Dans les systèmes chaotiques, même un petit saut peut provoquer un effet en cascade qui affecte le résultat final. Ceci est similaire à l'effet papillon, dans lequel même un petit battement d'ailes peut conduire à un ouragan à l'autre bout du monde.
Les physiciens théoriciens Douglas Stanford et Stephen Schenker ont montré qu'au niveau quantique, les trous noirs présentent un comportement chaotique similaire à l'effet papillon. Apporter des modifications à un trou noir - même aussi petit que d'y déposer une seule particule - peut modifier son comportement.
La clé pour comprendre ce chaos est que les trous noirs ne sont pas entièrement noirs. Les géants de l'espace émettent un léger brouillard de particules - les restes de paires de particules virtuelles qui apparaissent constamment dans l'espace. Lorsque cela se produit à l'horizon d'un trou noir, certaines des particules peuvent s'échapper, produisant ce que l'on appelle aujourd'hui le rayonnement de Hawking. Son étude met en lumière la nature chaotique des trous noirs. Stanford et Schenker ont écrit à ce sujet dans un article publié dans le Journal of High Energy Physics en 2014.
Imaginez jeter un électron dans un trou noir - un changement mineur pour un géant monstrueux. Cependant, cette petite chose modifie le rayonnement Hawking, un peu comme un papillon bat des ailes et change de direction d'un bateau éloigné.
Description schématique du rayonnement de Hawking.
L'ajout d'une particule augmente la masse du trou noir et élargit son horizon d'événements - la limite au-delà de laquelle rien ne peut sortir. Le rayonnement Hawking qui aurait autrement été émis reste emprisonné à l'intérieur du trou noir en expansion. Ce qui semblait être un changement mineur a des conséquences profondes - un pur chaos.
Stanford a développé cette idée. Lui, Schenker et Juan Maldacena de l'Institute for Advanced Study ont publié un article en 2016 dans le Journal of High Energy Physics, dans lequel ils ont théoriquement montré que les conséquences même d'un petit changement dans un trou noir augmentent aussi rapidement que physiquement possible. Cette augmentation des conséquences fait des trous noirs le système le plus chaotique.
En étudiant la connexion entre les petites particules et les trous noirs géants, les scientifiques espèrent résoudre le conflit complexe entre les théories les plus importantes de la physique. Le but est de formuler une théorie de la gravitation quantique en combinant la mécanique quantique et la relativité générale. Leur incohérence indique que quelque chose ne va pas au cœur de chaque théorie. Les nouvelles idées de Stanford sur les trous noirs aideront les scientifiques à trouver une solution.
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«Il fait peut-être partie de ces rares personnes qui changent vraiment la direction de la science», déclare Schenker. "J'ai hâte de savoir si j'ai raison ou pas."
Vladimir Guillen
