En 1974, Stephen Hawking a avancé une idée intrigante : en utilisant les principes de la physique quantique, il a prédit que même si rien n’est censé échapper à l’impact d’un trou noir horizon des événementsces bêtes cosmiques peuvent en réalité émettre des particules. Et en éjectant ces particules, les trous noirs vont rétrécir sur un temps très long, pour finir par s’évaporer et peut-être exploser.
Hawking a déclenché un débat qui dure depuis plus de 50 ans. L’idée selon laquelle les trous noirs s’évaporent met en lumière deux principes fondamentaux de la physique : la relativité générale et mécanique quantique – en conflit.
Mais, en supposant que Hawking et d’autres aient raison, comment un trou noir s’évaporerait-il sans rien laisser derrière lui ? Avant d’explorer cette idée hallucinante, il est important de savoir que les physiciens théoriciens débattent encore de la manière dont cela est possible. Mais au cours des dernières décennies, un certain nombre d’explications potentielles ont émergé quant à la façon dont les trous noirs semblent défier les règles de notre univers en disparaissant.
« Nous avons passé les 50 dernières années à nous battre pour cela » Daniel Harlowphysicien au MIT, a déclaré à Live Science. « Je dirais que maintenant nous le comprenons bien mieux que Hawking. »
Albert Einstein a prédit l’existence de trous noirs en 1915 avec sa théorie de relativité généralece qui explique comment la gravité est une propriété de la courbure de l’espace-temps. Selon cette théorie, les trous noirs sont des objets ayant une masse importante comprimée dans une zone singulière, où pesanteur est si puissant que même la lumière ne peut échapper à son attraction.
« Selon la relativité générale, tout ne peut entrer qu’à l’intérieur (d’un trou noir) et rien ne peut jamais en sortir », a déclaré Heino Falckeastrophysicien à l’Université Radboud aux Pays-Bas qui a participé à la capture du première image d’un trou noir en 2019. « Tout ce qui est jeté est complètement écrasé en pointe. »
Mais environ 60 ans plus tard, Hawking calculs a montré que tout n’est peut-être pas écrasé par les trous noirs. En mécanique quantique, des paires de particules – particules et antiparticules – apparaissent et disparaissent. Ces particules s’annulent généralement.
Mais Hawking a soutenu que les fluctuations des champs à l’horizon des événements, le « point de non-retour » d’un trou noir au-delà duquel rien ne peut s’échapper, signifient que ces particules ne s’annulent pas toujours : l’une de ces particules peut être aspirée dans le trou noir, tandis que l’autre est éjecté dans l’espace, laissant derrière lui un nuage appelé rayonnement Hawking. À mesure que de plus en plus de particules sont éjectées, les trous noirs commencent à perdre de l’énergie et de la masse, pour finalement disparaître, selon cette théorie.
Ce processus serait très lent. Un trou noir avec une masse de soleil pourrait prendre 10 ^ 67 ans s’évaporer complètement – plus longtemps que l’âge actuel de l’univers. Et les scientifiques n’ont pas encore trouvé de preuves de cela ; les trous noirs ne semblent pas émettre de rayonnement thermiquece qui signifie que le rayonnement Hawking peut ne pas être détectable. Certains scientifiques tentent d’observer ce rayonnement insaisissable dans des laboratoires et sur de minuscules trous noirs, censés s’évaporer plus rapidement que ceux de notre galaxie.
Paradoxe du trou noir
Cependant, l’idée de Hawking comporte quelques réserves qui conduisent à des questions déroutantes. L’évaporation introduit une énigme appelée le paradoxe de l’information du trou noir. Si un trou noir s’évapore et disparaît, les particules qu’il laisse derrière lui manquent d’informations sur l’état d’origine de la matière. Cela viole un concept fondamental de la physique – selon lequel un système à un moment donné doit déterminer ou refléter son état à un autre – également connu sous le nom de prévisibilité.
Les scientifiques débattent encore de la manière de résoudre ce paradoxe. « Ce qui est étonnant à propos du paradoxe de Hawking, c’est que toute résolution nécessite l’abandon d’un principe sacré de la physique », a déclaré Harlow. La solution de Hawking consistait à renoncer à la prévisibilité, car il déploré dans un article de 1976.
Malgré les progrès réalisés dans la compréhension de l’évaporation des trous noirs, les mystères continuent de s’accumuler. Dans une étude de 2023 dans la revue Lettres d’examen physiqueFalcke et ses collègues ont fait valoir que le paradoxe de l’information ne se limite peut-être pas aux trous noirs. En reprenant les calculs de Hawking, l’équipe a proposé que tous les objets puissent avoir le même problème. Toutes choses peuvent s’évaporerapprofondissant ainsi le puzzle.
« Il y a quelque chose dans le monde que nous ne pouvons pas expliquer », a déclaré Falcke. « Mais, vous savez, en créant davantage de mystères, nous pourrions éventuellement nous rapprocher d’une solution. »
