Un groupe de chercheurs de Skoltech dirigé par le professeur Anatoly Dymarsky a étudié l'émergence d'ensembles thermiques généralisés dans des systèmes quantiques avec des symétries supplémentaires. En conséquence, ils ont découvert que les trous noirs se thermalisent de la même manière que la matière ordinaire. Les résultats de leur étude ont été publiés dans Lettres d'examen physique .

La physique des trous noirs reste un chapitre insaisissable de la physique moderne. C'est le point de tension le plus aigu entre la mécanique quantique et la théorie de la relativité générale. Selon la mécanique quantique, les trous noirs devraient se comporter comme les autres systèmes quantiques ordinaires. Encore, il y a de nombreuses façons dont cela est problématique du point de vue de la théorie de la relativité générale d'Einstein. Par conséquent, la question de la compréhension quantique des trous noirs reste une source constante de paradoxes physiques. La résolution minutieuse de ces paradoxes devrait nous fournir un indice sur le fonctionnement de la gravité quantique. C'est pourquoi la physique des trous noirs fait l'objet de recherches actives en physique théorique.

Une question particulièrement importante est de savoir comment les trous noirs se thermalisent. Une étude récente menée par un groupe de chercheurs de Skoltech a révélé qu'à cet égard, les trous noirs ne sont pas si différents de la matière ordinaire. À savoir, l'émergence de l'équilibre s'explique par le même mécanisme que dans le cas classique. Une étude analytique des trous noirs est devenue possible grâce au développement rapide des outils théoriques de la dualité holographique. Cette dualité fait correspondre certains types de systèmes quantiques conventionnels à des cas particuliers de systèmes de gravité quantique. Bien que des travaux supplémentaires soient nécessaires pour étendre cette similitude à la dynamique de thermalisation, ce travail fournit un soutien supplémentaire au paradigme selon lequel des aspects importants des trous noirs et de la gravité quantique en général peuvent être expliqués en termes de dynamique collective des systèmes quantiques à plusieurs corps conventionnels.

Par ailleurs, le travail jette un nouvel éclairage sur la manière dont les systèmes quantiques conventionnels à N corps se thermalisent. Il est largement admis que les systèmes de mécanique quantique isolés peuvent être décrits avec précision par la mécanique statistique à l'équilibre. L'énoncé mathématique précis qui fournit une telle description s'appelle l'hypothèse de thermalisation de l'état propre. Néanmoins, une preuve de cette hypothèse manquait. Les auteurs de l'article prétendent combler en partie cette lacune.

"Au meilleur de nos connaissances, notre travail est la toute première preuve analytique de l'hypothèse de thermalisation de l'état propre dans les systèmes spatialement étendus, tous les travaux antérieurs sur le sujet (à quelques exceptions près) étant numériques. Nous pensons que la nouveauté conceptuelle et technique de notre article est d'un grand intérêt, " explique le professeur Anatoly Dymarsky du Skoltech Center for Energy Science and Technology.