Stephen Hawking : son célèbre paradoxe sur les trous noirs vient enfin d'être résolu

Les travaux de Stephen Hawking ont influencé de nombreux domaine, et notamment ceux de la cosmologie et la gravité quantique, en particulier dans le cadre des trous noirs. Nous nous intéressons aujourd'hui à l'un de ses plus célèbres paradoxes concernant, justement, les trous noirs, puisque ce dernier serait, selon l'équipe de scientifiques que nous allons vous présenter, enfin résolu.

Les trous noirs

En astrophysique, un trou noir est un objet céleste si compact que l'intensité de son champ gravitationnel empêche toute forme de matière (ou de rayonnement) de s’en échapper. De tels objets ne peuvent, de ce fait, ni émettre, ni diffuser la lumière, et sont donc noirs, ce qui en astronomie revient à dire qu'ils sont "optiquement invisibles". 

Les trous noirs sont des phénomènes que nous ne comprenons pas encore totalement. En effet, il n’est pas possible de déterminer a posteriori ce qui est entré dans le trou noir, vous l'aurez compris. Et cela fonctionne aussi pour l'information. Cependant, vue d’un observateur éloigné, l’information n’est jamais complètement détruite puisque la matière tombant dans le trou noir ne disparaît qu’après un temps infiniment long. Alors, l’information qui a formé le trou noir, est-elle perdue, ou non ? Cette question a donné lieu à un paradoxe : le paradoxe de l'information.

le paradoxe de l'information

En astrophysique, le paradoxe de l'information est un paradoxe mis en évidence par Stephen Hawking en 1976, paradoxe qui oppose les lois de la mécanique quantique à celles de la relativité générale. En effet, la relativité générale implique qu'une information pourrait fondamentalement disparaître dans un trou noir, à la suite de l'évaporation de celui-ci. Cette perte d'information implique une non-réversibilité et une évolution non unitaire des états quantiques, en contradiction fondamentale avec les postulats de la mécanique quantique. On peut résumer cela ainsi : la théorie générale de la relativité d'Einstein affirme que les informations sur ce qui entre dans un trou noir ne peuvent en ressortir, alors que la mécanique quantique affirme que c'est impossible.

Ce paradoxe a donné lieu à bon nombre de recherches, puisqu'il s'agit d'une question très importante dans le monde de la physique théorique. Des physiciens célèbres du monde entier se sont penchés sur la question, proposant des explications alambiquées. Certains scientifiques avaient même suggéré que des aspects de la mécanique quantique étaient erronés. Une perspective terrifiante pour les physiciens théoriques, puisque la mécanique quantique est un des piliers sur lesquels repose la majeure partie de notre compréhension de l'Univers. À l'heure actuelle cependant, nous sommes enfin en mesure de dire que les lois de la mécanique quantique et de la relativité d'Einstein sont bel et bien compatibles, et ce, même lorsqu'il s'agit d'évoquer les trous noirs.

La résolution du paradoxe

De nouvelles recherches prétendent avoir enfin résolu le paradoxe de l'information, en montrant que les trous noirs ont une propriété qu'ils appellent "cheveux quantiques". Le professeur Xavier Calmet, de l'université du Sussex, s'est exclamé "Le problème a été résolu !", en exclusivité pour BBC News. Le professeur Calmet et ses collègues affirment en effet avoir démontré que les constituants de l'étoile laissent une empreinte dans le champ gravitationnel du trou noir.

Les scientifiques ont baptisé cette empreinte "cheveux quantiques", car leur théorie remplace une idée antérieure appelée "théorème de l'absence de cheveux", développée dans les années 1960. Le "théorème des cheveux quantiques" du professeur Calmet, publié dans la revue Physical Review Letters, est révolutionnaire. Il prétend non seulement que les trous noirs ne sont pas "chauves" comme on le pensait, mais il prétend aussi résoudre le paradoxe de Hawking qui a profondément troublé les physiciens depuis les années 1970. La notion de "cheveux quantiques" permettrait aux informations sur ce qui entre dans un trou noir d'en ressortir sans violer aucun des principes importants des deux théories. Il s'agit d'une solution simple et élégante.

Le professeur Calmet a déclaré au sujet de sa découverte :

Il faudra du temps pour que les gens l'acceptent. L'une des conséquences du paradoxe de Hawking était que la relativité générale et la mécanique quantique étaient incompatibles. Ce que nous constatons, c'est qu'elles sont tout à fait compatibles. Il faudra donc du temps pour que les gens acceptent qu'il n'est pas nécessaire de trouver une solution radicale pour résoudre le problème.

L'équipe de recherche, qui comprend également le professeur Roberto Casadio de l'université de Bologne et le professeur Stephen Hsu de la Michigan State University, s'est appuyée sur les travaux du professeur Suvrat Raju du Centre international des sciences théoriques de Bengaluru, en Inde. Le professeur Raju pense qu'ensemble, ils ont résolu le paradoxe de Hawking. Et si vous souhaitez savoir quel mystérieux message laissé par Stephen Hawking sur son tableau pourrait enfin être décrypté, vous pouvez vous référer à notre précédent article sur le sujet.