Les trous noirs peuvent avoir des « poils » quantiques ; comprendre

Les Trous Noirs Peuvent Avoir Des « Poils » Quantiques

Selon les lois de la relativité générale, ce qui tombe dans un trou noir, reste dans un trou noir. Il s’avère que maintenant, de nouvelles recherches suggèrent que le matériau à l’intérieur peut laisser une empreinte quantique sur le champ gravitationnel externe.

Les trous noirs peuvent avoir des poils quantiques
Les trous noirs seraient non seulement des « mangeurs » insatiables, mais pourraient également émettre des radiations. Image : Martin Capek –

Si elle était confirmée, cette découverte résoudrait un problème de longue date en physique : le paradoxe de l’information sur les trous noirs de Stephen Hawking. Dans les années 1970, Hawking a calculé que les trous noirs n’étaient peut-être pas entièrement à sens unique ; ils pouvaient émettre des radiations – connues sous le nom de radiations de Hawking.

Cependant, ce rayonnement de Hawking est simplement un rayonnement thermique, ou de la chaleur, et ne contient aucune information sur l’origine du trou noir ou sur la matière qui y a disparu. En d’autres termes, mesurer le rayonnement lui-même ne dirait rien de son histoire.

Comme le souligne le site Web LiveScience, le paradoxe survient parce que les lois de la mécanique quantique stipulent que l’information ne peut pas être perdue. « Connaître l’état final d’un objet fournit des indices sur son état initial, ce qui vous permet de rembobiner le film », a déclaré Xavier Calmet, physicien à l’Université du Sussex en Angleterre qui a dirigé la nouvelle recherche.

Les trous noirs unissent la mécanique quantique et la théorie générale de la relativité d’Einstein

Si un trou noir avale irrévocablement des informations, ces lois ne peuvent pas être correctes. La contradiction en fait l’endroit idéal pour tester comment la mécanique quantique et la théorie générale de la relativité d’Albert Einstein s’imbriquent. « Ce que nous montrons, c’est que les deux théories sont beaucoup plus compatibles que les gens ne le pensaient, qu’il n’y a pas de paradoxe », a déclaré Calmet.

L’idée que ces phénomènes ont très peu de caractéristiques pour les distinguer les uns des autres s’appelle le « théorème glabre », une métaphore d’abord faite par le physicien John Wheeler. L’idée est que, mis à part la masse, la charge et le spin, les trous noirs n’ont pas de caractéristiques distinctives – pas de «coiffure», de «coupe» ou de «couleur» pour les distinguer.

Dans leur nouvel article, publié dans la revue Lettres d’examen physique, Calmet et ses collègues ont découvert que les trous noirs peuvent en effet « avoir des cheveux », quoique très subtils. Les chercheurs travaillent en gravité quantique, un domaine qui cherche à comprendre les forces gravitationnelles grâce à la mécanique quantique.

À l’aide de calculs développés au cours de la dernière décennie, l’équipe de recherche a comparé deux étoiles théoriques qui s’effondrent dans des trous noirs de même taille, charge et spin, mais qui ont une composition chimique initiale différente. Le «théorème sans poils» soutient qu’il est impossible de dire si les étoiles qui ont créé ces deux trous noirs étaient initialement différentes l’une de l’autre.

Cependant, les calculs de l’équipe ont montré qu’il y avait des différences dans le champ gravitationnel externe. Plus précisément, les informations sur sa composition étaient stockées dans les gravitons, une particule élémentaire hypothétique située entre les forces gravitationnelles de la gravité quantique. « Nous avons découvert que la gravité quantique nous permet de trouver la différence dans le champ gravitationnel », a déclaré Calmet. « Il y a un souvenir dans le champ gravitationnel de ce qui est entré dans le trou noir. »

Il y a plusieurs efforts pour rechercher des informations qui fuient des trous noirs. L’observatoire d’ondes gravitationnelles à interféromètre laser (LIGO) analyse les ondulations spatio-temporelles créées par des objets massifs. En 2037, l’Agence spatiale européenne (ESA) prévoit de lancer trois engins spatiaux pour détecter les ondes gravitationnelles de l’espace, dans une mission connue sous le nom d’antenne spatiale à interféromètre laser (LISA).

Selon Calmet, les découvertes ont suscité l’intérêt de la communauté des physiciens, mais il ne s’attend pas à ce que les résultats soient acceptés du jour au lendemain. « La plupart des gens s’attendaient à ce que vous deviez changer la physique d’une manière ou d’une autre pour que cela fonctionne », a-t-il déclaré à propos du paradoxe de l’information sur les trous noirs.

Calmet et son équipe espèrent maintenant utiliser leurs découvertes pour approfondir les possibilités de la gravité quantique, qui est encore un domaine avec de nombreuses théories concurrentes et aucune réponse claire quant à laquelle est la bonne. « Cela pourrait nous aider à avancer vers une théorie de la gravité quantique », a déclaré Calmet.

Avez-vous regardé nos nouvelles vidéos sur Youtube? Abonnez-vous à notre chaîne !