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Le [[Paradoxe de l'information]] est ce qui a motivé Polchinski et son équipe à développer le concept de mur de feu. Ils veulent répondre à un paradoxe qui survient lors de l'[[évaporation des trous noirs]].Cette théorie, émise par [[Stephen Hawking]], stipule que lorsqu'une paire de particule-antiparticule est formée à proximité de l'horizon des événements, l'une des particules peut tomber dans le trou noir. Une façon heuristique de voir les choses seraient de donner |
Le [[Paradoxe de l'information]] est ce qui a motivé Polchinski et son équipe à développer le concept de mur de feu. Ils veulent répondre à un paradoxe qui survient lors de l'[[évaporation des trous noirs]]. Cette théorie, émise par [[Stephen Hawking]], stipule que lorsqu'une paire de particule-antiparticule est formée à proximité de l'horizon des événements, l'une des particules peut tomber dans le trou noir. Une façon heuristique de voir les choses seraient de donner à la particule s'échappant du trou noir une énergie positive, puisqu'elle a été en mesure d'échapper à l'attraction du trou noir. Ainsi, pour équilibrer cette énergie, on doit donner une quantité égale d'énergie à l'autre particule mais de signe négatif.<ref>{{lien web|langue=en|url=http://arxiv.org/pdf/0803.2030v1.pdf|auteur=Samir D. Mathur, Département de physique, Université d'État d'Ohio, Columbus|titre=What Exactly is the Information Paradox?|date=13 Mars 2008}}Consulté le 01 Mai 2014</ref> De ce fait, l'énergie négative se concrétiserait en une perte de masse de la part du trou noir ce qui mènerait, à la longue, à son évaporation complète. Or, ceci cause un paradoxe important puisque l'évaporation des trous noirs ne laisserait absolument rien. Cela contrevient à la [[mécanique quantique]] qui dicte qu'aucune information ne peut être détruite<ref name="Blog">{{lien web|langue=en|url=http://profmattstrassler.com/articles-and-posts/relativity-space-astronomy-and-cosmology/black-holes/black-hole-information-paradox-an-introduction/|auteur=Matt Strassler|titre=Black Hole Information Paradox: An Introduction}}Blog personnel du Prof. Matt Strassler à propos de la physique, Consulté le 01 Mai 2014</ref>. |
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===Premier problème=== |
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L'information ne peut pas disparaître, ainsi il doit y avoir un moyen de la retrouver. [[Juan Martín Maldacena|Maldacena]], physicien théoricien de l'Université d'Harvard, émet donc une conjecture basée sur le [[principe holographique]] de Susskind et 't Hooft. Cette dernière stipule que n'importe quelle partie tridimensionnelle de l'Univers peut être représentée par l'information encodée aux limites bidimensionnelles de ce dernier. Ainsi, l'Univers ne serait qu'une « projection » de l'information venant du monde 2D. Tout ce qui arrive dans l'Univers 3D, dont l'évaporation des trous noirs, peut donc être décris selon les équations du monde 2D, où l'information n'est jamais perdue. Par conséquent la mécanique quantique se trouve à être respectée<ref name="Nature" />. |
L'information ne peut pas disparaître, ainsi il doit y avoir un moyen de la retrouver. [[Juan Martín Maldacena|Maldacena]], physicien théoricien de l'Université d'Harvard, émet donc une conjecture basée sur le [[principe holographique]] de Susskind et 't Hooft. Cette dernière stipule que n'importe quelle partie tridimensionnelle de l'Univers peut être représentée par l'information encodée aux limites bidimensionnelles de ce dernier<ref name="Blog" />. Ainsi, l'Univers ne serait qu'une « projection » de l'information venant du monde 2D. Tout ce qui arrive dans l'Univers 3D, dont l'évaporation des trous noirs, peut donc être décris selon les équations du monde 2D, où l'information n'est jamais perdue. Par conséquent la mécanique quantique se trouve à être respectée<ref name="Nature" />. |
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===Complémentarité des trous noirs=== |
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Comme première possibilité,Susskind et son équipe émettent la conjecture de la complémentarité des trous noirs. Cette dernière apporte une modification, non pas à la mécanique quantique, mais à [[relativité générale]] d'[[Albert Einstein|Einstein]]. L'information sortant du trou noir est une copie de celle de la particule tombée à l'intérieur. Or, cette supposition désobéit au théorème d'[[impossibilité du clonage quantique]] de la mécanique quantique puisque un même observateur extérieur pourrait « voir » deux particules ayant la même information en même temps. La complémentarité des trous noirs apporte une modification qui permettrait à l'information d'exister à la fois à l'intérieur et à l'extérieur du trou noir. Ainsi, deux observateurs placés de part et d'autre de l'horizon des événements peuvent « voir » l'information, chacun dans leur référentiel, sans créer aucun paradoxe car les deux observateurs ne peuvent communiquer ou « voir » l'information de l'autre référentiel.<ref name="BHC" /> Pour que ce soit possible, Susskind fait appel à un horizon des événements étiré agissant comme une membrane qui empêche les observateurs de communiquer ou d'observer la particule dans l'autre référentiel<ref> |
Comme première possibilité,Susskind et son équipe émettent la conjecture de la complémentarité des trous noirs. Cette dernière apporte une modification, non pas à la mécanique quantique, mais à [[relativité générale]] d'[[Albert Einstein|Einstein]]. L'information sortant du trou noir est une copie de celle de la particule tombée à l'intérieur. Or, cette supposition désobéit au théorème d'[[impossibilité du clonage quantique]] de la mécanique quantique puisque un même observateur extérieur pourrait « voir » deux particules ayant la même information en même temps. La complémentarité des trous noirs apporte une modification qui permettrait à l'information d'exister à la fois à l'intérieur et à l'extérieur du trou noir. Ainsi, deux observateurs placés de part et d'autre de l'horizon des événements peuvent « voir » l'information, chacun dans leur référentiel, sans créer aucun paradoxe car les deux observateurs ne peuvent communiquer ou « voir » l'information de l'autre référentiel.<ref name="BHC" /> Pour que ce soit possible, Susskind fait appel à un horizon des événements étiré agissant comme une membrane qui empêche les observateurs de communiquer ou d'observer la particule dans l'autre référentiel<ref>{{lien web|langue=en|url=https://www.youtube.com/watch?v=fnHEZxbK3lU|auteur=Raphael Bousso, Centre de physique théorique,Université de Californie, Berkeley (27 Juillet 2012)|titre=Black Holes:Complementarity vs. Firewalls}}, Consulté le 01 Mai 2014</ref>. |
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Une autre théorie serait celle du mur de feu. Puisque l'information existe toujours, celle-ci doit forcément s'extirper du trou noir à l'aide des rayonnements Hawking. Or, Stephen Hawking a montré que l'information d'un seul rayonnement est arbitraire. En effet, qu'on jette un ordinateur ou un homme dans le trou noir, le résultat est le même: un rayonnement Hawking dont l'information est impossible à décoder. Pour réussir à extraire l'information, tous les rayonnements émis doivent être intriqués entre eux selon Susskind. Par contre, cela implique que le rayonnement Hawking émis doit être intriqué, à la fois, avec toutes les autres radiations précédemment émises et la particule qui se trouve à l’intérieur du trou noir. Il est impossible pour une particule d'être intriquée avec d'autres particules provenant de référentiels différents. Pour répondre à ce paradoxe, Polchinski et son équipe émettent la théorie du mur de feu pour rompre ses intrications |
Une autre théorie serait celle du mur de feu. Puisque l'information existe toujours, celle-ci doit forcément s'extirper du trou noir à l'aide des rayonnements Hawking. Or, Stephen Hawking a montré que l'information d'un seul rayonnement est arbitraire. En effet, qu'on jette un ordinateur ou un homme dans le trou noir, le résultat est le même: un rayonnement Hawking dont l'information est impossible à décoder. Pour réussir à extraire l'information, tous les rayonnements émis doivent être intriqués entre eux selon Susskind. Par contre, cela implique que le rayonnement Hawking émis doit être intriqué, à la fois, avec toutes les autres radiations précédemment émises et la particule qui se trouve à l’intérieur du trou noir. Il est impossible pour une particule d'être intriquée avec d'autres particules provenant de référentiels différents. Pour répondre à ce paradoxe, Polchinski et son équipe émettent la théorie du mur de feu pour rompre ses intrications. |
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<ref>{{lien web|langue=en|url=|auteur=|titre=|date=}}, Consulté le 01 Mai 2014</ref> |
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<ref>Matt Strassler, « Black Hole Information Paradox: An Introduction », Blog personnel du Prof. Matt Strassler à propos de la physique, Retrouvé le 01 Mai 2014, http://profmattstrassler.com/articles-and-posts/relativity-space-astronomy-and-cosmology/black-holes/black-hole-information-paradox-an-introduction/</ref> |
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== Notes et références == |
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Version du 1 mai 2014 à 20:27
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En physique théorique, le mur de feu est un phénomène hypothétique qui serait situé à l'horizon des événements d'un trou noir[1]. Ainsi, autour d'un trou noir, on prévoit qu'il existe une zone de grande densité énergétique créée par le bris d'intrications quantiques généré par le rayonnement Hawking[1].
Ce phénomène a été décrit en 2012 par Joseph Polchinski et son équipe pour répondre à une incohérence de la théorie de la complémentarité des trous noirs, créée par Leonard Susskind et Larus Thorlacius au début des années 1990[2].
Principe physique
Le concept de mur de feu repose sur le fait que le vide qui entoure un trou noir n'est pas réellement vide. En effet, les inégalités d'Heisenberg démontrent que de l'énergie peut être empruntée au vide sur un très court instant. On nomme ce phénomène les fluctuations du vide. Ces fluctuations du vide génèrent en permanence des paires de particule-antiparticule intriquées selon la relation masse-énergie . La masse des particules générées est fonction de l'énergie « empruntée ».
En général, ces paires de particules-antiparticules s'annihilent aussitôt, sauf si un phénomène physique permet de les séparer les unes des autres en un temps inférieur à la durée de vie typique de la paire. À l'horizon des événements d'un trou noir, les forces de marée sont si intenses qu'elles peuvent éloigner la particule de son antiparticule avant qu'elles ne s'annihilent. Ainsi, l'une des particules de la paire peut être absorbée par le trou noir sans que l'autre ne le soit. Dans ce cas, l'énergie empruntée ne sera pas rendue au vide, ce qui ne respecte pas le principe de conservation de l'énergie. Pour remédier à cela, le trou noir doit émettre de l'énergie. C'est la base du rayonnement Hawking, qui mène éventuellement à l'évaporation des trous noirs. Selon cette théorie, la particule absorbée et la particule du rayonnement Hawking sont intriquées. C'est là que survient un premier paradoxe: la particule absorbée l'était déjà avec l'autre particule de la paire. On se retrouve donc dans un système où une particule est dépendante de deux autres à la fois. En mécanique quantique, il existe un principe de monogamie de l'intrication qui stipule qu'une particule ne peut être complètement intriquée avec deux particules en même temps. Pour éviter ce paradoxe, l'intrication entre la particule absorbée par le trou noir et celle qui s'en est échappée doit être brisée, ce qui libère alors une quantité importante d'énergie. « C'est un processus intense, comparable au bris des liens entre les molécules, et cela libère de l'énergie », affirme Polchinski. « L'horizon des évènements serait litteralement un anneau de feu brûlant tout ceux qui y tomberaient » dit-il. Ainsi, autour d'un trou noir, on prévoit qu'une zone de grande densité énergétique[3] existerait dû à une quantité énorme de bris d'intrications quantiques[1].[4].
Paradoxe incitateur
Le Paradoxe de l'information est ce qui a motivé Polchinski et son équipe à développer le concept de mur de feu. Ils veulent répondre à un paradoxe qui survient lors de l'évaporation des trous noirs. Cette théorie, émise par Stephen Hawking, stipule que lorsqu'une paire de particule-antiparticule est formée à proximité de l'horizon des événements, l'une des particules peut tomber dans le trou noir. Une façon heuristique de voir les choses seraient de donner à la particule s'échappant du trou noir une énergie positive, puisqu'elle a été en mesure d'échapper à l'attraction du trou noir. Ainsi, pour équilibrer cette énergie, on doit donner une quantité égale d'énergie à l'autre particule mais de signe négatif.[5] De ce fait, l'énergie négative se concrétiserait en une perte de masse de la part du trou noir ce qui mènerait, à la longue, à son évaporation complète. Or, ceci cause un paradoxe important puisque l'évaporation des trous noirs ne laisserait absolument rien. Cela contrevient à la mécanique quantique qui dicte qu'aucune information ne peut être détruite[6].
Premier problème
L'information ne peut pas disparaître, ainsi il doit y avoir un moyen de la retrouver. Maldacena, physicien théoricien de l'Université d'Harvard, émet donc une conjecture basée sur le principe holographique de Susskind et 't Hooft. Cette dernière stipule que n'importe quelle partie tridimensionnelle de l'Univers peut être représentée par l'information encodée aux limites bidimensionnelles de ce dernier[6]. Ainsi, l'Univers ne serait qu'une « projection » de l'information venant du monde 2D. Tout ce qui arrive dans l'Univers 3D, dont l'évaporation des trous noirs, peut donc être décris selon les équations du monde 2D, où l'information n'est jamais perdue. Par conséquent la mécanique quantique se trouve à être respectée[1].
Réponses au paradoxe
Encore aujourd'hui, il y a un débat en ce qui concerne la manière dont l'information peut s'extirper du trou noir. En effet, puisque celle-ci ne peut être détruite est doit forcément quitter le trou noir par le biais des rayonnements Hawking. Il existe deux principales théories pour expliquer cela: le mur de feu et la complémentarité des trous noirs.
Complémentarité des trous noirs
Comme première possibilité,Susskind et son équipe émettent la conjecture de la complémentarité des trous noirs. Cette dernière apporte une modification, non pas à la mécanique quantique, mais à relativité générale d'Einstein. L'information sortant du trou noir est une copie de celle de la particule tombée à l'intérieur. Or, cette supposition désobéit au théorème d'impossibilité du clonage quantique de la mécanique quantique puisque un même observateur extérieur pourrait « voir » deux particules ayant la même information en même temps. La complémentarité des trous noirs apporte une modification qui permettrait à l'information d'exister à la fois à l'intérieur et à l'extérieur du trou noir. Ainsi, deux observateurs placés de part et d'autre de l'horizon des événements peuvent « voir » l'information, chacun dans leur référentiel, sans créer aucun paradoxe car les deux observateurs ne peuvent communiquer ou « voir » l'information de l'autre référentiel.[2] Pour que ce soit possible, Susskind fait appel à un horizon des événements étiré agissant comme une membrane qui empêche les observateurs de communiquer ou d'observer la particule dans l'autre référentiel[7].
Mur de feu
Une autre théorie serait celle du mur de feu. Puisque l'information existe toujours, celle-ci doit forcément s'extirper du trou noir à l'aide des rayonnements Hawking. Or, Stephen Hawking a montré que l'information d'un seul rayonnement est arbitraire. En effet, qu'on jette un ordinateur ou un homme dans le trou noir, le résultat est le même: un rayonnement Hawking dont l'information est impossible à décoder. Pour réussir à extraire l'information, tous les rayonnements émis doivent être intriqués entre eux selon Susskind. Par contre, cela implique que le rayonnement Hawking émis doit être intriqué, à la fois, avec toutes les autres radiations précédemment émises et la particule qui se trouve à l’intérieur du trou noir. Il est impossible pour une particule d'être intriquée avec d'autres particules provenant de référentiels différents. Pour répondre à ce paradoxe, Polchinski et son équipe émettent la théorie du mur de feu pour rompre ses intrications.
Notes et références
- (en) Zeeya Merali, « Astrophysics: Fire in the hole! », Nature, (lire en ligne)
- (en) L. Susskind, L. Thorlacius et J. Uglum, « The Stretched Horizon and Black Hole Complementarity », arXiv, (lire en ligne)
- Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski and James Sully, « Black Holes: Complementarity or Firewalls? », 13 Avril 2013, http://arxiv.org/pdf/1207.3123.pdf
- Leonard Susskind, « Singularities, Firewalls, and Complementarity », Stanford Institute for Theoretical Physics and Department of Physics, Stanford University Stanford, 16 Aout 2012, http://arxiv.org/pdf/1208.3445v1.pdf
- (en) Samir D. Mathur, Département de physique, Université d'État d'Ohio, Columbus, « What Exactly is the Information Paradox? », Consulté le 01 Mai 2014
- (en) Matt Strassler, « Black Hole Information Paradox: An Introduction »Blog personnel du Prof. Matt Strassler à propos de la physique, Consulté le 01 Mai 2014
- (en) Raphael Bousso, Centre de physique théorique,Université de Californie, Berkeley (27 Juillet 2012), « Black Holes:Complementarity vs. Firewalls », Consulté le 01 Mai 2014
- Modèle {{Lien web}} : paramètres «
url» et «titre» manquants. (en) , Consulté le 01 Mai 2014
Voir aussi
Articles connexes
Liens externes
