Un mois après que Stephen Hawking et ses collègues ont publié un article sur les trous noirs, les physiciens ont encore du mal à parvenir à un consensus. Certains saluent son dernier travail comme une nouvelle façon de résoudre le puzzle du trou noir; d'autres ne sont pas sûrs de son autorité. Les premiers soutiennent l'affirmation de la pré-impression selon laquelle elle fournit un moyen prometteur de résoudre le mystère du soi-disant paradoxe de l'information du trou noir que Hawking a déduit il y a plus de 40 ans.
«Je pense qu'il y a une enthousiasme général que nous pouvons regarder des choses familières d'une manière différente, nous sortirons de l'impasse», déclare Andrew Strominger, physicien à l'Université Harvard de Cambridge, co-auteur de l'un des derniers travaux. Strominger a présenté les résultats de ses travaux le 18 janvier 2016 à l'Université de Cambridge, où Hawking est basé.
Beaucoup ne sont pas convaincus que cette approche puisse résoudre le paradoxe, bien qu'ils admettent qu'elle éclaire divers problèmes de physique. Au milieu des années 70, Hawking a découvert que les trous noirs ne sont pas complètement noirs, mais émettent un peu de rayonnement. Selon la physique quantique, à partir de fluctuations quantiques juste au-delà de l'horizon des événements - le point de non-retour d'un trou noir - des paires de particules devraient apparaître. Certaines de ces particules quittent la gravité du trou noir, mais emportent une partie de sa masse, ce qui fait que le trou noir se contracte lentement et finit par disparaître.
Dans un article publié en 1976, Hawking a indiqué que les particules qui s'échappaient - maintenant connues sous le nom de rayonnement de Hawking - auraient des propriétés complètement aléatoires. En conséquence, lorsque le trou noir disparaît, les informations qui y sont stockées seront perdues pour l'Univers. Mais ce résultat ne cadre pas avec les lois de la physique, selon lesquelles l'information, comme l'énergie, est conservée, ce qui donne lieu à un paradoxe. "Ce travail a causé plus de nuits blanches aux physiciens théoriciens que tout autre travail de l'histoire", a rappelé Strominger.
C'était une erreur, a-t-il expliqué, d'ignorer le potentiel de l'espace vide pour transporter des informations. Dans son travail, avec Hawking et le troisième co-auteur Malcolm Perry, également de l'Université de Cambridge, il se tourne vers les particules molles. Ce sont des versions à faible énergie de photons, de particules hypothétiques appelées gravitons et d'autres particules. Jusqu'à récemment, ils étaient principalement utilisés pour les calculs en physique des particules. Mais les auteurs notent que le vide dans lequel se trouve le trou noir ne doit pas être dépourvu de particules - uniquement de l'énergie - et que des particules molles peuvent donc y être présentes dans un état d'énergie nulle.
Tout ce qui tombe dans un trou noir, continuent-ils, laisse une empreinte - une empreinte - sur ces particules. «Si vous êtes dans le vide et que vous inspirez, supposons que vous respiriez beaucoup de gravitons doux», dit Strominger. Après cette perturbation, le vide autour du trou noir change, et les informations sont finalement enregistrées.
L'article poursuit en proposant un mécanisme pour transférer ces informations dans le trou noir - ce qui résout théoriquement le paradoxe. Pour ce faire, les auteurs ont calculé comment décoder les données dans une description quantique de l'horizon des événements, connue sous le nom de «cheveux d'un trou noir».
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Transition délicate
Néanmoins, le travail est loin d'être terminé. Abhay Ashtekara, qui étudie la gravité à l'Université de Pennsylvanie à University Park, dit que la façon dont les auteurs transmettent des informations dans un trou noir («cheveux doux») n'est pas convaincante. Et les auteurs admettent qu'ils ne savent pas encore comment cette information pourrait être transmise par la suite avec le rayonnement Hawking, et c'est une étape suivante nécessaire.
Stephen Avery, physicien théoricien à l'Université Brown de Providence, Rhode Island, est sceptique quant à la possibilité que cette approche résolve le paradoxe, mais il croit fermement que cela élargira la signification des particules molles. Il note que Strominger a découvert que les particules molles révèlent des symétries subtiles de forces connues de la nature, «dont certaines nous sont connues et d'autres sont nouvelles».
D'autres physiciens sont plus optimistes quant aux perspectives de cette méthode pour résoudre le paradoxe de l'information. Sabine Hossenfelder de l'Institute for Advanced Study en Allemagne affirme que les résultats des «cheveux doux», associés à ses propres recherches, pourraient résoudre les controverses entourant les trous noirs comme le problème du pare-feu. Vous voyez, il y a la question de savoir si l'horizon des événements peut devenir extrêmement chaud à cause du rayonnement Hawking. Cela contredit la relativité générale d'Einstein, selon laquelle un observateur passant à travers l'horizon ne remarquerait pas de changements soudains dans l'environnement.
«Si le vide a des états différents», dit Hossenfelder, «alors vous pouvez transmettre des informations en rayonnement sans mettre d'énergie à l'horizon. Par conséquent, il n'y aura pas de pare-feu."