Crédit d'image: NASA
Stephen Hawking et Kip Thorne pourraient devoir à John Preskill un ensemble d'encyclopédies.
En 1997, les trois cosmologistes ont fait un pari célèbre pour savoir si les informations qui entrent dans un trou noir cessent d'exister - c'est-à-dire si l'intérieur d'un trou noir est modifié du tout par les caractéristiques des particules qui y pénètrent.
Les recherches de Hawking suggèrent que les particules n'ont aucun effet. Mais sa théorie a violé les lois de la mécanique quantique et a créé une contradiction connue sous le nom de «paradoxe de l'information».
Aujourd'hui, les physiciens de l'Ohio State University ont proposé une solution utilisant la théorie des cordes, une théorie qui soutient que toutes les particules de l'univers sont constituées de minuscules cordes vibrantes.
Samir Mathur et ses collègues ont dérivé un vaste ensemble d'équations qui suggèrent fortement que les informations continuent d'exister - liées dans un enchevêtrement géant de cordes qui remplit un trou noir de son noyau à sa surface.
Les résultats suggèrent que les trous noirs ne sont pas des entités lisses et sans caractéristiques, comme les scientifiques l'ont longtemps pensé.
Au lieu de cela, ce sont des «boules de flou» filandreuses.
Mathur, professeur de physique à l'Ohio State, soupçonne que Hawking et Thorne ne seront pas particulièrement surpris par les résultats de l'étude, qui paraît dans le numéro du 1er mars de la revue Nuclear Physics B.
Dans leur pari, Hawking, professeur de mathématiques à l'Université de Cambridge, et Thorne, professeur de physique théorique à Caltech, parient que les informations qui pénètrent dans un trou noir sont détruites, tandis que Preskill - également professeur de physique théorique à Caltech - prend la vue opposée. Les enjeux étaient un ensemble d'encyclopédies.
«Je pense que la plupart des gens ont abandonné l'idée que l'information a été détruite une fois que l'idée de la théorie des cordes a pris de l'importance en 1995». Dit Mathur. "C'est juste que personne n'a été en mesure de prouver que l'information a survécu auparavant."
Dans le modèle classique de la formation des trous noirs, un objet supermassif, comme une étoile géante, s'effondre pour former un très petit point de gravité infinie, appelé singularité. Une région spéciale dans l'espace entoure la singularité, et tout objet qui traverse la frontière de la région, connu sous le nom d'horizon des événements, est tiré dans le trou noir, pour ne jamais revenir.
En théorie, même la lumière ne peut pas s'échapper d'un trou noir.
Le diamètre de l'horizon des événements dépend de la masse de l'objet qui l'a formé. Par exemple, si le soleil s'effondrait en une singularité, son horizon d'événements mesurerait environ 3 kilomètres (1,9 miles) de diamètre. Si la Terre emboîtait le pas, son horizon d'événements ne mesurerait que 1 centimètre (0,4 pouce).
Quant à ce qui se trouve dans la région entre une singularité et son horizon d'événements, les physiciens ont toujours dessiné un blanc, littéralement. Quel que soit le type de matériau constituant la singularité, la zone à l'intérieur de l'horizon des événements était censée être dépourvue de toute structure ou caractéristique mesurable.
Et c'est là que réside le problème.
«Le problème avec la théorie classique est que vous pourriez utiliser n'importe quelle combinaison de particules pour faire le trou noir - protons, électrons, étoiles, planètes, peu importe - et cela ne ferait aucune différence. Il doit y avoir des milliards de façons de faire un trou noir, mais avec le modèle classique, l'état final du système est toujours le même ,? Dit Mathur.
Ce type d'uniformité viole la loi de réversibilité mécanique quantique, a-t-il expliqué. Les physiciens doivent être capables de retracer le produit final de tout processus, y compris le processus qui fait un trou noir, jusqu'aux conditions qui l'ont créé.
Si tous les trous noirs sont identiques, aucun trou noir ne peut être retracé à son début unique, et toute information sur les particules qui l'ont créé est perdue à jamais au moment où le trou se forme.
"Personne ne croit vraiment cela maintenant, mais personne ne pourrait jamais trouver quoi que ce soit de mal avec l'argument classique, non plus," Dit Mathur. "Nous pouvons maintenant proposer ce qui a mal tourné."
En 2000, les théoriciens des cordes ont nommé le paradoxe de l'information numéro huit sur leur liste des dix premiers problèmes de physique à résoudre au cours du prochain millénaire. Cette liste comprenait des questions telles que "quelle est la durée de vie d'un proton" et «comment la gravité quantique peut-elle expliquer l'origine de l'univers»?
Mathur a commencé à travailler sur le paradoxe de l'information lorsqu'il était professeur adjoint au Massachusetts Institute of Technology, et il a attaqué le problème à plein temps après avoir rejoint la faculté de l'État de l'Ohio en 2000.
Avec le chercheur postdoctoral Oleg Lunin, Mathur a calculé la structure des objets qui se trouvent entre des états de chaîne simples et de grands trous noirs classiques. Au lieu d'être de minuscules objets, ils se sont avérés être grands. Récemment, lui et deux doctorants - Ashish Saxena et Yogesh Srivastava - ont découvert que la même image d'une? Boule de fuzz? a continué de s'appliquer aux objets ressemblant plus à un trou noir classique. Ces nouveaux résultats apparaissent dans Nuclear Physics B.
Selon la théorie des cordes, toutes les particules fondamentales de l'univers - protons, neutrons et électrons - sont constituées de différentes combinaisons de cordes. Mais aussi minuscules que soient les cordes, Mathur pense qu'ils peuvent former de grands trous noirs grâce à un phénomène appelé tension fractionnelle.
Les cordes sont extensibles, dit-il, mais chacune porte une certaine tension, tout comme une corde de guitare. Avec une tension fractionnée, la tension diminue à mesure que la corde s'allonge.
Tout comme une longue corde de guitare est plus facile à pincer qu'une courte corde de guitare, un long brin de cordes mécaniques quantiques réunies est plus facile à étirer qu'une seule corde, a déclaré Mathur.
Donc, quand un grand nombre de cordes se rejoignent, comme elles le feraient pour former les nombreuses particules nécessaires à un objet très massif comme un trou noir, la boule de cordes combinée est très extensible et s'étend à un large diamètre.
Lorsque les physiciens de l'État de l'Ohio ont dérivé leur formule pour le diamètre d'un trou noir flou fait de cordes, ils ont constaté qu'elle correspondait au diamètre de l'horizon des événements du trou noir suggéré par le modèle classique.
Étant donné que la conjecture de Mathur suggère que les cordes continuent d'exister à l'intérieur du trou noir et que la nature des cordes dépend des particules qui composaient le matériau d'origine, chaque trou noir est aussi unique que les étoiles, les planètes ou la galaxie. qui l'a formé. Les cordes de tout matériau ultérieur entrant dans le trou noir resteraient également traçables.
Cela signifie qu'un trou noir peut être retracé à ses conditions d'origine et que les informations survivent.
Cette recherche a été financée en partie par le département américain de l'Énergie.
Source d'origine: communiqué de presse de l'Ohio State University
