Une expérience de laboratoire semble valider une idée sur les trous noirs proposée par nul autre que le physicien théoricien Stephen Hawking . De plus, l'idée - les trous noirs émettent de l'énergie appelée rayonnement de Hawking au fil du temps et se rétrécissent progressivement - semble contre-intuitive. Comment cela peut-il être vrai ? Nous avons tous entendu dire que rien ne peut échapper à l'attraction gravitationnelle d'un trou noir. Même pas léger !
Revenons en arrière une seconde et apprenons ce que les trous noirs ne sont pas. Ils ne sont pas rien. Pour que la théorie quantique soit vraie, le vrai néant n'est pas une chose. Comme ma tante aime le dire : « C'est toujours quelque chose. Bien que je ne pense pas qu'elle parlait de trous noirs.
Alors, qu'est-ce qu'un trou noir ? C'est ce qui reste après la mort d'une énorme étoile. Les étoiles ont une masse énorme, ce qui signifie qu'elles exercent également une forte attraction gravitationnelle. Lorsqu'une étoile est active, les réactions de fusion dans son noyau s'équilibrent avec l'attraction gravitationnelle de sa masse et l'étoile conserve sa forme. Mais au fil du temps, le carburant pour les réactions de fusion commence à se raréfier et la gravité commence à gagner le bras de fer.
En conséquence, l'étoile devient plus petite et plus dense. Il commence à tirer plus de matériau vers l'intérieur vers le noyau. Le noyau chauffe au fur et à mesure que cela se produit. Finalement, vous obtenez assez d'énergie pour une explosion - l'étoile devient une supernova . L'étoile projette de l'énergie et de la matière vers l'extérieur avec une force énorme, mais le noyau épuisé reste, massif et dense.
Cela a passé le noyau à déformer l'espace-temps, s'y enfoncer. C'est comme mettre une grosse boule de bowling sur un trampoline. Le poids de la balle déforme le trampoline, le faisant plonger vers le bas. Les trous noirs font la même chose avec l'espace-temps, seulement ils le font dans plus de deux dimensions.
Autour de l'ouverture du trou se trouve l'horizon des événements. Une fois cette ligne dépassée , vous appartenez au trou noir. Cela s'applique même à la lumière elle-même. Mais si c'est vrai, comment les trous noirs pourraient-ils émettre de l'énergie ? Comment Stephen Hawking pourrait-il avoir raison ?
La théorie quantique nous dit que même dans un trou noir, il y aurait des champs d'énergie fluctuants. Les fluctuations génèrent des paires de photons. Plus souvent qu'autrement, les photons se détruisent les uns les autres, comme les membres d'un boys band qui en ont finalement marre de tourner.
Mais parfois, un photon apparaîtra sur le bord intérieur de l'horizon des événements tandis que l'autre est sur le bord extérieur. Le photon le plus interne est condamné et est entraîné dans le trou noir. Le photon nouvellement divorcé sur le bord extérieur zoome vers l'espace extra-atmosphérique. C'est le rayonnement de Hawking. Vous pouvez écouter Neil deGrasse Tyson expliquer le rayonnement de Hawking et la disparition des trous noirs dans cette vidéo :
Selon l'hypothèse de Hawking, le photon qui tombe dans le trou noir le fait en fait rétrécir un peu en raison de son énergie négative. Et Hawking propose également qu'un trou noir détruit l'information , quelque chose qui va à l'encontre de l'idée que la quantité totale d'information dans l'univers est une constante.
Et maintenant, enfin, nous arrivons à l'expérience. Le physicien expérimental Jeff Steinhauer a simulé un trou noir en laboratoire et observé ce qui semblait être des émissions de rayonnement de Hawking. Il a créé le trou noir acoustique en utilisant des atomes ultrafroids qui créent des particules sonores virtuelles appelées phonons. Tout comme un vrai trou noir crée des photons virtuels qui deviennent parfois réels, le trou noir simulé crée des paquets de sons.
Lorsque le trou noir simulé crée une véritable paire de phonons, l'un est capturé par une région supersonique et est piégé. Ceci est similaire à un photon avalé par un vrai trou noir, diminuant ainsi le trou noir.
L'expérience en laboratoire n'est pas une preuve concluante que Hawking avait raison. Certains physiciens pensent qu'assimiler le trou noir artificiel à un trou noir astronomique est un trop grand saut. Il se peut que ce qui est vrai pour l'un ne l'est pas pour l'autre. Et les fluctuations induites par Steinhauer peuvent ne ressembler qu'à celles trouvées dans le vide de l'espace, ce qui signifie que les résultats pourraient être trompeurs.
Les scientifiques devraient reproduire l'expérience de Steinhauer pour s'assurer que les résultats sont valides. Même alors, cela pourrait prendre un certain temps avant que la communauté scientifique dans son ensemble soit prête à considérer les résultats comme un support pour les prédictions de Stephen Hawking dans les années 1970. Mais il est possible que nous nous rapprochions d'une meilleure compréhension du mystérieux trou noir.
