Pour des raisons évidentes, nous ne savons pas à quoi ressemble l’intérieur d’un trou noir. Mais grâce à la physique théorique, nous pouvons nous demander à quoi devrait ressembler l’intérieur si la théorie de la gravité d’Einstein et les règles de la mécanique quantique sont toutes deux vraies. Une nouvelle étude publiée dans la revue Lettres d'examen physique C’est exactement ce qu’a fait l’étude en se concentrant sur deux trous noirs profondément intriqués (liés entre eux par des règles quantiques).
Cartographie de l'intérieur
Les recherches menées par des scientifiques américains et argentins ont théoriquement cartographié l’espace intérieur partagé entre les deux objets – le trou de ver qui les relie. Ils ont découvert que pour une paire enchevêtrée typique et désordonnée, l’intérieur n’est pas le tunnel lisse de la science-fiction.
Au lieu de cela, il s’agit d’une structure longue et grumeleuse qu’ils ont appelée la « chenille d’Einstein-Rosen ». Il doit son nom au pont Einstein-Rosen, la structure mathématique qui relie deux régions de l'espace-temps, et à la « chenille » en raison de sa forme bosselée et segmentée. Cette découverte constitue une étape importante vers la preuve que les règles bizarres de la mécanique quantique peuvent contrôler la forme de l’espace-temps à l’intérieur d’un trou noir.
Pour cartographier l’intérieur complexe, les chercheurs ont commencé avec un modèle théorique simple d’un trou de ver parfait et lisse doté d’un état quantique ordonné. Ensuite, pour imiter une paire de trous noirs chaotiques, l’équipe a utilisé une simulation informatique pour brouiller la connexion quantique entre eux. Enfin, ils ont calculé la géométrie résultante du trou de ver. Pour maintenir la stabilité du système pendant ce chaos, le trou de ver devait être long et cahoteux.
Cette découverte a révélé un lien mathématique direct entre le chaos quantique et la taille du trou de ver. Plus l’état quantique des trous noirs est aléatoire et chaotique, plus le trou de ver physique qui les relie devient complexe. « L'ensemble des chenilles ER de longueur moyenne ℓ et échelle de corrélation de matière ℓΔ forme une conception k de l'état quantique ε-approximatif des trous noirs pour k ~ (ℓ—ℓε)/ ℓΔ« , ont écrit les chercheurs.
Remettre en question le paradoxe du pare-feu
Les implications de la découverte de ce trou de ver chenille long et stable pourraient être énormes pour un conflit majeur en physique connu sous le nom de paradoxe du pare-feu. Certaines théories suggèrent que l’intérieur d’un trou noir typique ne devrait pas être lisse ou stable. Au lieu de cela, l’espace-temps pourrait être violemment brisé au bord du trou noir par un rideau d’énergie appelé « pare-feu ». Dans les modèles étudiés par les chercheurs, même lorsque l’intrication quantique est désordonnée et aléatoire, le trou de ver reste un tunnel prévisible et stable dans lequel les lois classiques de la gravité sont toujours valables.
Ce résultat conforte l’idée selon laquelle deux des concepts les plus étranges de la physique (l’intrication quantique et les trous de ver) sont équivalents, ou les deux faces d’une même médaille : la conjecture ER=EPR. Les auteurs disent : « La construction et le résultat principal de cette lettre soutiennent une forme beaucoup plus générale de ER = EPR et semblent être en certaine tension avec les arguments contre la semi-classicité des intérieurs typiques. »
Écrit pour vous par notre auteur Paul Arnold, édité par Gaby Clark, et vérifié et révisé par Robert Egan, cet article est le résultat d'un travail humain minutieux. Nous comptons sur des lecteurs comme vous pour maintenir en vie le journalisme scientifique indépendant. Si ce reporting vous intéresse, pensez à faire un don (surtout mensuel). Vous obtiendrez un sans publicité compte en guise de remerciement.
