Selon une nouvelle étude de SISSA, ICTP et INFN, les trous noirs pourraient être comme des hologrammes, dans lequel toutes les informations pour produire une image tridimensionnelle sont codées dans une surface bidimensionnelle. Comme l'affirment les théories quantiques, les trous noirs pourraient être incroyablement complexes, et concentrer une énorme quantité d'informations en deux dimensions, comme les plus gros disques durs qui existent dans la nature. Cette idée s'aligne sur la théorie de la relativité d'Einstein, qui décrit les trous noirs comme tridimensionnels, Facile, sphérique et lisse, comme le montre la toute première image d'un trou noir qui a circulé en 2019. En bref, les trous noirs semblent être en trois dimensions, tout comme les hologrammes. L'étude, qui unit deux théories discordantes, a récemment été publié dans Examen physique X .

Le mystère des trous noirs

Pour les scientifiques, les trous noirs posent de formidables défis théoriques pour de nombreuses raisons. Elles sont, par exemple, d'excellents représentants des grandes difficultés de la physique théorique à unir les principes de la théorie de la relativité générale d'Einstein avec ceux de la physique quantique de la gravité. D'après la relativité, les trous noirs sont des corps simples sans information. Selon la physique quantique, comme le prétendent Jacob Bekenstein et Stephen Hawking, ce sont les systèmes existants les plus complexes car ils sont caractérisés par une entropie énorme, qui mesure la complexité d'un système, et par conséquent contiennent beaucoup d'informations.

Le principe holographique appliqué aux trous noirs

Pour étudier les trous noirs, les deux auteurs de la nouvelle étude, Francesco Benini (Professeur SISSA, consultant scientifique ICTP et chercheur INFN) et Paolo Milan (chercheur SISSA et INFN), utilisé une idée vieille de 30 ans appelée le principe holographique. Les chercheurs écrivent, "Ce principe révolutionnaire et quelque peu contre-intuitif propose que le comportement de la gravité dans une région donnée de l'espace puisse alternativement être décrit en termes d'un système différent, qui ne vit qu'à la lisière de cette région et donc dans une dimension de moins. Et, plus important, dans cette description alternative (appelée holographique), la gravité n'apparaît pas explicitement. En d'autres termes, le principe holographique nous permet de décrire la gravité en utilisant un langage qui ne contient pas de gravité, évitant ainsi les frictions avec la mécanique quantique."

Ce que Benini et Milan ont fait, c'est appliquer la théorie du principe holographique aux trous noirs. De cette façon, leurs mystérieuses propriétés thermodynamiques sont devenues plus compréhensibles :en se concentrant sur la prédiction que ces corps ont une grande entropie et sur leur observation en termes de mécanique quantique, vous pouvez les décrire comme un hologramme - ils ont deux dimensions, où la gravité disparaît, mais ils reproduisent un objet en trois dimensions.

De la théorie à l'observation

Cette étude n'est que le premier pas vers une compréhension plus approfondie de ces corps cosmiques et des propriétés qui les caractérisent lorsque la mécanique quantique croise la relativité générale. Tout est plus important maintenant à l'heure où les observations en astrophysique connaissent un développement incroyable. Il suffit de penser à l'observation des ondes gravitationnelles issues de la fusion des trous noirs, le résultat de la collaboration entre LIGO et Virgo, ou bien, celui du trou noir réalisé par le télescope Event Horizon qui a produit cette image extraordinaire. Dans le futur proche, nous pourrons peut-être tester nos prédictions théoriques concernant la gravité quantique, tels que ceux réalisés dans cette étude, par observation. Et ça, d'un point de vue scientifique, serait quelque chose d'absolument exceptionnel.