Les trous noirs

LA PHYSIQUE MARIANIQUE

Les trous noirs ou le faux paradoxe de l’information

Première partie – Ce qu’ils en disent

Pour comprendre ce qui se passe au cœur d’un trou noir, il faut une théorie quantique de la gravitation Carlo Rovelli

Un trou blanc n’est rien d’autre qu’un trou noir dès lors que le temps s’écoule à l’envers Mathieu Grousson

Un trou noir est une porte vers un autre univers Stephen Hawking

Selon wikipedia, 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 ni émettre, ni diffuser la lumière et sont donc noirs, ce qui en astronomie revient à dire qu’ils sont optiquement invisibles. Toutefois, plusieurs techniques d’observation indirecte dans différentes longueurs d’onde ont été mises au point et permettent d’étudier de nombreux phénomènes qu’ils induisent. En particulier, la matière happée par un trou noir est chauffée à des températures considérables avant d’être « engloutie » et émet une quantité importante de rayons X.

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Dans le cadre de la relativité générale, un trou noir est défini comme une singularité gravitationnelle occultée par un horizon absolu appelé horizon des évènements. Selon la physique quantique, un trou noir est susceptible de s’évaporer par l’émission d’un rayonnement de corps noir appelé rayonnement de Hawking.

Les trous noirs supermassifs ont une masse comprise entre quelques millions et quelques milliards de masses solaires. Ils se trouvent au centre des galaxies et leur présence provoque parfois l’apparition de jets et du rayonnement X. Les noyaux de galaxies qui sont ainsi plus lumineux qu’une simple superposition d’étoiles sont alors appelés noyaux actifs de galaxies.

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La formation des trous noirs de très grande masse (de l’ordre d’un milliard de masses solaires) qu’on observe dans l’Univers lointain a été beaucoup trop rapide pour correspondre à l’effondrement d’étoiles massives. Il pourrait s’agir de l’effondrement direct de nuages de gaz gigantesques présents juste après le Big Bang, conduisant à des trous noirs de dix à cent mille masses solaires, amplifiés ensuite aux dépens du gaz et des étoiles environnants.

Une question de physique fondamentale encore irrésolue au début du xxi^e siècle est le fameux paradoxe de l’information. En effet, en raison du théorème de calvitie déjà cité, il n’est pas possible de déterminer a posteriori ce qui est entré dans le trou noir. 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 pas ?

Des considérations générales sur ce que devrait être une théorie de la gravitation quantique suggèrent qu’il ne peut y avoir qu’une quantité finie et limitée d’entropie (c’est-à-dire une quantité maximale et finie d’information) associée à l’espace près de l’horizon du trou noir. Mais la variation de l’entropie de l’horizon plus celle du rayonnement de Hawking est toujours suffisante pour prendre en compte toute l’entropie de la matière et de l’énergie tombant dans le trou noir… Mais restent de nombreuses questions. En particulier au niveau quantique, est-ce que l’état quantique du rayonnement de Hawking est déterminé de manière unique par l’histoire de ce qui est tombé dans le trou noir ? De même, est-ce que l’histoire de ce qui est tombé est déterminée de manière unique par l’état quantique du trou noir et de son rayonnement ? En d’autres termes, est-ce que les trous noirs sont, ou ne sont pas, déterministes ? Cette propriété est bien sûr conservée dans la relativité générale comme dans la physique classique, mais pas dans la mécanique quantique.

Pendant de longues années, Stephen Hawking a maintenu sa position originelle de 1975 voulant que le rayonnement de Hawking soit entièrement thermique, et donc complètement aléatoire, représentant ainsi une nouvelle source d’information non-déterministe.

La relativité générale indique qu’il existerait des configurations dans lesquelles deux trous noirs sont reliés l’un à l’autre. Une telle configuration est habituellement appelée trou de ver ou plus rarement pont d’Einstein-Rosen. De telles configurations ont beaucoup inspiré les auteurs de science-fiction (voir par exemple les références de la section médias) car elles proposent un moyen de voyager très rapidement sur de grandes distances, voire voyager dans le temps. En pratique, de telles configurations, si elles sont autorisées par la relativité générale, semblent totalement irréalisables dans un contexte astrophysique car aucun processus connu ne semble permettre la formation de tels objets.

Allô ! Non, mais allô quoi !? Allô, Allô ?! Je ne sais pas, vous me recevez ?

Deuxième partie – Ce qu’il en est

Per aspera ad astra dicton latin

C’est uniquement aux tourbillons eux-mêmes qu’il faut s’en prendre Monsieur l’Abbé de Molières

Si on demande à un astrophysicien quel est l’objet astral le plus fascinant, il va vous répondre sans doute : les trous noirs. Des régions de l’espace d’où même la lumière ne peut s’échapper.

Si on essaye d’appliquer les équations Grossmann – Hilbert – Einstein à ces objets, celles-là volent en éclats. On obtient des singularités de l’espace-temps. Des courbures infinies, la disparition pure et simple de l’espace et du temps ! Oh… qu’est-ce que tu fais maintenant, sainte Parascève ?!

Vous imaginez bien que les hypothèses les plus folles ont été trouvées. Le jardin du Dieu est grand, mais comme on le dit, ils sont nombreux ceux qui sautent la clôture.

Mais moi, j’ai fait beaucoup d’observations sur ces objets et je peux apporter quelques clarifications. Je me suis occupé des trous noirs les plus impressionnants, les trous noirs super massifs, en calculant leur masse. Dans les calculs officiels, ça varie entre quelques millions et quelques milliards de masses solaires. Les plus grands objets de l’univers.

J’ai effectué un travail titanesque et j’ai réussi à cataloguer la masse de tous les trous noirs de ce type ! Avec une précision jamais atteinte auparavant, par aucune expérience ou théorie physique, à cent décimales !

Mais le volume des données est trop important, alors je vais vous dévoiler seulement la première valeur. Elle est :

0,0… (quatre-vingt-dix-huit zéros) … 0 grammes

Des années et des années de travail. On a utilisé le plus puissant, le plus évolué, le plus sophistiqué appareil d’expérimentation jamais conçu : mon cerveau ! Mais, finalement, la réussite est là. Je peux être fier de moi. J’ai tout le temps dit que, durant toute mon existence, j’ai été intelligent une seule fois, lorsque j’ai épousé ma femme. Dans la vie, il faut être vraiment intelligent (seulement ?) quand ça compte. Eventuellement, quand tu comptes la masse des trous noirs.

En réalité, les trous noirs sont des vortex, des maelstroms, des tourbillons du Mchamp, dans la plupart du temps, dus à la rotation des corps très massifs et à leurs interactions avec l’inframatière.

Pour certains types de trou noir, une description correcte doit prendre en compte la vitesse de rotation de la masse de son centre.

En 1916, Karl Schwarzschild obtient la solution exacte à l’équation Grossman -Hilbert – Einstein pour un champ gravitationnel donné par une masse sphérique symétrique. La solution contient les termes (1-r/rs) et (1/(1-r/rs) ) où rs=2GM/ et devient des «singularités » quand r=rs et r=0. Le radial rs est connu sous le nom de radial Schwarzschild. La signification de ses singularités a été objet de controverse pendant des décennies car on obtient des bizarreries comme des divisions à zéro, une courbure infinie de l’espace ou la disparition du temps à l’intérieur des trous noirs…

J’ai peur, mon jeune padawan, que l’espace et le temps se portent très bien à leur intérieur.

L’information stockée sur l’horizon des trous noirs est une élucubration de Stephen Hawking !