Nous avons parcouru un long chemin en 13,8 milliards d'années; mais malgré notre compréhension impressionnante de l'Univers, il reste encore quelques cordes non liées. D'une part, il y a le décalage souvent cité entre la relativité générale, la physique des très grands, et la mécanique quantique, la physique des très petits. Il y a ensuite le sort problématique des informations intrinsèques d'une particule après qu'elle tombe dans un trou noir. Maintenant, une nouvelle interprétation de la physique fondamentale tente de résoudre ces deux énigmes en faisant une affirmation audacieuse: à certaines échelles, l'espace et le temps n'existent tout simplement pas.
Commençons par quelque chose qui n'est pas en cause. Grâce à la théorie d'Einstein de la relativité restreinte, nous pouvons tous convenir que la vitesse de la lumière est constante pour tous les observateurs. Nous pouvons également convenir que, si vous n'êtes pas un photon, l'approche de la vitesse de la lumière s'accompagne de règles assez amusantes - à savoir, quiconque vous regarde verra votre longueur se comprimer et votre montre ralentir.
Mais le ralentissement du temps se produit également à proximité d'objets puissants par gravité, qui sont décrits par la relativité générale. Donc, s'il vous arrive de faire du tourisme au centre de la Voie lactée et que vous prenez la décision regrettable de vous rapprocher trop de l'horizon des événements de notre trou noir supermassif (plus sinistrement connu comme son point de non-retour), quiconque observe vous verrez également votre montre ralentir. En fait, il ou elle sera témoin de votre mouvement vers l'horizon des événements ralentir considérablement au cours d'une infini quantité de temps; c'est-à-dire que du point de vue de votre ami maintenant traumatisé, vous ne traversez jamais l'horizon des événements. Cependant, vous ne ressentirez aucune différence dans la progression du temps lorsque vous passerez devant cette barrière invisible, qui sera bientôt spaghettifiée par l'immense gravité du trou noir.
Alors, qui est «correct»? La relativité dicte que le point de vue de chaque observateur est également valable; mais dans cette situation, vous ne pouvez pas avoir raison tous les deux. Faites-vous face à votre disparition au cœur d'un trou noir, ou pas? (Remarque: ce n'est pas strictement un paradoxe, mais intuitivement, cela semble un peu collant.)
Et il y a un problème supplémentaire, plus important. On pense que l'horizon des événements d'un trou noir est à l'origine du rayonnement de Hawking, une sorte d'énergie qui s'échappe et qui finira par entraîner à la fois l'évaporation du trou noir et la destruction de toute la matière et de l'énergie qui étaient autrefois retenues à l'intérieur. Ce concept fait que les physiciens du trou noir se grattent la tête. Parce que selon les lois de la physique, toutes les informations intrinsèques sur une particule ou un système (à savoir la fonction d'onde quantique) doivent être conservées. Il ne peut pas simplement disparaître.
Pourquoi tous ces paradoxes bizarres? Parce que les trous noirs existent dans l'espace nébuleux où une singularité rencontre la relativité générale - un terrain fertile, mais inexploité pour la théorie insaisissable de tout.
Entrez deux concepts intéressants mais controversés: relativité doublement spéciale et arc-en-ciel de gravité.
Tout comme la vitesse de la lumière est une constante universellement acceptée en relativité restreinte, il en est de même de l'énergie de Planck en relativité doublement spéciale (DSR). Dans DSR, cette valeur (1,22 x 1019 GeV) est l'énergie maximale (et donc la masse maximale) qu'une particule peut avoir dans notre Univers.
Deux conséquences importantes de la valeur énergétique maximale du DSR sont les unités minimales de temps et d'espace. Autrement dit, que vous soyez en mouvement ou immobile, dans un espace vide ou près d'un trou noir, vous conviendrez que l'espace classique se décompose à des distances plus courtes que la longueur de Planck (1,6 x 10-35 m) et le temps classique se décompose à des moments plus courts que le temps de Planck (5,4 x 10-44 seconde).
En d'autres termes, l'espace-temps est discret. Il existe en unités indivisibles (quoique très petites). Quantum ci-dessous, classique ci-dessus. Ajoutez la relativité générale dans l'image et vous obtenez la théorie de l'arc-en-ciel de la gravité.
Les physiciens Ahmed Farag Ali, Mir Faizal et Barun Majumder pensent que ces théories peuvent être utilisées pour expliquer les énigmes du trou noir susmentionnées - à la fois votre spaghettification controversée et le paradoxe de l'information. Comment? Selon le DSR et l'arc-en-ciel de gravité, dans les régions inférieures à 1,6 x 10-35 m et parfois inférieure à 5,4 x 10-44 sec… l'Univers tel que nous le connaissons n'existe tout simplement pas.
"Dans l'arc-en-ciel de gravité, l'espace n'existe pas en dessous d'une certaine longueur minimale, et le temps n'existe pas en dessous d'un certain intervalle de temps minimum", a expliqué Ali, qui, avec Faizal et Majumder, a rédigé un article sur ce sujet qui a été publié le mois dernier. . "Ainsi, tous les objets existant dans l'espace et se produisant à un moment n'existent pas en dessous de cette longueur et de cet intervalle de temps [qui sont associés à l'échelle de Planck]."
Heureusement pour nous, chaque particule que nous connaissons, et donc chaque particule dont nous sommes faits, est beaucoup plus grande que la longueur de Planck et dure beaucoup plus longtemps que le temps de Planck. Alors - ouf! - vous et moi et tout ce que nous voyons et savons peut continuer d'exister. (Ne fouillez pas trop profondément.)
L'horizon des événements d'un trou noir, cependant, est une autre histoire. Après tout, l'horizon des événements n'est pas fait de particules. C'est de l'espace-temps pur. Et selon Ali et ses collègues, si vous pouviez l'observer sur des échelles de temps ou de distance extrêmement courtes, cela n'aurait plus de sens. Ce ne serait pas du tout un point de non-retour. Selon eux, le paradoxe n'apparaît que lorsque vous traitez l'espace-temps comme continu - sans unités minimales de longueur et de temps.
«Comme le paradoxe de l’information dépend de l’existence de l’horizon des événements et qu’un horizon des événements comme tous les objets n’existe pas en dessous d’une certaine longueur et d’un certain intervalle de temps, il n’existe donc pas de paradoxe absolu de l’information dans l’arc-en-ciel de la gravité. L'absence d'horizon efficace signifie que rien n'empêche absolument les informations de sortir du trou noir », a conclu Ali.
Pas d'horizon d'événement absolu, pas de paradoxe informationnel.
Et qu'en est-il de votre spaghettification dans le trou noir? Encore une fois, cela dépend de l'échelle à laquelle vous choisissez d'analyser votre situation. Dans l’arc-en-ciel de gravité, l’espace-temps est discret; par conséquent, les mathématiques révèlent que vous (le trompeur condamné) et votre observateur assisteront à votre disparition dans un laps de temps fini. Mais dans la formulation actuelle de la relativité générale, où l'espace-temps est décrit comme continu, le paradoxe se pose. Celui qui tombe, eh bien, tombe; pendant ce temps, l'observateur ne voit jamais le tombeur passer l'horizon des événements.
"La leçon la plus importante de cet article est que l'espace et le temps n'existent qu'au-delà d'une certaine échelle", a déclaré Ali. «Il n'y a pas d'espace et de temps en dessous de cette échelle. Par conséquent, il est insensé de définir des particules, de la matière ou tout objet, y compris des trous noirs, qui existent dans l'espace et le temps en dessous de cette échelle. Ainsi, tant que nous nous confinons aux échelles auxquelles l'espace et le temps existent, nous obtenons des réponses physiques sensées. Cependant, lorsque nous essayons de poser des questions à des intervalles de temps et de temps inférieurs aux échelles auxquelles l'espace et le temps existent, nous finissons par avoir des paradoxes et des problèmes. »
Pour récapituler: si l'espace-temps se poursuit à des échelles arbitrairement petites, les paradoxes demeurent. Si, cependant, l'arc-en-ciel de la gravité est correct et que la longueur de Planck et le temps de Planck sont la plus petite unité d'espace et de temps qui existe fondamentalement, nous sommes en clair… du moins, mathématiquement parlant. Malheureusement, les échelles Planck sont beaucoup trop petites pour que nos collisionneurs de particules modernes et maigres puissent sonder. Donc, du moins pour l'instant, ce travail fournit un autre résultat purement théorique.
Le document a été publié dans le numéro du 23 janvier d'Europhysics Letters. Une pré-impression du document est disponible ici.
