Le bord d'un trou noir va vous carboniser si vous tentez de vous échapper
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L’horizon d’un trou noir est soit un vide ennuyeux, soit l’équivalent d’un enfer et cela dépend de votre proximité selon une nouvelle théorie des physiciens.
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L’existence de ce mur de feu dans l’horizon des événements est devenue l’un des problèmes les plus contentieux de la physique théorique ces dernières années. Et 2 scientifiques de l’université de Victoria en Colombie-Britannique viennent de rejoindre la danse de la controverse en proposant 2 réalités différentes pour un trou noir dépendant de votre perspective.
Sommaire
Le mur de feu du trou noir
Mais un petit rappel est nécessaire. Le mur de feu d’un trou noir est un phénomène hypothétique dans lequel un objet génère tellement d’énergie, quand il passe sur l’horizon des événements (grossièrement, c’est la surface du trou noir et un point à partir duquel on ne peut plus s’échapper), que cet objet crée un mur de feu qui englobe toutes les choses dans sa trajectoire. Proposée en 2012, cette hypothèse veut résoudre un problème fondamental avec l’explication majoritairement acceptée sur ce qui se passe à la matière quand celle-ci rencontre un trou noir.
Le problème est le suivant. Dans les années 1970, les physiciens théoriciens Stephen Hawking et Jacob Bekenstein ont montré que les trous noirs émettent des radiations depuis l’horizon des événements qu’on connait comme la radiation Hawking. Ils ont proposé une seule émission de radiation Hawking qui implique 2 particules intriquées qui se forment à côté de l’horizon des événements. Une particule tombe dans le trou noir et l’autre est expulsé dans l’espace sous forme de radiation.
Le paradoxe de l’information du trou noir
Sur une période longue, toute cette matière qui s’échappe, va provoquer l’évaporation du trou noir. Et étant donné que la mécanique quantique stipule qu’une information dans l’univers ne peut être détruite de manière irréversible, Hawking et Bekenstein ont proposé que cette information, qui a été piégée par le trou noir, va continuer à exister comme la radiation Hawking. Mais c’est là que les choses se corsent. Les particules, qui existent sous forme de radiation, doivent être intriquées avec celles qui étaient dans le trou noir. Et maintenant qu’elles sont des particules sortantes, elles doivent être quantiquement intriquées avec un partenaire entrant. Et ce problème est contre un principe qu’on appelle la monogamie de l’intrication.
La monogamie de l’intrication stipule que les particules sortantes, qui se sont frayé un chemin depuis un trou noir en évaporation, ne peuvent pas être totalement intriquées avec 2 systèmes indépendants en même temps. Donc d’une part, ces particules doivent être polygames et non monogames, dans leur relation quantique et d’autre part, elles ne peuvent pas le faire selon notre compréhension des lois de la physique.
Et nous avons donc une situation impossible qu’on appelle le paradoxe de l’information. Et la seule manière de résoudre ce paradoxe est d’admettre que l’un des principes fondamentaux de la physique est incorrect. C’est soit le principe d’équivalence d’Einstein qui fait partie de la relativité générale, l’unitarité qui fait partie de la physique quantique ou la théorie quantique des champs. Pour résoudre ce paradoxe, on doit sacrifier l’un de ces 3 principes et les scientifiques n’arrivent pas à se mettre d’accord sur celui qui doit passer à trappe.
Et ensuite, le mur de feu du trou noir entre en scène. Proposée pour la première fois par un groupe de physiciens mené par Joseph Polchinski de l’université de Californie, l’hypothèse est que l’intrication quantique polygame existe, mais elle se casse immédiatement lorsqu’elle se forme. Et cela crée des quantités extrêmes d’énergie pour nous donner le mur de flammes. Ce serait un euphémisme de dire que cette proposition a rencontré la furie chez les physiciens théoriciens. Parce que c’est si vrai, alors il y a quelque chose d’incorrect avec la relativité générale d’Einstein. Le mur de feu du trou noir ne peut pas simplement apparaitre dans l’espace vide de la même manière qu’il est impossible qu’une brique apparaisse soudainement dans un champ en se dirigeant directement vers votre visage selon Raphael Rousso, un théoricien des cordes de l’université de Californie. Et le problème est qu’il est difficile d’abandonner l’argument du mur de feu, car l’erreur n’est pas évidente. C’est typique d’un excellent paradoxe scientifique.
Une nouvelle théorie basée sur des réalités différentes pour les observateurs
Et on arrive à ce nouveau papier proposé par ces 2 physiciens. Werner Israel et Karun Thanjavur de l’université de Columbia estiment que ce mur de feu peut apparaitre à côté de l’événement de l’horizon, mais ils proposent une explication totalement nouvelle.
Pour rester dans l’horizon des événements du trou noir, vous avez besoin d’accélérer par rapport à lui. Un phénomène appelé l’effet Unruh stipule que cette accélération va vous donner l’impression que l’espace vide se réchauffe autour de vous. Et si on accélère depuis un trou noir avec une masse équivalente à celle du soleil, alors cette température pourrait atteindre 1 010 Kelvins. Vous aurez l’impression d’être englobé dans les flammes et ce sera votre mur de feu personnel.
Mais pour un autre observateur, qui ne se trouve pas dans l’horizon des évènements, la réalité serait très différente. Nous estimons que la création de la paire de particules Hawking est un processus à faible énergie dans lequel l’intrication ne se produit jamais selon les chercheurs. En termes clairs, les chercheurs suggèrent qu’il y a une réalité horrible pour l’observateur qui se trouve dans l’horizon des événements et ce n’est pas provoqué par la rupture des intrications polygames. Ces observateurs sont carbonisés par l’accélération de la radiation à la température Unruh et ils voient la création de la paire de particules comme un phénomène à haute énergie.
Pour l’observateur distant, il ne se passe rien, car un processus à basse énergie ne provoque pas d’intrication quantique. C’est uniquement dans la physique théorique qu’on peut vous proposer 2 réalités différentes avec une approche aussi logique. Le papier est en évaluation, mais des scientifiques estiment que ces proportions n’ont aucune chance de tenir par rapport à la théorie quantique standard. Mais si cette théorie est démontée, alors on a toujours le paradoxe de l’information. Et il est toujours intéressant de voir ces débats houleux entre les physiciens. Mais la plupart des scientifiques sont d’accord qu’on a oublié un mécanisme et qu’on a besoin d’un nouvel ingrédient à l’histoire.
