J’ai lu pour vous Dernières nouvelles des trous noirs de Stephen HAWKING

Cet ouvrage est le condensé de plusieurs conférences que Stephen HAWKING a données à la BBC. Il aborde la question ultra-complexe des trous noirs en des termes accessibles au plus grand nombre, sans équations compliquées, sans jargon incompréhensible et avec quelques croquis explicites. La physique à portée de tous. Il s’agit bien des dernières nouvelles des trous noirs.

Que sont les trous noirs ?

Le problème des trous noirs est justement qu’ils sont noirs et que l’on ne peut ainsi pas les observer directement. On les connait donc « indirectement » par l’effet qu’ils produisent sur leur alentour (comme l’absorption d’étoiles). Ils sont, à l’origine, un corps massif (une étoile comme notre soleil par exemple) qui s’effondre soudain sur lui-même en raison des forces de gravité : lorsqu’une étoile « vit », la pression générée par les réactions thermonucléaires (les fusions d’atomes d’hydrogène qui se produisent en son centre) compensent exactement la gravité. Lorsque le combustible est épuisé (plus d’hydrogène à brûler), la gravité l’emporte et l’étoile s’effondre sur elle-même en formant :

• soit des naines blanches ou des étoiles à neutrons (pour les petites étoiles jusqu’à trois fois la masse de notre soleil) ; le principe d’exclusion de Pauli permet encore de contrebalancer la gravité ;
• soit des trous noirs, pour les étoiles massives, le principe d’exclusion de Pauli n’est plus suffisant pout contrebalancer la gravité ;

Les trous noirs sont alors des points infiniment petits et infiniment denses, dans lesquels le temps finit par s’arrêter ! Pas facile à imaginer. A l’intérieur, nos lois de la physique (quantique) sont impuissantes à décrire ce qui se passe. A noter qu’Einstein ne croyait pas à l’existence de ces singularités. Au centre de notre voie lactée se trouve un trou noir dont la masse est équivalente à un million de soleils.

Un trou noir a une frontière : l’horizon des évènements ou l’event horizon. Hawking utilise la métaphore des chutes du Niagara : si vous êtes sur un canot et que vous approchez des chutes, un coup de rame énergique permet d’éviter le pire. En revanche, au-delà d’un certain point, le courant est tel qu’un retour en arrière est impossible. C’est la même chose pour le trou noir : au delà de l’event horizon, plus rien ne s’échappe, pas même la lumière.

Event horizon et entropie

Cet Event horizon a une propriété étonnante : plus le trou noir absorbe d’objets, plus la surface de l’event horizon augmente. Il fonctionne comme l’entropie : c’est une grandeur physique introduite en thermodynamique (deuxième principe) qui veut qu’un système isolé (une chambre d’ado par exemple) va vers toujours plus de désordre.

Que signifie l’entropie d’un trou noir ?

Le trou noir atteint un état stationnaire ! On peut déterminer sa masse, sa charge électrique et son moment cinétique (sa vitesse de rotation). En revanche, tout ce qui est tombé dedans est perdu :  il est impossible de donner les caractéristiques de ce qu’il a avalé. L’information serait perdue pour toujours. Un trou noir peut donc être le résultat de nombreuses (infinies ?) configurations initiales.

Quelles sont les conséquences de l’entropie d’un trou noir ?

Si le trou noir a une entropie proportionnelle à la surface de son event horizon, alors il a une température proportionnelle à sa gravité ! Il émet donc des radiations thermiques : ce qui est en théorie impossible car rien (en théorie) ne s’échappe d’un trou noir !

La découverte d’Hawkins

Le vide n’est pas tout à fait vide. En permanence des couples particules/antiparticules apparaissent du néant et disparaissent aussitôt en s’annihilant mutuellement. Certaines de ces paires (particules/antiparticules) se forment sur ou à proximité de l’event horizon ; il se peut que l’antiparticule tombe définitivement dans le trou noir tandis que la particule s’en échappe : on a alors l’illusion que le trou noir émette des particules. C’est le rayonnement de Hawking. A force de rayonner, le trou noir finit par disparaître.

Un univers à 11 dimensions

Notre Univers a 4 dimensions serait un sous-ensemble d’un Univers à 11 dimensions dans lequel la lumière ne circulerait pas ce qui expliquerait les raisons pour lesquelles les 7 divisions manquantes ne soient pas visibles.

Une machine à broyer l’information

Le trou noir ne conserverait pas l’information de ce qu’il a avalé : un astronaute, une étoile, un autre trou noir… Lorsqu’il disparait, il pourrait alors en théorie réémettre n’importe quoi ; un téléviseur ou les œuvres complètes de Shakespeare. Bref, contrairement à ce que pensait  Laplace (déterminisme de Laplace), on ne pourrait pas prédire le futur !

L’information pourrait-elle être stockée (encodée) dans l’event horizon ? Voilà un thème de recherche que propose Hawking pour ses successeurs.

Selon Hawking, les trous noirs ne sont pas si noirs que ça et on pourrait en sortir. Il pourrait être également des passages vers d’autres Univers : affaire à suivre…