Le mystère de 50 ans de Hawking sur la chute dans des trous noirs a enfin été résolu

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Si vous vous engouffrez dans l'horizon des événements d'un trou noir, en sortirez-vous un jour? Selon une série de nouveaux calculs qui viennent de résoudre un problème vieux de 50 ans, même Stephen Hawking ne pouvait pas comprendre, la réponse est oui.

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Il est décrit comme un calcul historique - la chose la plus importante qui se soit produite sur le terrain depuis que les travaux du célèbre physicien britannique ont établi le problème en premier lieu.


Depuis les années 1970, les physiciens sont aux prises avec une contradiction logique dans les calculs entourant un trou noir appelé le « paradoxe de l'information sur les trous noirs . '

Hawking utiliserait son explication hybride quantique / relativité générale «semi-classique» de la physique d'un trou noir pour décrire ce qui arrive à la matière à l'intérieur et autour de lui.

Il a découvert que l'incertitude quantique fait que de petites quantités de rayonnement émanent d'un trou noir appelé «rayonnement Hawking». Cela le fait finalement perdre de la masse et s'évaporer dans le néant. Si le trou noir perd de la masse et finit par disparaître, alors ce qui tombe doit réapparaître quelque part. La question est: où / comment / pourquoi l'information s'échappe-t-elle?

Les auteurs du nouveaux calculs, y compris des scientifiques de l'UC Santa Barbara, ont découvert des effets supplémentaires autorisés par la relativité générale mais que Hawking n'a pas inclus, qui décrivent une situation étrange dans laquelle des informations tombant dans un trou noir finiront par sortir, et que ce phénomène se produit en même temps temps, et est en partie responsable de l’évaporation d’un trou noir.


Enchevêtrement quantique

La façon dont cela fonctionne se fait par intrication quantique, un phénomène qui signifie simplement que les particules de matière peuvent être liées au niveau quantique et afficher des modèles et une réactivité les unes aux autres même si elles pourraient être séparées par des milliers de kilomètres.

Don Page, physicien à l'Université de l'Alberta, était un étudiant diplômé dont les études sur les trous noirs ont été essentielles pour aider son conseiller, Stephen Hawking, à réaliser que les trous noirs émettent des radiations. En 1980, Page a rompu avec Hawking et a soutenu que l'information doit être diffusée ou conservée dans des trous noirs, provoquant un schisme parmi les physiciens de l'époque.


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Page continuerait à établir une chronologie de la durée de vie d'un trou noir - en forme de V à l'envers connu sous le nom de «temps de page» ou de «courbe de page» - il décrivait comment les informations tombées dans le trou noir s'échapperaient par le rayonnement émis par Hawking. jusqu'à ce que le trou noir ne soit plus. Cela a été appelé «entropie par enchevêtrement», et a mis les physiciens en place pendant 30 ans pour faire un calcul de slam dunk.

Le déclin en forme de V

«Au cours des deux dernières années, les physiciens ont montré que l'entropie par enchevêtrement des trous noirs suit vraiment la courbe de Page, indiquant que l'information sort», explique George Musser en écrivant pour Magazine Quanta .

Le slam dunk a été lancé en octobre 2018 par Ahmed Almheiri à l'Institute for Advanced Study lorsqu'il a utilisé l'informatique quantique pour créer un univers dans lequel un simple système de trous noirs situé au centre de l'espace a commencé à émettre des radiations selon la théorie de Hawking.


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Le système commence à rayonner lorsqu'une particule intriquée entre et une autre part. Ce processus se poursuit et le nombre de particules enchevêtrées augmente, augmentant le niveau d'entropie d'enchevêtrement.

Si l'on imagine le trou noir comme le contenu d'une boule à neige et le verre du globe comme l'horizon des événements (le bord du trou noir où les lois de la physique commencent à s'effondrer), Almheiri a constaté que, à mesure que l'entropie enchevêtrée grandissait à l'intérieur du système, une «surface quantique extrémale», formée sur le verre de la boule à neige, juste à l'intérieur de l'horizon des événements.

Tout ce qui se trouve à l'intérieur de la surface extrême quantique ne fait pas partie du trou noir, mais plutôt comme une collection de particules intriquées qui ne contribuent plus à l'entropie dans le système. En outre, les particules les plus internes du trou noir simulé se sont également détachées du trou noir, formant quelque chose que Almheiri a appelé «l'île».

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À ce stade, un rayonnement non enchevêtré commence à être émis et le trou noir expire de lui-même.

sur le prochain

En démontrant que l'entropie par enchevêtrement des trous noirs suivait la courbe de Page, Almheiri et ses amis ont confirmé que les trous noirs diffusent en fait des informations, même si elles sortent dans un tel désordre qu'elles ressemblent à un mot de passe crypté.

À présent, si le cerveau fonctionne toujours après tout cela, la recherche d'Almheiri comprend étonnamment des outils théoriques qui permettraient aux chercheurs de «décrypter» les particules enchevêtrées brouillées dans la surface quantique extrémale, et de comprendre ce qu'elles sont et d'où elles viennent.

L’année dernière, après avoir résolu un casse-tête de 50 ans et prouvé le travail de Page, l’équipe a décidé de se concentrer sur la mystérieuse «île» de particules qui se trouvaient dans - mais pas «du» trou noir. L’île fait partie du rayonnement, mais n’a pas volé ou n’a pas été transférée à la surface extrême.

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Cette déconnexion est théorisée comme faisant partie de la raison pour laquelle les trous noirs descendent de l'autre côté de la courbe de la page, et si la résolution du paradoxe de l'information sur les trous noirs semblait difficile, Musser a décrit le problème de l'île mystérieuse comme provoquant à l'équipe de «regarder ailleurs au loin, momentanément perdu pour les mots.

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