Denver - Les scientifiques ont développé une nouvelle méthode de voyage incroyablement dangereuse et incroyablement lente dans l'univers. Il comprend des trous de ver reliant des trous noirs spéciaux qui n'existent probablement pas. Et il peut expliquer ce qui se passe réellement lorsque les physiciens téléportent des informations quantiques d'un point à un autre, en termes de bit d'information téléporté.
Le physicien de Harvard Daniel Jafferis a parlé de la méthode proposée dans son discours du 13 avril à la réunion de l'American Physical Society. Cette méthode, a-t-il dit à ses collègues réunis, implique deux trous noirs qui sont enchevêtrés de telle manière qu'ils s'emmêlent dans l'espace et le temps.
Qu'est-ce qu'un trou de ver?
Leur idée résout un problème de longue date: quand quelque chose entre dans un trou de ver, une énergie négative est nécessaire pour sortir de l'autre côté (dans des circonstances normales, la forme de l'espace-temps à la sortie du trou de ver rend impossible le passage). La matière à densité d'énergie négative peut théoriquement surmonter cet obstacle. Mais dans la physique de la gravité et de l'espace-temps (la physique décrivant les trous de ver), la possibilité de telles impulsions d'énergie négative n'est pas fournie. Ainsi, il est impossible de passer à travers les trous de ver.
«Un trou de ver n'est qu'un tunnel dans l'espace, mais si vous essayez de le traverser, il s'effondre trop rapidement, vous ne pouvez donc pas le traverser», a déclaré Jeffries à Live Science après son discours.
Cet ancien modèle de trou de ver est décrit dans un article de 1935 d'Albert Einstein et Nathan Rosen dans la Physical Review. Les deux physiciens ont compris que dans certaines circonstances, selon la théorie de la relativité, le continuum espace-temps se plie tellement qu'une sorte de tunnel (ou «pont») se forme, reliant deux points distincts.
Ils ont écrit cet article en partie pour écarter la possibilité de trous noirs dans l'univers. Mais dans les décennies qui ont suivi, lorsque les physiciens ont compris que les trous noirs existaient, l'image standard d'un trou de ver a pris la forme d'un tunnel, dans lequel deux trous ressemblaient à des trous noirs. Cependant, selon cette idée, un tel tunnel n'existerait probablement jamais seul dans l'univers, et s'il existait réellement, il disparaîtrait avant que quoi que ce soit ne le traverse. Dans les années 1980, le physicien Kip Thorne a écrit que quelque chose pouvait passer à travers ce trou de ver si une énergie négative était appliquée pour l'empêcher de s'effondrer.
Vidéo promotionelle:
Enchevêtrement quantique
Jefferis a fait équipe avec le physicien de Harvard Ping Gao et le physicien de Stanford Aron Wall pour concevoir un moyen d'appliquer une version de l'énergie négative qui est basée sur une idée d'un domaine de physique complètement différent appelé «enchevêtrement».
Le concept d '«intrication» n'est pas emprunté à la théorie de la relativité, mais à la mécanique quantique. En 1935, Albert Einstein, Boris Podolsky et Nathan Rosen ont publié un autre article dans la Physical Review, qui montrait que, selon les règles de la mécanique quantique, les particules peuvent "se corréler" entre elles, de sorte que le comportement d'une particule affecte directement le comportement d'une autre …
Einstein, Podolsky et Rosen pensaient que cela prouvait le caractère incorrect de leurs idées sur la mécanique quantique, car cela permet aux informations de se déplacer entre deux particules plus rapidement que la vitesse de la lumière. Les physiciens savent maintenant que l'intrication est réelle et que la téléportation quantique est une partie presque courante de la recherche en physique.
La téléportation quantique fonctionne comme ceci: emmêlez deux particules de lumière, A et B. puis donnez B à votre ami pour qu'il l'emmène dans une autre pièce. Ensuite, frappez le troisième photon, C, sur le photon A. Cela enchevêtrent A et C et rompt l'intrication entre A et B. Ensuite, vous pouvez mesurer l'état combiné de A et C (qui est différent des états initiaux A, B ou C) et rapporter les résultats des particules combinées à votre ami dans la pièce voisine.
Sans connaître l'état B, votre ami peut alors utiliser ces informations limitées pour manipuler la particule B afin d'obtenir l'état que la particule C avait lorsqu'elle a démarré. S'il mesure B, il connaît l'état de base de C sans assistance. Les informations sur la particule C se téléportent fonctionnellement d'une pièce à une autre.
Il est efficace car il peut agir comme une sorte de code pour envoyer des messages d'un point à un autre. Et l'intrication n'est pas seulement une propriété de particules individuelles. Des objets plus grands peuvent également s'emmêler, bien que l'intrication parfaite entre eux soit beaucoup plus difficile.
Les trous noirs enchevêtrés peuvent vous transporter dans d'autres mondes
En 1935, les physiciens qui écrivaient ces articles n'avaient aucune idée que les trous de ver et l'enchevêtrement étaient liés, a déclaré Jeffries. Mais en 2013, les physiciens Juan Maldacena et Leonard Susskind ont publié un article dans Progress in Physics qui reliait les deux idées. Ils ont fait valoir que deux trous noirs parfaitement enchevêtrés agiraient comme un trou de ver entre leurs deux points dans l'espace. Ils ont appelé ce concept "ER-EPR" ("ER = EPR") parce qu'il combinait l'article d'Einstein-Rosen avec l'article d'Einstein-Podolsky-Rosen.
Lorsqu'on lui a demandé s'il y avait vraiment deux trous noirs complètement enchevêtrés dans l'univers, Jeffries a répondu: "Non, bien sûr que non."
Ce n'est pas que ce soit physiquement impossible. Cette situation ne peut se produire dans notre univers désordonné, car elle est trop claire et à grande échelle. L'émergence de deux trous noirs complètement enchevêtrés serait comme gagner à la loterie, seule la probabilité de cela serait des milliards de milliards de fois moins. Et s'ils existaient, dit-il, ils auraient perdu leur relation parfaite au moment où un troisième objet interagissait avec l'un d'eux.
Mais si une telle paire de trous noirs existait (d'une manière ou d'une autre), alors la méthode de Jaffrey, Gao et Wall pourrait fonctionner.
Leur concept, publié pour la première fois en décembre 2017 dans The Journal of High Energy Physics, est le suivant: Jetez votre ami dans l'un des trous noirs enchevêtrés. Ensuite, mesurez le soi-disant rayonnement de Hawking émanant d'un trou noir, qui code des informations sur l'état de ce trou noir. Transférez ensuite ces informations dans un deuxième trou noir et utilisez-les pour contrôler le deuxième trou noir (cela peut être aussi simple que de diriger un faisceau de rayonnement Hawking du premier trou noir vers le second). En théorie, votre ami devrait sortir du deuxième trou noir comme il est entré dans le premier.
Selon Jefferys, votre ami aurait plongé dans un trou de ver. Et lorsqu'il abordait la singularité dans sa partie étroite, il ressentait une "poussée" d'énergie négative, qui le pousserait de l'autre côté.
Cette méthode n'est pas particulièrement efficace, a déclaré Jafferis, car elle serait toujours plus lente que de simplement déplacer physiquement la distance entre deux trous noirs. Mais cela nous permet quand même de comprendre l'univers.
En ce qui concerne le peu d'information passant entre les particules intriquées, a déclaré Jafferis, quelque chose de similaire pourrait se produire ici. À l'échelle des objets quantiques individuels, dit-il, cela n'a aucun sens de parler de la courbure de l'espace-temps, formant un trou de ver. Mais pour une téléportation quantique un peu plus complexe, ajoutez quelques particules supplémentaires et tout à coup le modèle de trou de ver prend du sens. Dans ce cas, a-t-il dit, il existe des preuves solides que les deux sont liés.
En outre, a-t-il dit, cela suggère que les informations manquantes dans le trou noir pourraient un jour arriver là où elles peuvent être trouvées.
Si vous tombez dans un trou noir demain, dit-il, la situation ne sera pas désespérée. Une civilisation suffisamment avancée serait capable de naviguer dans l'univers, collectant tout le rayonnement Hawking émis par le trou noir alors qu'il disparaît progressivement dans l'éternité et comprimant ce rayonnement dans un nouveau trou noir enchevêtré dans le temps avec le trou d'origine. Une fois que ce nouveau trou noir apparaît, il est possible de vous en sortir.
Selon Jefferis, des études théoriques sur cette méthode de déplacement entre les trous noirs sont en cours. Mais le but de cette recherche n'est pas tant de sortir des trous noirs que de comprendre la physique fondamentale. Il vaut donc probablement mieux ne pas risquer.
Rafi Letzter
