Les trous noirs sont ainsi nommés parce qu’ils ne restituent jamais les informations qui tombent à l’intérieur de leur horizon des événements. Ce terme (event horizon en anglais), représente la frontière d’un trou noir à partir de laquelle la vitesse de libération doit atteindre celle de la lumière. Or comme nul ne peut atteindre cette vitesse, nul ne peut se libérer du trou noir. C’est ce que l’on nomme le paradoxe du trou noir. Cependant, selon le type de trou noir concerné, la taille et la forme de l’horizon seraient variables .
Pour un observateur extérieur la matière tombant dans un trou noir apparaît comme perdue. Il en serait ainsi d’un engin spatial ayant fait l’erreur de trop se rapprocher de l’un de ceux-ci. Or la mécanique quantique postule que l’information ne peut jamais disparaître.
Dans les années 1970, Stephen Hawking avait fait admettre qu’un trou noir émettait une « radiation ». Celle ci était une réémission au moins partielle, de l’information tombée dans le trou. On a dit alors que le trou noir s’évaporait lentement, au moins partiellement. Pouvait-il s’évaporer jusqu’à disparaître, ce que Stephen Hawking avait nommé le paradoxe du trou noir?
Aujourd’hui il apparaît que certaines parties d’un trou noir, dites des « islands » peuvent en émerger pour être mesurées. Si cela était le cas, le paradoxe du trou noir pourrait être résolu ? A cette fin une hypothèse dite de la complémentarité a été proposée. Elle postule qu’une information tombant dans un trou noir pourrait se trouver copiée et mémorisée dans l’une de ces « iles ». Elle ne serait donc pas perdue pour un observateur extérieur. Ceci cependant apparaîtrait comme créant deux copies de la même information, ce qu’interdit également la mécanique quantique par le « non-cloning theorem ».
Pour résoudre cette difficulté, en 2012, des chercheurs proposèrent qu’un mur de feu, « firewall wall », se trouverait à l’ « event horizon » du trou noir, détruisant toute information à son contact. Ainsi serait détruit le double d’une information étant entrée dans le trou noir. Mais comment vérifier que cela serait bien le cas, compte-tenu de l’impossibilité d’y introduire un instrument scientifique ?
Il faudrait en effet que celui-ci ne dépasse pas la taille d’un atome pour échapper à la chute dans le trou noir. Il ne reste aujourd’hui aux chercheurs que la voie de la simulation numérique pour tenter de résoudre cette difficulté pratique, et d’autres du même genre associées au concept de trou noir
Référence
[Submitted on 5 Dec 2023 (v1), last revised 20 Dec 2023 (this version, v3)]
Islands Far Outside the Horizon
Raphael Bousso, Geoff Penington
Information located in an entanglement island in semiclassical gravity can be nonperturbatively reconstructed from distant radiation, implying a radical breakdown of effective field theory. We show that this occurs well outside of the black hole stretched horizon. We compute the island associated to large-angular momentum Hawking modes of a four-dimensional Schwarzschild black hole. These modes typically fall back into the black hole but can be extracted to infinity by relativistic strings or, more abstractly, by asymptotic boundary operators constructed using the timelike tube theorem. Remarkably, we find that their island can protrude a distance of order ℓprhor−−−−−√ outside the horizon. This is parametrically larger than the Planck scale ℓp and is comparable to the Bohr radius for supermassive black holes. Therefore, in principle, a distant observer can determine experimentally whether the black hole information paradox is resolved by complementarity, or by a firewall.
| Comments: | 27 pages, 4 figures, v3 added citations to arXiv:2004.05863 and arXiv:2011.08814 |
| Subjects: | High Energy Physics – Theory (hep-th); General Relativity and Quantum Cosmology (gr-qc); Quantum Physics (quant-ph) |
| Cite as: | arXiv:2312.03078 [hep-th] |
| (or arXiv:2312.03078v3 [hep-th] for this version) |
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