Magazine Quanta

2 août 2023

Un astronaute à l’intérieur d’un trou noir décrirait-il la même réalité qu’un astronaute à l’extérieur ?

Kouzou Sakai pour Quanta Magazine

Rédacteur

2 août 2023

En août 2013, des dizaines de physiciens théoriciens renommés se sont réunis à Santa Barbara, en Californie, pour discuter d'une crise. Leur compréhension ténue des trous noirs s’effondrait. Vu de loin, comme à travers un télescope, un trou noir devrait se comporter comme une planète, une étoile ou tout autre conglomérat de particules élémentaires. Mais si les physiciens croyaient aux travaux d’Albert Einstein, comme la plupart d’entre eux, alors des conséquences impossibles se produisaient lorsqu’ils considéraient le trou noir du point de vue de quelqu’un juste à l’intérieur de ses limites.

Une expérience de pensée menée l’année précédente avait accentué ce choc de perspectives, mettant brusquement fin à un armistice de deux décennies entre ceux qui considéraient la vue extérieure comme la vision fondamentale et ceux qui se concentraient sur la vue de l’intérieur. Soudain, toutes sortes de croyances physiques sacro-saintes étaient sujettes à débat. Ceux qui sont à l’origine de l’expérience de pensée ont suggéré, désespérément, que les intérieurs des trous noirs pourraient tout simplement ne pas exister – que l’espace-temps se terminait au bord du trou noir dans un véritable mur de feu.

Dans le prolongement de cette réflexion, un participant à la conférence a même suggéré, en grande partie en plaisantant, que le paradoxe semblait impliquer que les lois connues de la physique pourraient s'effondrer partout tout le temps, une observation qui a valu un rire digne de Comedy Cellar. . L'un des participants les plus jeunes, Daniel Harlow, a pris le micro et a réagi avec un seul « Mec » incrédule avant de ramener la conversation sur un terrain moins hérétique.

"Il y a eu juste une vague" de réflexion, a déclaré Patrick Hayden, informaticien devenu physicien à l'Université de Stanford. "La volonté des gens de prendre des risques avec des idées folles était choquante."

Après une autre décennie d'argumentations et de calculs, Harlow, aujourd'hui physicien principal au Massachusetts Institute of Technology, estime que lui et une équipe de théoriciens prometteurs ont finalement trouvé le moyen, ou du moins le moyen, de quadraturer l'extérieur. et vues intérieures. Ce faisant, ils ont établi une sorte de détente entre les mondes en guerre de la relativité et de la théorie quantique. Leur résolution, qui associe des idées lointaines issues de la théorie de l’information quantique et des calculs révolutionnaires de 2019, est une tentative difficile et durement gagnée d’avoir l’extérieur et de conserver également une grande partie de l’intérieur.

"Ils ont réussi à montrer qu'au moins en principe, cette tension peut être résolue", a déclaré Tom Hartman, physicien à l'Université Cornell, qui a trouvé un élément phare de leur théorie dans un autre modèle de gravité.

Recevez Quanta Magazine dans votre boîte de réception

Stephen Hawking a prédit que les trous noirs émettraient des radiations, déclenchant un débat qui dure depuis 50 ans.

Santi Visalli/Getty Images

Bien que leur procédure ne fonctionne actuellement qu’avec une simple caricature d’un trou noir, elle capture de nombreuses caractéristiques particulières des étoiles effondrées. Si cela s’applique aux vrais trous noirs, cela répondra de manière concluante à une série de questions classiques sur les trous noirs, depuis ce qu’un astronaute vivrait en tombant dans un trou noir jusqu’au sort ultime des informations contenues dans la disposition de ses molécules.

"Cela représente dans une certaine mesure la fin d'une révolution plutôt qu'un début", a déclaré Geoff Penington, physicien à l'Université de Californie à Berkeley et contributeur aux nouveaux travaux.

"C'est très excitant. Cela pourrait être faux, mais je pense que c'est la bonne essence », a déclaré Oliver DeWolfe, physicien à l'Université du Colorado à Boulder et l'un des rares chercheurs à s'être appuyés sur la proposition de Harlow et de sa société l'année dernière.

Le groupe s'efforce de sauver l'intérieur du trou noir d'un sacrifice pur et simple en infligeant une blessure corporelle : dans une tournure ironique, Harlow et sa compagnie proposent que les lois familières de la physique s'effondrent à l'intérieur d'un trou noir – et peut-être partout, tout le temps. Mais ils le font d’une manière jusqu’alors inconnue, trop subtile pour que quiconque l’ait remarqué. À la base, il y a une contrainte qui ne vient pas de la matière ou de l’espace-temps. Cela vient plutôt d’arguments concernant la complexité – les possibilités essentiellement infinies contenues dans de vastes volumes d’informations quantiques.