Nicholas Warner veut comprendre comment la matière se comporte à la frontière la plus extrême de l'univers. Warner, professeur de physique et d'astronomie et de mathématiques à l'USC Dornsife, a récemment reçu une prestigieuse subvention du Conseil européen de la recherche pour étudier un problème révélé pour la première fois par Stephen Hawking :le paradoxe de l'information sur les trous noirs.

Alors, quel est exactement ce paradoxe ?

Les trous noirs sont définis par leurs immenses champs gravitationnels, des champs suffisamment puissants pour piéger la lumière ainsi que la matière. Cette affaire est porteuse d'informations, comme sa composition, masse et position. Puisque les trous noirs s'effondrent sur eux-mêmes, tout est tellement compressé que les compréhensions modernes de la physique s'effondrent également.

"La façon la plus simple de le décrire, " dit Warner, "Est-ce que l'une des propriétés des trous noirs est qu'une fois qu'une substance est à l'intérieur, ils sont sans relief de l'extérieur. Alors quand tu fais un trou noir, vous avez essentiellement effacé de l'extérieur toute information sur la façon dont vous l'avez fait. "

Selon les lois actuelles de la physique, ces informations doivent toujours être conservées, même lorsqu'ils sont piégés dans ces trous noirs. Dans les années 1980, Stephen Hawking s'est rendu compte, cependant, que parce que les trous noirs ont une température, ils doivent s'évaporer avec le temps par un processus connu sous le nom de rayonnement de Hawking. Ce processus détruirait les informations que le trou noir a conservées. Cet écart est appelé le paradoxe de l'information du trou noir.

Warner compare le problème à la science médico-légale :essayer de reconstituer une scène de crime à partir d'éclaboussures de sang et d'empreintes digitales. La formation et l'évaporation d'un trou noir efface tout de la scène de crime, mais cela est interdit par la mécanique quantique. Ce problème existe depuis environ 40 ans, et Warner a commencé à y travailler en 2007 :il utilise la théorie des cordes pour découvrir la structure quantique cachée des trous noirs.

Arrêt à l'horizon

Maintenant, la nouvelle bourse ERC Advanced d'une durée de cinq ans permettra à Warner de travailler à l'Institut de Physique Théorique près de Paris, déroutant sur la structure quantique des trous noirs et la récupération de l'information. A partir de janvier 2019, il passera trois des cinq prochaines années en France, avec les autres années à l'USC Dornsife.

Warner reconnaît à quel point USC a soutenu son travail, à la fois en Californie et en Europe. "Je considère le fait que je peux aller faire cette chose comme une autre manifestation du très fort soutien qu'ils m'ont apporté, " il dit.

Le but de son projet est d'explorer les géométries des micro-états, qui sont identiques aux trous noirs dans leurs propriétés, sauf que les géométries à micro-états n'ont pas d'horizon (la limite à laquelle la lumière ne peut plus échapper aux effets gravitationnels du trou noir). Au lieu, les géométries des micro-états utilisent la théorie des cordes et la théorie des champs et arrêtent l'effondrement inévitable du trou noir à l'horizon, conserver les informations stockées dans le trou noir. Warner a l'intention d'étudier comment la matière et le rayonnement piégés se transforment en géométries de micro-états et sont réémis par la surface du trou noir.

D'autres physiciens travaillent sur différentes parties du paradoxe de l'information sur les trous noirs, en utilisant différentes approches. Warner dit que cela ressemble un peu à la vieille parabole des aveugles et de l'éléphant. Dans l'histoire, six aveugles se tiennent à côté d'un éléphant, essayant de discerner ce qu'ils touchent. On touche le côté et dit que c'est un mur; un autre touche le tronc de l'animal et dit que c'est une patte.

"Tout le monde a un morceau de la chose, et ils extrapolent en fonction de ce qu'ils peuvent détecter et analyser, " dit Warner. Ce n'est pas sans rappeler les différentes approches pour résoudre le paradoxe de l'information sur les trous noirs. " Les autres personnes qui y travaillent sont vraiment intelligentes, mais je pense que nous avons une énorme partie du puzzle dans notre approche, " il dit.

Hawking :ami et mentor

Colportage, le célèbre physicien théoricien, était le directeur de thèse de Warner à l'Université de Cambridge, où Warner a obtenu son doctorat. en physique et mathématiques en 1982. Les deux hommes sont restés en contact au fil des ans, et Warner était l'une des 500 personnes qui ont assisté aux funérailles de Hawking le 31 mars. Il a également été invité au mémorial public et à l'inhumation le 15 juin à l'abbaye de Westminster, où Hawking sera enterré à côté d'Isaac Newton et de Charles Darwin.

Alors qu'il parcourait la pièce pendant les funérailles, Warner a eu une prise de conscience. "Fondamentalement, chaque scientifique travaille d'une manière ou d'une autre sur ce problème particulier, sous une forme ou une autre, que Stephen a publié là-bas en 1980.

"C'est un défi profond, " dit Warner. " Je pense que c'est son plus grand héritage, qu'il a découvert ce problème et nous essayons toujours de le résoudre."