Une équipe internationale de physiciens du RIKEN, de l’Université Cornell et de l’Université de Californie, Santa Barbara, a utilisé une nouvelle géométrie de l’espace-temps avec une structure en forme de trou de ver pour montrer que l’information n’est pas nécessairement irrémédiablement perdue par l’évaporation des trous noirs.
Un trou de ver traversable dans quatre dimensions spatio-temporelles. Crédit image : NASA / G. Bacon, STScI.
La théorie de la relativité générale d’Einstein a prédit qu’une fois qu’un objet tombe à l’intérieur de l’horizon des événements d’un trou noir, il se retrouve au centre du trou noir, appelé singularité, où il est complètement écrasé.
Dans les années 1970, Stephen Hawking a calculé que les trous noirs devraient émettre des radiations lorsque la mécanique quantique est prise en compte.
“C’est ce qu’on appelle l’évaporation du trou noir parce que le trou noir rétrécit, tout comme une goutte d’eau qui s’évapore”, a déclaré le Dr Kanato Goto, un chercheur du RIKEN Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences et du département de physique de l’université Cornell.
Cela a toutefois conduit à un paradoxe. En effet, le trou noir finit par s’évaporer entièrement – et il en va de même pour toute information sur son contenu.
Mais cela contredit un principe fondamental de la physique quantique : l’information ne peut pas disparaître de l’Univers.
“Cela suggère que la relativité générale et la mécanique quantique, dans leur état actuel, sont incompatibles entre elles. Nous devons trouver un cadre unifié pour la gravité quantique”, a déclaré le Dr Goto.
“De nombreux physiciens soupçonnent que l’information qui s’échappe est codée d’une manière ou d’une autre dans le rayonnement”.
“Pour enquêter, ils calculent l’entropie du rayonnement, qui mesure la quantité d’informations perdues du point de vue d’une personne extérieure au trou noir.”
“En 1993, le physicien Don Page a calculé que si aucune information n’est perdue, l’entropie augmentera initialement, mais tombera à zéro lorsque le trou noir disparaîtra.”
“Lorsque les physiciens combinent simplement la mécanique quantique avec la description standard d’un trou noir dans la relativité générale, Page semble avoir tort – l’entropie croît continuellement au fur et à mesure que le trou noir se rétrécit, ce qui indique que de l’information est perdue.”
Mais récemment, les physiciens ont exploré la façon dont les trous noirs imitent les trous de ver – offrant une voie de sortie pour l’information.
“Il ne s’agit pas d’un trou de ver dans le monde réel, mais d’un moyen de calculer mathématiquement l’entropie du rayonnement”, a déclaré le Dr Goto.
“Un trou de ver relie l’intérieur du trou noir et le rayonnement à l’extérieur, comme un pont”.
Lorsque le Dr Goto et ses collègues ont effectué une analyse détaillée combinant à la fois la description standard et l’image du trou de ver, leur résultat correspondait à la prédiction de Page, ce qui suggère que les physiciens ont raison de soupçonner que l’information est préservée même après la disparition du trou noir.
“Nous avons découvert une nouvelle géométrie de l’espace-temps avec une structure en forme de trou de ver qui avait été négligée dans les calculs conventionnels”, a déclaré le Dr Goto.
“L’entropie calculée en utilisant cette nouvelle géométrie donne un résultat complètement différent.”
“Mais cela soulève de nouvelles questions. Nous ne connaissons toujours pas le mécanisme de base de la façon dont l’information est emportée par le rayonnement. Nous avons besoin d’une théorie de la gravité quantique.”
L’article de l’équipe est publié dans le Journal of High Energy Physics.
