Le lien entre les théories d’Einstein – le pont d’Einstein-Rosen (trous de ver) et Einstein-Podolsky-Rosen (particules intriquées) – intrigue depuis longtemps les physiciens. De nouvelles recherches suggèrent que lorsqu’elle est appliquée aux trous noirs, cette connexion est plus complexe et « grumeleuse » qu’on ne le pensait auparavant, ce qui donne naissance à ce que les chercheurs appellent « les chenilles d’Einstein-Rosen ».
Intrication quantique et trous noirs : un lien théorique
En 2013, Juan Maldacena et Leonard Susskind ont proposé une idée convaincante : l’intrication quantique de deux particules et l’existence de trous de ver pourraient être mathématiquement équivalentes lorsqu’on considère les trous noirs. Cela suggère que deux trous noirs, inextricablement liés par une connexion quantique, pourraient potentiellement créer un tunnel à travers l’espace-temps.
Cependant, une étude récente dirigée par Brian Swingle de l’Université Brandeis a nuancé cette compréhension. En analysant un groupe de trous noirs enchevêtrés, Swingle et son équipe ont découvert que la connexion n’est pas toujours fluide et prévisible ; au lieu de cela, il possède une structure bosselée et remplie de matière.
Démêler l’intérieur des trous noirs
L’étude de ces trous de ver offre une opportunité unique de sonder l’intérieur des trous noirs. Ces intérieurs restent énigmatiques en raison des immenses forces gravitationnelles en jeu, ce qui les rend difficiles à étudier directement. Il est intéressant de noter que les modèles mathématiques indiquent que la taille de l’intérieur d’un trou noir est en corrélation avec sa complexité, c’est-à-dire son degré de complexité au niveau quantique fondamental. L’équipe de Swingle a étendu cette logique pour déterminer si un principe similaire s’applique aux trous de ver reliant les paires de trous noirs.
Un calcul complexe : simuler la réalité avec la physique quantique et la gravité
Une compréhension globale de l’intrication des trous noirs nécessiterait une théorie unifiée de la gravité quantique, une théorie qui échappe actuellement aux physiciens. Au lieu de cela, l’équipe de Swingle a utilisé un modèle qui comble le fossé entre la physique quantique et la gravité, offrant des informations tout en reconnaissant sa nature incomplète.
La structure « Caterpillar » : matière, longueur et caractère aléatoire quantique
Les calculs de l’équipe ont révélé une relation directe entre la quantité d’aléatoire quantique microscopique contenue dans un trou de ver et sa longueur géométrique. Leurs résultats ont indiqué qu’il est peu probable que ces trous de ver soient parfaitement lisses. Ils sont plus susceptibles de contenir des bosses constituées de matière, une caractéristique qui a conduit à l’analogie avec la « chenille ». Cela contraste avec le résultat de 2013, qui pourrait s’appliquer à des scénarios spécifiques, moins courants, dans lesquels l’état intriqué des trous noirs conduit à une connexion fluide.
La nouvelle recherche ajoute des informations sur les trous noirs intriqués, mais ne décrit toujours pas le cas le plus courant d’un tel intrication.
— Donald Marolf, Université de Californie, Santa Barbara
Orientations futures : l’informatique quantique et une compréhension plus approfondie
Donald Marolf, de l’Université de Californie à Santa Barbara, note que même si la recherche est précieuse, elle ne décrit pas encore le scénario d’enchevêtrement le plus typique. Le grand nombre d’états de trous noirs théoriquement possibles – dépassant largement le nombre de trous noirs dans notre univers – souligne la nécessité de recherches théoriques plus approfondies pour déterminer l’état connecté le plus probable d’une paire de trous noirs.
Pour l’avenir, Swingle suggère d’utiliser des ordinateurs quantiques pour simuler ces trous noirs cosmiques et ces « trous de ver de chenille ». L’approche de son équipe, qui intègre la physique quantique et la gravité, laisse entrevoir la possibilité que des ordinateurs quantiques de plus en plus puissants puissent offrir un aperçu à la fois de la théorie quantique et de nouveaux concepts concernant la gravité. De plus, l’étude des mystères de la gravité pourrait potentiellement inspirer des algorithmes innovants en informatique quantique.
En conclusion, cette recherche met en lumière la nature complexe des trous de ver reliant les trous noirs intriqués, révélant une structure potentiellement bosselée et remplie de matière. Bien qu’une théorie complète de la gravité quantique reste insaisissable, les recherches en cours, y compris l’utilisation potentielle d’ordinateurs quantiques, promettent d’approfondir notre compréhension de ces connexions cosmiques fascinantes et des intérieurs mystérieux des trous noirs.
