Une nouvelle loi dans le domaine de la relativité générale implique une inversion du temps dans les trous noirs
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Des chercheurs proposent une nouvelle loi dans le domaine de la relativité générale qui implique que le temps dans l’aspect thermodynamique est inversé dans les trous noirs
Les trous noirs sont connus pour avoir de nombreuses propriétés étranges. Tout le monde connait plus ou moins le concept que même la lumière ne peut pas s’échapper d’un trou noir. Mais une propriété encore plus étrange, mais qui est méconnue est que le trou noir sait ce qui va se produire dans le futur pour qu’il puisse se former. Cependant, ces propriétés étranges remettent en cause la définition des trous noirs ce qui motive certains physiciens à explorer d’autres définitions alternatives.
Dans un nouveau papier publié dans la revue Physical Review Letters [cite source=’doi’]10.1103/PhysRevLett.115.081301[/cite], Raphael Bousson, un professeur de l’université de Californie et Netta Engelhardt, étudiante diplômée de la même université, rapportent une nouvelle loi de la relativité générale qui est basée sur une interprétation des trous noirs comme des objets géométriques courbes qu’on appelle les écrans holographiques. Selon Engelhardt, la prétendue téléologie de l’horizon des événements d’un trou noir est un artefact sur la manière dont les physiciens définissent un horizon des événements. Un horizon des événements est défini en respectant le temps infini qui s’est déroulé et donc, par définition, l’horizon des événements connait toute la destinée de l’univers. Dans la relativité générale, l’horizon des événements d’un trou noir ne peut pas être observé par un observateur physique dans un temps donné et il n’y a pas de sens dans lequel le trou noir, comme une entité, connait l’infinité du futur. C’est juste un moyen facile de décrire les trous noirs.
Engelhardt explique que l’une des raisons pour lesquels les écrans holographiques sont si intéressants est qu’ils sont définis dans une manière qui dépend des propriétés locales et ne nécessitent pas de l’information sur un futur infini. Les écrans holographiques ne souffrent pas de propriétés étranges telles que la manière dont ils sont définis. Dans leur papier, les physiciens rapportent une nouvelle loi qui stipule l’augmentation d’une zone d’un écran holographique. Et cette augmentation dépend si l’écran est un écran holographique du futur ou un écran holographique du passé. Comme les scientifiques l’expliquent, ces 2 types d’écrans correspondent à 2 types de champs gravitationnels. Selon Engelhardt, les écrans holographiques sont un genre de frontière locale sur des régions avec des champs gravitationnels intenses. Les écrans holographiques futurs correspondent à des champs gravitationnels qui attirent et poussent la matière (par exemple, le trou noir ou le Big Crunch). En revanche, les écrans holographiques du passé correspondent à des régions qui diffusent la matière (par exemple, le Big Bang ou la fontaine blanche).
La nouvelle loi stipule que la zone de l’écran holographique du futur augmente toujours dans une seule direction tandis que celle de l’écran holographique du passé augmente également dans une seconde direction. Cette loi, en apparence évidente, fournit des interprétations très intrigantes quand on la regarde d’un point de vue de la thermodynamique et en utilisant l’idée de l’espace-temps comme un hologramme. Selon le principe holographique, la quantité d’information (l’entropie) dans une zone donnée est liée à la surface de cette zone. Et en interprétant la zone comme un lien à l’entropie, la loi peut révéler la direction de la flèche du temps.
Mais étant donné que les zones des écrans holographiques du futur et du passé augmentent dans des directions différentes, la direction du temps est aussi différente pour les 2 types d’écrans. Dans les écrans du passé, le temps va de l’avant. Notre univers est en expansion et cela implique un écran holographique du passé et donc, nous percevons naturellement le temps comme allant de l’avant. En revanche, le temps tourne à rebours dans les écrans holographiques du futur. Dans un sens, cette interprétation provoque le résultat étrange que le temps s’inverse à l’intérieur des trous noirs et dans les univers qui s’effondrent.
Les scientifiques notent aussi dans leur papier que c’est la première nouvelle loi de la relativité générale depuis 1971. En 1971, Stephen Hawking a montré que l’horizon des événements d’un trou noir (et donc de la surface totale de sa zone) ne peut jamais rétrécir. Ensuite, Hawking a démontré qu’en présence d’effets quantiques, les trous noirs émettent des radiations. Cette émission provoque la diminution de l’horizon des événements, de la surface de la zone et de la masse au fil du temps afin de provoquer une éventuelle évaporation du trou noir. Mais en l’absence d’effets quantiques, la loi de Hawking est toujours la norme. Bousso et Engelhardt veulent maintenant étudier l’impact de leur nouvelle loi en présence des effets quantiques.
Note : Nous avons utilisé le terme de “temps” pour plus de clareté, mais en réalité, les chercheurs utilisent le terme de “temps thermodynamique”.
