Des scientifiques de Princeton ont créé une micropuce unique capable de simuler la structure de l'espace-temps à l'intérieur d'un trou noir ou d'un univers bidimensionnel miniature. Les premiers résultats d'expériences avec cet appareil ont été présentés dans la revue Nature.
«Les ordinateurs ordinaires, en principe, ne peuvent pas calculer le comportement de matériaux et de systèmes quantiques complexes. Nous avons essayé de créer un appareil qui permettra à la nature de faire ces calculs pour nous. Cette puce nous permettra de réfléchir à la manière de «construire» la mécanique quantique dans des espaces courbes », explique Alicia Kollar de l'Université de Princeton (USA). Les trous noirs réguliers et supermassifs ont une gravité si forte qu'ils ne peuvent être surmontés sans dépasser la vitesse de la lumière. Aucun objet ou rayonnement ne peut s'échapper au-delà de l'impact du trou noir, appelé «horizon des événements». Ce qui se passe au-delà de l'horizon des événements reste un mystère et un sujet de controverse parmi les physiciens. La plupart des scientifiques pensent qu'en principe, nous ne pouvons pas regarder à l'intérieur d'un trou noir et étudier sa structure,puisque cela entraînera des conséquences extrêmement désagréables - dans ce cas, nous ne serons pas en mesure de «concilier» la théorie de la relativité d'Einstein et la mécanique quantique.
Néanmoins, les trous noirs existent, et leur comportement et leur existence doivent être expliqués d'une manière ou d'une autre. Récemment, les physiciens ont commencé à croire que les trous noirs ne sont en fait pas des objets tridimensionnels, mais bidimensionnels, une sorte d '«hologrammes» cosmiques.
Cette théorie et les équations qui la décrivent ont été avancées à la fin des années 1990 par deux cosmologistes bien connus - Juan Maldasena de l'Université de Princeton et Gerard 't Hooft de l'Université d'Utrecht.
Ils ont suggéré que l'espace-temps à l'intérieur d'un trou noir n'est pas de nature «plate», comme dans l'Univers environnant, mais a une courbure négative constante. En termes simples, il est similaire en géométrie à une selle ou à une sphère inversée et est conçu de telle sorte que son «bord», le bord intérieur de l'horizon des événements, soit également infiniment éloigné de tout point à l'intérieur du trou noir.
Comme le note Collard, tester cette théorie, ainsi que d'autres idées scientifiques qui utilisent l'espace Lobachevsky, a été compliqué par le fait que le comportement des particules et d'autres objets dans un tel espace était presque impossible à calculer.
Des scientifiques de Princeton ont résolu ce problème en créant le premier type de "simulateur de trou noir", utilisant des générateurs micro-ondes miniatures, ainsi qu'une puce spéciale dans laquelle de nombreux morceaux de supraconducteurs ont été insérés.
Ils jouent le rôle non pas de fils, mais de guides d'ondes, le long desquels les particules de lumière générées par les sources micro-ondes peuvent se déplacer et interagir indirectement les unes avec les autres. Ces interactions ralentiront le mouvement d'autres particules ou les influenceront d'autres manières.
Collard et ses collègues ont découvert que si ces guides d'ondes sont disposés dans une grille de structure similaire à un nid d'abeille, composé de cinq, six ou octogones, les photons à l'intérieur commencent à se comporter comme s'ils étaient à l'intérieur d'un trou noir ou d'un autre espace avec courbure négative.
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De telles puces, comme le notent les scientifiques, aideront non seulement à révéler de nombreux secrets des trous noirs, y compris la façon dont des objets similaires s'évaporent sous l'influence de l'étude de Hawking, mais aussi à accélérer de nombreux calculs quantiques en chimie, en physique et dans d'autres domaines scientifiques.
Pour cela, comme l'admet le physicien, il est nécessaire de modifier le fonctionnement de la version actuelle de la puce afin que les photons commencent à interagir plus activement les uns avec les autres. Il s'agit d'un problème totalement résoluble que les chercheurs de Princeton envisagent de résoudre dans un avenir très proche.
