Les trous noirs sont des régions de l’espace-temps où la gravité est si forte que rien, pas même la lumière, ne peut s’en échapper. Ils sont souvent décrits comme ayant une singularité, un point de densité infinie et de volume nul. Les lois de la physique s’effondrent dans une singularité, et il n’est pas clair comment concilier cela avec les lois de la mécanique quantique.
L’un des défis les plus importants de la physique est de développer une théorie de la gravité quantique capable de décrire le comportement de la matière et de l’énergie à proximité d’un trou noir. Une approche populaire consiste à utiliser la théorie des cordes, qui est un cadre théorique qui tente d'unifier les lois de la physique en décrivant tout en termes de cordes vibrantes.
La théorie des cordes prédit que les trous noirs ont une quantité finie d’entropie, qui est une mesure du désordre dans un système. Cependant, il est difficile de calculer la valeur exacte de l’entropie d’un trou noir.
Dans la nouvelle étude, l’équipe de Berkeley a utilisé une technique appelée correspondance AdS/CFT pour calculer l’entropie d’un trou noir. La correspondance AdS/CFT est une astuce mathématique qui relie la physique d'une théorie quantique des champs fortement couplée à la physique d'un espace-temps anti-de Sitter (AdS) de dimension supérieure.
En utilisant la correspondance AdS/CFT, l’équipe a pu calculer l’entropie d’un trou noir en termes de nombre de degrés de liberté dans la théorie des champs. Cela leur a permis de montrer que l’entropie d’un trou noir est proportionnelle à la surface de son horizon, qui est la limite au-delà de laquelle rien ne peut s’échapper.
Ce résultat est important car il offre une nouvelle façon de comprendre comment l’énergie se perd dans un trou noir. L'entropie d'un trou noir est une mesure du nombre de façons dont l'énergie dans le trou noir peut être distribuée. Le fait que l’entropie d’un trou noir soit proportionnelle à la surface de son horizon suggère que l’énergie d’un trou noir est distribuée sur tout l’horizon, plutôt que d’être concentrée sur une singularité.
Cette nouvelle façon de comprendre les trous noirs pourrait conduire à une meilleure compréhension de la gravité quantique. En étudiant l’entropie des trous noirs, les physiciens pourraient en apprendre davantage sur la nature de l’espace-temps et sur le comportement de la matière et de l’énergie à proximité d’un trou noir.
