Astrophysique : qu'est-ce que le "cheveu quantique" des trous noirs et pourquoi il pourrait être la réponse au paradoxe de Stephen Hawking ?

Des scientifiques affirment avoir résolu l'un des plus grands paradoxes de la science, identifié pour la première fois par le professeur Stephen Hawking (1942-2018).

Hawking a souligné le fait que les trous noirs se comportent d'une manière qui va à l'encontre de deux théories fondamentales.

Les trous noirs sont des étoiles mortes qui se sont effondrées et dont la gravité est si forte que même la lumière ne peut s'en échapper.

De nouvelles recherches prétendent avoir résolu le paradoxe en montrant que les trous noirs ont une propriété qu'ils appellent "cheveux quantiques".

"Le problème a été résolu", a déclaré en exclusivité et avec une grande satisfaction à la BBC le professeur Xavier Calmet, de l'université du Sussex, au Royaume-Uni.

Calmet est l'un des scientifiques qui ont développé les techniques mathématiques censées avoir résolu le paradoxe.

Théorème de l'absence de cheveux

Au cœur du paradoxe se trouve un problème qui a menacé de saper deux des plus importantes théories de la physique.

La théorie générale de la relativité d'Einstein affirme que les informations sur ce qui entre dans un trou noir ne peuvent en ressortir, mais la mécanique quantique affirme que c'est impossible.

Calmet et ses collègues affirment avoir démontré que les constituants de l'étoile laissent une empreinte dans le champ gravitationnel du trou noir.

Les scientifiques ont appelé cette empreinte "cheveux quantiques", car leur théorie remplace une idée antérieure appelée "théorème de l'absence de cheveux", développée par le professeur John Archibald Wheeler, de l'université de Princeton (New Jersey), dans les années 1960.

Wheeler a trouvé ce nom parce qu'il traduit la description mathématique d'un trou noir : une entité qui possède une masse, une charge et une rotation, mais qui n'a pas d'autres caractéristiques physiques. Il est "chauve", pour ainsi dire.

Simple et élégant

Le "théorème du poilu" du professeur Calmet, publié dans la revue Physical Review Letters, est révolutionnaire. Il prétend résoudre le paradoxe de Hawking qui a profondément troublé les physiciens depuis que Hawking l'a inventé dans les années 1970.

Le paradoxe a soulevé la possibilité que la mécanique quantique ou la relativité générale puissent être défectueuses, ce qui est une perspective terrifiante pour les physiciens théoriciens, car elles sont les deux piliers sur lesquels repose la majeure partie de notre compréhension de l'univers.

Cette nouvelle théorie prétend résoudre le paradoxe en comblant le fossé entre la relativité générale et la mécanique quantique.

La notion de cheveu quantique implique que ce qui entre dans un trou noir ressort sans violer aucun des principes importants des deux théories. Il s'agit d'une solution simple et élégante.

"Mais il faudra du temps pour que les gens l'acceptent", dit Calmet. Parce que c'est un gros problème dans le monde de la physique théorique.

Problème résolu

"Hawking a inventé le paradoxe, l'année de ma naissance", dit Calmet.

Depuis lors, de nombreux physiciens célèbres du monde entier ont travaillé sur le sujet, proposant des choses très spectaculaires pour l'expliquer, y compris certains qui ont suggéré que certains aspects de la mécanique quantique étaient faux.

"Il faudra donc un certain temps pour que les gens acceptent que vous n'avez pas besoin d'une solution radicale pour résoudre le problème", a expliqué le scientifique.

Si le théorème de la présence des cheveux résiste à l'examen, Calmet, lui, affirme qu'il pourrait être la première étape pour relier les théories de la relativité, qui traitent de la gravité, et de la mécanique quantique, qui se concentrent fortement sur les trois autres forces de la nature, à savoir l'électromagnétisme et les deux forces nucléaires.

"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 très compatibles."

L'équipe de recherche, qui comprend également le professeur Roberto Casadio, de l'université de Bologne, en Italie, et le professeur Stephen Hsu, de l'université d'État du Michigan, aux États-Unis, s'est appuyée sur les travaux du professeur Suvrat Raju, du Centre international des sciences théoriques de Bengaluru, en Inde. Raju croit qu'ensemble ils ont résolu le paradoxe de Hawking.

"Ces dernières années, il a été reconnu que le théorème de l'absence de cheveux a échoué en raison des effets quantiques, ce qui résout le paradoxe de Hawking", a-t-il déclaré.