La bataille de l’information des trous noirs

 Nos bons vieux amis les trous noirs ont à nouveau fait parler d’eux lors d’une présentation donnée le 25 août dernier par Stephen Hawking, dans le cadre de la grande conférence de Stockholm sur la radiation de… Hawking.

C’est incroyable tout ce que l’on peut dire sur des objets dont la caractéristique fondamentale est le mutisme. Si le sujet vous est inconnu je propose de commencer par cet article de 2013, l’Univers et le paradoxe des trous noirs. Pour résumer en quelques lignes, le trou noir (une étoile tellement dense que rien, même pas la lumière, ne peut s’en échapper) matérialise un problème fondamental de l’astrophysique, le paradoxe de l’information. D’un côté, la relativité de Einstein dit que tout ce qui tombe dans un trou noir disparaît à jamais, et ça vaut pour toute information décrivant cette chose. De l’autre, la physique quantique nécessite la préservation de toute information, donc la chose avalée par le trou noir doit laisser une trace, quelque part. Tant que le trou noir reste entier, les deux approches s’entendent car l’information existe ad vitam au sein dudit trou noir. Mais, en 1974, Hawking démontre la radiation dite de Hawking, qui fait que le trou noir “fond” au fil du temps et que, donc, l’information qu’il contient va un jour disparaître avec lui.

Ah ben non pas possible, dit la physique quantique. Et depuis lors les physiciens joutent avec diverses théories tentant de réconcilier la relativité, la physique quantique et la radiation de Hawking, sans qu’aucune ne satisfasse le cas général. Et Hawking d’en remettre une bonne couche en août dernier, proposant de résoudre le paradoxe de la manière suivante : l’information ne se perd pas car elle ne pénètre pas le trou noir (on reste concentré sur le sujet svp) mais reste à sa périphérie, ce qu’on appelle son horizon. C’est la limite en deçà de laquelle la lumière ne peut plus s’échapper, qui marque le diamètre physique de trou noir.

 Hawking propose que l’information 3D qui arrive dans le trou noir, que ce soit une particule ou un éléphant, se trouve convertie en une information 2D codée à la surface de l’horizon, sur le principe de l’hologramme. C’est alors la radiation de Hawking qui récupère cette information au passage et lui permet de s’échapper. CQFD. Hawking fait ici appel à un modèle de l’univers holographique, très étudié par certains physiciens, et tout à fait passionnant. J’y ai d’ailleurs consacré un article en 2010 intitulé l’Univers, l’hologramme et nous.

 Mais Hawking ne convainc pas tout le monde : comment l’information s’inscrit-elle dans l’horizon, et comment est-elle récupérée par la radiation sortante ? Un autre spécialiste des trous noirs, Gerard ‘t Hooft, vient de soumettre une contre-proposition : pas d’hologramme, mais un mur contre lequel l’information rebondit. Il part du principe du champ gravitationnel : au moment où notre objet traverse l’horizon, son champ gravitationnel se modifie (en gros, il s’allonge tel un spaghetti sous l’effet de l’immense gravité du trou noir). La radiation de Hawking traverserait ce champ, ce qui en modifierait la direction, libérant de ce fait la nécessaire information relative à l’objet comme si elle rebondissait à la surface de l’horizon.

Pourquoi pas, mais les deux approches souffrent du même problème : tant que l’objet n’a pas été éliminé de l’univers par la fonte du trou noir, l’information à son sujet est dupliquée : elle existe de par l’objet lui-même, et de par l’un ou l’autre des deux mécanismes, transfert holographique ou rebond.

Ah ben non pas possible, dit la physique quantique.

Nous ne sommes donc pas encore sortis du trou, et Einstein doit bien se marrer au fond du sien !