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ER=EPR


Rédigé le Mercredi 14 Janvier 2015 à 13:53 | Lu 574 commentaire(s)



UN BREF RAPPEL

ER=EPR
À peine la relativité générale inventée, on en déduisait l’existence d’une zone où, sous l’influence d’une gravité extrême, temps et espace s’inversent. On s’apercevait que les équations d’Einstein avaient une solution étrange décrivant une sphère qui attire tout ce qui l’entoure et ne laisse rien échapper, même pas la lumière.
 
En 1935, Einstein, avec ses étudiants Boris Podolsky et Nathan Rosen, parvient à extraire de ses équations un phénomène étrange : deux particules pourraient se lier de manière à ce que, quel que soit leur éloignement dans l’espace, toute action sur l’une se répercute sur l’autre. Cet étrange lien entre particules au-delà de l’espace et du temps, baptisé lien EPR (lien Einstein-Podolsky-Rosen), est exhibé par Einstein comme le monstre qui prouve que la physique quantique ne tient pas la route.
 
Toujours en 1935, à la fin de l’été, avec Nathan Rosen, Einstein étend le concept de sphère extrême de la relativité générale. Rosen et lui envisagent l’existence de tunnels qui, creusant la trame de l’espace-temps, pourraient relier deux régions disjointes : les trous de ver. C’est la solution ER. Ainsi, un objet pourrait apparaître simultanément à deux endroits de l’espace-temps, comme un ver qui serait visible par les deux extrémités du tunnel creusé dans une pomme – sauf qu’ici la surface du fruit est l’espace-temps quadridimensionnel, et le tunnel, un chemin dans une cinquième dimension !
 
Cependant, dans les dizaines d’années qui suivent, les spécialistes des particules s’emparent du lien EPR, qu’ils renomment intrication quantique. Ils montrent que le lien EPR moqué par Einstein est bel et bien réel. Ils parviennent même aujourd’hui, via des fibres optiques, à le maintenir sur des distances supérieures à 100 km et savent même l’exploiter pour crypter des informations.
 
Dans les années 1950, les astrophysiciens découvrent les trous noirs, ces étoiles qui se sont effondrées sur elles-mêmes et qui pourraient, du fait de leur densité, creuser un pont reliant le présent d’une région spatiale avec le passé d’une autre…
 
Aussi, dans les années 1970, la solution ER devient-elle l’étendard du succès de la relativité. Les trous noirs s’imposent comme la prédiction principale de la relativité générale. « La naissance du concept de trou noir, ce n’est rien de moins que la seconde révolution relativiste » selon l’historien de la physique Jean Eisenstaedt.
 
En 1972, Jacob Bekenstein tombe sur une contradiction. La singularité, ce point infiniment dense qui règne au cœur des trous noirs s’oppose à un principe fondamental de la physique quantique, le principe de réversibilité. Les calculs d’Hawking montrent qu’au niveau de l’horizon des événements, cette sphère qui délimite le trou noir, des phénomènes quantiques se produisent : des paires de particules et d’antiparticules intriquées ne cessent d’apparaître dont l’une plonge dans le trou noir et l’autre s‘en échappe. Hawking en conclut qu’un trou noir peut s’évaporer jusqu’à disparaître… et donc perdre définitivement toutes les informations qu’il contient. Quelque chose se perd à l’entrée des trous noirs. Les portes spatio-temporelles posent problème. Or, la théorie de l’infiniment petit est formelle : l’information contenue dans un système quantique doit demeurer constante ou être transmise à l’environnement.
 
 
La situation demeure bloquée jusqu’en 1985. Gerard ‘t Hooft et Leonard Susskind proposent alors une idée renversante : l’horizon pourrait refléter tout ce qui est contenu dans le volume qu’il délimite. Les informations de ce qui entre dans le trou noir, la vitesse des gaz, leur température, mais aussi l’état des particules, ne disparaîtraient pas dans la singularité. Ils resteraient stockés en surface. Ainsi, le principe de réversibilité serait sauvé, la physique quantique avec lui !
 
Dans la foulée, Juan Maldacena formalise le principe holographique. En se basant sur la théorie des cordes, il invente un modèle d’univers en trois dimensions gouvernées seulement par la gravité qui est lié à une surface en deux dimensions sur laquelle particules et champs obéissent uniquement… aux lois quantiques. Pour la première fois, la relativité générale et la physique quantique se parlent : l’état des particules de matière avalées par les trous noirs ne se perd pas dans un gouffre obscur. Il se code sur l’horizon des événements et peut être recraché à tout moment via le rayonnement de Hawking.
 
Lors de la formulation définitive de la théorie en 1997, beaucoup pensent que le paradoxe de l’information est enfin résolu. Las, lorsqu’ils regardent de plus près le rayonnement des trous noirs, les physiciens tombent sur un autre problème relié à la fameuse intrication quantique.
 
La théorie de Hawking dit qu’à la frontière du trou noir, sur l’horizon, une particule et une antiparticule intriquées peuvent se former et qu’ensuite, l’une tombe dans le gouffre et l’autre jaillit vers l’espace. Jusqu’ici tout va bien… sauf que les physiciens s’aperçoivent que la particule qui échappe au trou noir peut très bien être intriquée avec toutes les autres particules du rayonnement de Hawking qui se sont formées avant. Or une particule ne peut pas être intriquée avec deux systèmes indépendants en même temps, car ceux-ci pourraient alors lui imposer des états contradictoires.
 
En 2013, Joseph Poschinski propose de sortir de l’ornière au prix de l’invention d’un nouveau phénomène : un mur de feu (coupe-feu) qui détruirait l’intrication entre les particules qui plongent dans le trou noir et celles qui en émergent.



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