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En quoi le paradoxe de l'information lié aux trous noirs illustre notre incapacité à élaborer une théorie cohérente de la gravitation quantique ?

Trous noirs : l'information en discontinu

58 min
À retrouver dans l'émission

Qu’est-ce que le paradoxe de l’information ? Et l’évaporation des trous noirs ? Comment Stephen Hawking avait-il conceptualisé ce phénomène ? Comment les fluctuations quantiques du vide entraînent la disparition totale des trous noirs ?

En quoi le paradoxe de l'information lié aux trous noirs illustre notre incapacité à élaborer une théorie cohérente de la gravitation quantique ?
En quoi le paradoxe de l'information lié aux trous noirs illustre notre incapacité à élaborer une théorie cohérente de la gravitation quantique ? Crédits : mr.hasgaha

S’il y a une chose que tout le monde, ou presque, sait des trous noirs, c’est que lorsque quelque chose, matière, énergie, entre à l’intérieur, ce quelque chose est prisonnier et chute inexorablement vers la singularité gravitationnelle centrale, vers le centre du trou noir. Mais selon les lois de conservation de l’information, cette information n’est pas perdue, elle est juste rendue inaccessible, pour toujours. Mais quand Stephen Hawking postule, au milieu des années 70, que les trous noirs peuvent s’évaporer, très lentement, jusqu’à disparaître, se pose alors le problème suivant : que devient ce qui a été absorbé. Cette question, a priori insoluble, a un nom : le paradoxe de l’information.

Trous noirs : l’info en discontinu. C’est le programme paradoxal qui est le nôtre pour l'heure qui vient. Bienvenue dans La Méthode scientifique.

Et pour tout comprendre à ce paradoxe de l’information, et aux différentes options théoriques pour le résoudre… nous avons le plaisir de recevoir aujourd’hui Jean-Pierre Luminet, astrophysicien, directeur de recherche CNRS, membre du laboratoire d’astrophysique de Marseille et de l’Observatoire de Paris, auteur « L’écume de l’espace-temps », aux éditions Odile Jacob et Andrea Puhm, chargée de recherche CNRS au Centre de physique théorique de l’Ecole Polytechnique, groupe théorie des cordes, au sein du groupe de recherche sur la thématique « Codage d’information en gravité quantique et le paradoxe de l’information des trous noirs ».

Prenez un livre, jetez le au feu. Le livre va brûler. Concrètement, vous ne pourrez plus en lire le contenu. Pour autant, tout les éléments du livre restent là, devant vous. Les cendres, les gaz échappés, le livre a changé d’état, mais toute l’information qui contient est encore présente dans l’environnement, même si elle est devenue inaccessible.

C’est cette métaphore du livre brûlé que l’on utilise, généralement, pour décrire ce qu’il advient de ce qui est « absorbé » par un trou noir. L’information – qu’il s’agisse d’énergie ou de matière, une fois passée l’horizon des événement, est irrémédiablement attirée par la singularité gravitationnelle centrale, et ne pourra, a priori, plus jamais s’en échapper. Nous, observateurs, ne pourront plus jamais y avoir accès.

Le problème survient en 1975, quand Stephen Hawking postule ce qui deviendra "le rayonnement de Hawking", à savoir, et nous y reviendrons, que les trous noirs s’évaporent très très très lentement. Mais ils s’évaporent, au point tel qu’après un temps infiniment long, ils peuvent être amenés à disparaitre complètement. Mais alors que devient l’information qui a été happée puisque selon la loi d’unitarité, ou de micro-réversibilité de la mécanique quantique cette information, même si elle se transforme, ne peut disparaître ?

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Le reportage du jour

Reportage au sein de l’Institut d’Astrophysique Spatiale de l’Université Paris-Saclay, avec Julien Grain, sur les manières d’étudier “expérimentalement” le phénomène d’évaporation des trous noirs. Par Céline Loozen.

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7 min
LA_METHODE_SCIENTIFIQUE - REPORTAGE

Les bases documentaires

Retrouvez le thread de cette émission sur le fil Twitter de La Méthode scientifique.

Les références musicales

Le titre du jour : "Law of attraction" par Sélénite

Le générique de début : "Music to watch space girls by" par Leonard Nimoy

Le générique de fin : "Says" par Nils Frahm 

Chroniques
16H02
4 min
Le Journal des sciences
Covid-19 : la détection de 7 nouveaux variants américains
Intervenants
  • astrophysicien,directeur de recherche au CNRS, membre du laboratoire d'astrophysique de Marseille et de l'observatoire de Paris
  • Chargé de recherche au CNRS, chercheuse au sein de l’équipe Théorie des cordes de l’école Polytechnique
L'équipe
Production
Réalisation
Avec la collaboration de
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