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Article
Vivons
nous à l'intérieur d'un trou noir cosmique
?
par Jean-Paul Baquiast 19/01/2009
Dans
un article du 1er août 2008 présentant le dernier
livre du physicien américain Leonard Susskind, The
Black Hole War(1), nous avions indiqué
que ce dernier avait réussi, conjointement avec le
physicien néerlandais Gerard t'Hooft, a convaincre
Stephen Hawking du fait que l'information entrant dans
un Trou noir ne disparaissait pas en conséquence de
l' « évaporation » de ce dernier
par radiation (Hawkin's radiation). Elle pouvait
être retrouvée à condition de faire appel
à d'autres théories que celles de la gravité,
regroupée dans ce que l'on dénomme la
gravitation quantique. Susskind et t'Hooft, ainsi que
le jeune physicien argentin Juan Maldacena, ont montré
que les questions relatives à ce que devient l'information
dans l'évolution des trous noirs peuvent être
abordées dans le cadre d'une théorie différente
ne faisant pas appel à la gravitation et permettant
de conserver l'information, en conformité avec
les bases de la physique quantique.
On
pourrait ainsi envisager dans le cadre de la nouvelle théorie
de produire expérimentalement des trous noirs au
sein desquels on pourrait suivre l'histoire de l'information.
Celle-ci se retrouverait à l'identique au cours
de l'évaporation du trou noir. On les détecterait
à partir des fluctuations quantiques microscopiques
se produisant à la frontière du trou noir,
sur son horizon. Ce ne serait pas dans l'esprit des auteurs
avec des trous noirs galactiques géants que l'on
pourrait procéder à de telles expériences,
mais peut-être avec des trous noirs microscopiques,
si les futurs accélérateurs de particules
permettent d'en produire qui soient suffisamment stables.
Ceci
a conduit 't Hooft, suivi par Susskind, à développer
l'hypothèse holographique(2).
Celle-ci postule que ce qui constitue notre monde, jusqu'à
nous-mêmes, compose un hologramme projeté jusqu'aux
confins de l'espace. Les informations constituant cet hologramme
seraient émises par la face interne de l'enveloppe
d'un trou noir gigantesque au sein duquel se serait développé
notre univers. La dernière partie de The Black Hole
War développe les différents aspects de cette
hypothèse, qui sont difficilement accessibles aux non
spécialistes, malgré le talent pédagogique
de Leonard Susskind : anti-Espace De Sitter (ADS), branes,
conjecture de Maldacena, trous noirs extrêmes (extreme
black holes) et principe holographique lui-même. Quoiqu'il
en soit, tout ceci restait jusqu'à présent du
domaine de la théorie mathématique et ne paraissait
pas pouvoir recevoir de preuves expérimentales.
La situation est peut-être en train de changer radicalement
Tout
récemment, des faits nouveaux semblent avoir été
observés. Des preuves de l'hypothèse holographique
pourraient peut-être être obtenues, d'une
façon tout à fait inattendue, comme c'est
souvent le cas en science(3). Si
ces hypothèses se révélaient exactes,
il s'agirait d'une véritable révolution.
Depuis quelques mois, les responsables du grand laboratoire
germano-britannique pour la détection des indes gravitationnelles,
installé prés de Hanovre, le GEO600 (ci-
contre une photo aérienne)., avaient fait une
observation curieuse(4). L'équipement,
extrêmement précis et délicat, n'avait
pas détecté d'ondes gravitationnelles
mais un bruit de fond persistant, qui résiste aux différentes
épreuves visant à éliminer les nombreuses
sources parasites polluant l'expérimentation
Il
s'agit, selon un des responsables du GEO600, Karsten
Danzmann de l'Institut Max Plank pour la physique
gravitationnelle à Postdam, d'un bruit bien
particulier se situant dans les fréquences situées
entre 300 et 1500 hertz. Pour le physicien américain
Carl Logan, récemment nommé directeur du Centre
pour l'astrophysique des particules au sein du Fermilab,
il s'agit peut-être de la réception d'émissions
traduisant l'agitation quantique de l'espace-temps.
Celle-ci produirait des unités discrètes d'espace-temps,
ou grains, dont la taille se situerait à la longueur
dite de Planck. Mais celle taille (10-35
mètre) serait trop petite pour pouvoir être
observable directement. Les grains d'espace-temps
ainsi produits pourraient par contre être observés
indirectement, s'ils faisaient l'objet d'une
projection holographique provenant des frontières
de l'univers et dirigées vers l'intérieur
d'un gigantesque trou noir, un trou noir supposé
correspondre à notre propre univers.
Le
trou noir présente la propriété d'augmenter
la taille des informations correspondant à celles
qu'il émet par évaporation à
partir de sa frontière, si elles sont renvoyées
vers l'intérieur de cette frontière,
laquelle forme un volume par définition plus petit.
Dans le cas d'un trou noir à la taille de l'univers,
les grains d'espace-temps, d'une taille calculée
de 10-16 mètre, pourraient
alors être détectés par les instruments
actuels.
Nous
simplifions l'exposé de cette question difficile,
en renvoyant à l'article cité de Marcus
Chown. Disons que les prédictions de Carl Logan quant
à la fréquence des émissions provenant
de la frontière d'un trou noir cosmologique
correspondent à peu près aux émissions
détectées par Karsten Danzmann avec le GEO600.
Ceci voudrait dire qu'en ce cas, l'on observerait
directement les quanta de temps, ou plus petits intervalles
de temps possibles dans l'hypothèse où
le temps serait quantifiable. Ils correspondraient à
la longueur de Planck divisée par la vitesse de la
lumière.
Mais
tout ceci resterait à vérifier. Pour cela,
il faudrait construire des observatoires directement dédiés
à la mesure du bruit holographique supposé
et à celle des phénomènes associés.
Une solution relativement économique consisterait
pour ce faire à construire un interféromètre
faisant appel à des rayons d'atomes ultra-froids
travaillant dans des longueurs d'onde plus petites
que la lumière et donc plus facile à réaliser
;
Sur
le plan théorique, la confirmation du principe holographique
aiderait à choisir entre les hypothèses de
la théorie des cordes, éliminant certaines
d'entre elles et en confirmant d'autres. On
pourrait peut-être alors commencer à comprendre
comment l'espace-temps peut émerger du monde
quantique. Mais, comme on vient de le voir, il ne faut pas
anticiper.
Ajoutons
une observation personnelle. La situation observationnelle
ainsi décrite et les hypothèses en découlant
conduisent à articuler deux séries d'hypothèses
qu'a priori rien n'obligeait à lier : le fait que l'espace-temps
soit quantifiable aux conditions limites et le fait que nous
vivions dans un gigantesque trou noir en expansion. Pour le
sens commun, la seconde hypothèse est autrement plus
stupéfiante que la première, laquelle a priori
n'intéresse que les physiciens théoriciens.
Il est donc un peu surprenant de constater que l'hypothèse
du trou noir est formulée non à partir d'expérimentations
visant à la mettre spécifiquement à l'épreuve,
mais indirectement en appui d'une expérience apparemment
minuscule intéressant des anomalies possibles dans
les enregistrements d'un détecteur d'ondes gravitationnelles
resté jusqu'à présent muet en ce qui
concerne l'existence de ces dernières. Ainsi va la
science.
Notes
(1)Voir notre présentation du livre
"The Black Hole War" http://www.automatesintelligents.com/biblionet/2008/aou/susskind.html
(2) Sur l'hypothèse holographique,
voir "The Holographic principle dans Wikipedia"
http://en.wikipedia.org/wiki/Holographic_principle
"
Concernant les trous noirs, le principe dit que la description
de tous les objets qui y tombent est entièrement contenue
dans les fluctuations de surface de l'horizon du trou noir.
Par extension, il suggère que l'univers entier peut
être considéré comme une structure d'information
en deux dimensions peinte sur l'horizon cosmologique de l'univers.
Les trois dimensions que l'on y observe ne constituent qu'une
description valable aux basses énergies. L'holographe
cosmologique n'a pas encore été décrite
mathématiquement avec précision, car l'horizon
cosmologique à une surface finie qui s'accroît
avec le temps."
(3)Voir l'article de Marcus Chown dans le
NewScientist du 17 janvier 2009, p 24, dont nous nous sommes
inspirés ici, et sur le site
http://www.newscientist.com/article/mg20126911.300-our-world-may-be-a-giant-hologram.html
(4)Sur le GEO600, German-english Observatory,
voir le site http://geo600.aei.mpg.de/
