les trous noirs ont verrouillé toutes ces informations, pour ne plus jamais les revoir.
Mais Hawking a découvert que les trous noirs libèrent des radiations, et peut éventuellement s’évaporer entièrement, dans un processus maintenant connu sous le nom de rayonnement de Hawking Mais ce rayonnement ne transportait lui-même aucune information. En effet, il ne le pouvait pas ; par définition, l’horizon des événements d’un trou noir empêche l’information de sortir. Ainsi, lorsqu’un trou noir s’évapore et disparaît finalement de l’univers, où sont passées toutes ses informations enfermées ?
En rapport: 4 théories bizarres de Stephen Hawking qui se sont avérées justes
C’est le paradoxe de l’information du trou noir. Une possibilité est que l’information puisse être détruite, ce qui semble violer tout ce que nous savons sur la physique. (Par exemple, si des informations peuvent être perdues, vous ne pouvez pas reconstruire le passé à partir d’événements présents ou prédire des événements futurs.) Au lieu de cela, la plupart des physiciens tentent de résoudre le paradoxe en trouvant un moyen – n’importe quel moyen – pour l’information à l’intérieur du noir. trou de s’échapper à travers le rayonnement Hawking. Ainsi, lorsque le trou noir disparaît, l’information est toujours présente dans l’univers.
Quoi qu’il en soit, décrire ce processus nécessite une nouvelle physique.
“Cela suggère que le général relativité et mécanique quantique tels qu’ils se présentent actuellement sont incompatibles les uns avec les autres “, a déclaré Goto.” Nous devons trouver un cadre unifié pour le quantum la gravité. “
Une histoire de deux entropies
En 1992, le physicien Don Page, un ancien étudiant diplômé de Hawking, a vu le problème du paradoxe de l’information d’une autre manière. Il a commencé par regarder intrication quantique, c’est-à-dire lorsque des particules distantes ont leurs destins liés. Cet enchevêtrement agit comme la connexion mécanique quantique entre le rayonnement de Hawking et le trou noir lui-même. Page a mesuré la quantité d’intrication en calculant “l’entropie d’intrication”, qui est une mesure de la quantité d’informations contenues dans le rayonnement Hawking intriqué.
Dans le calcul original de Hawking, aucune information ne s’échappe et l’entropie d’intrication augmente toujours jusqu’à ce que le trou noir disparaisse finalement. Mais Page a découvert que si les trous noirs libèrent effectivement des informations, l’entropie d’intrication augmente initialement ; puis, à mi-chemin de la durée de vie du trou noir, il diminue avant d’atteindre finalement zéro, lorsque le trou noir s’évapore (c’est-à-dire que toutes les informations à l’intérieur du trou noir se sont finalement échappées).
Si les calculs de Page sont corrects, cela suggère que si les trous noirs permettent aux informations de s’échapper, alors quelque chose de spécial doit se produire vers la moitié de leur vie. Bien que le travail de Page n’ait pas résolu l’information paradoxale, il a donné aux physiciens quelque chose de juteux sur lequel travailler. S’ils pouvaient donner aux trous noirs une crise de la quarantaine, alors cette solution pourrait simplement résoudre le paradoxe.
À travers le trou de ver
Plus récemment, plusieurs équipes de théoriciens ont appliqué des techniques mathématiques empruntées à théorie des cordes – une approche pour unifier la relativité d’Einstein avec la mécanique quantique – pour examiner ce problème. Ils examinaient comment l’espace-temps près d’un horizon d’événements pourrait être plus complexe que les scientifiques ne le pensaient initialement. Comment complexe? Aussi complexe que possible, permettant toutes sortes de courbes et de flexions à l’échelle microscopique.
Leur travail a conduit à deux caractéristiques surprenantes. L’un était l’apparition d’une “surface extrême quantique” juste en dessous de l’horizon des événements. Cette surface intérieure modère la quantité d’informations sortant du trou noir. Au départ, ça ne fait pas grand chose. Mais lorsque le trou noir est à mi-chemin de sa vie, il commence à dominer l’intrication, réduisant la quantité d’informations libérées) de sorte que l’entropie d’intrication suit les prédictions de Page.
Deuxièmement, les calculs ont révélé la présence de trous de ver – beaucoup d’entre eux. Ces trous de ver semblaient connecter la surface extrême quantique à l’extérieur du trou noir, permettant à l’information de contourner l’horizon des événements et d’être libérée sous forme de rayonnement de Hawking.
Mais ces travaux antérieurs n’étaient appliqués qu’à des modèles “jouets” hautement simplifiés (tels que des versions unidimensionnelles de trous noirs). Avec le travail de Goto, ce même résultat a maintenant été appliqué à des scénarios plus réalistes – une avancée majeure qui rapproche ce travail de l’explication de la réalité.
Pourtant, il y a beaucoup de questions. D’une part, il n’est pas encore clair si les trous de ver qui apparaissent dans le mathématiques sont les mêmes trous de ver que nous considérons comme des raccourcis dans le temps et dans l’espace.
Ils sont si profondément enfouis dans les mathématiques qu’il est difficile de déterminer leur signification physique. D’une part, cela pourrait signifier que des trous de ver littéraux entrent et sortent d’un trou noir en évaporation. Ou cela pourrait simplement être un signe que l’espace-temps près d’un trou noir n’est pas local, ce qui est une caractéristique de l’intrication – deux particules intriquées n’ont pas besoin d’être en contact causal pour s’influencer mutuellement.
L’un des autres problèmes majeurs est que, si les physiciens ont identifié un mécanisme possible pour soulager le paradoxe, ils ne savent pas comment cela fonctionne réellement. Il n’y a pas de processus connu qui effectue réellement le travail de prendre les informations qui se trouvent à l’intérieur d’un trou noir et de les coder dans le rayonnement de Hawking. En d’autres termes, les physiciens ont construit une voie possible pour résoudre le paradoxe de l’information, mais ils n’ont trouvé aucun moyen de construire les camions qui empruntent cette voie.
“Nous ne connaissons toujours pas le mécanisme de base de la façon dont l’information est emportée par les radiations”, a déclaré Goto. “Nous avons besoin d’une théorie de la gravité quantique.”
Publié à l’origine sur Live Science.