Intrication dans un trou noir et firewall

[Nicolas321]

Bonjour,

Hier j'ai regarde cette discussion entre scientifiques sur youtube concernant ce qui se passe lorsque l'on traverse l'horizon d'un trou noir.

J'ai aussi trouve cet article parlant d'un etude disant que l'intrication quantique entre l'interieur et l'exterieur du trou noir empecherait la formation d'un firewall a l'horizon:

"We are the first to show the necessity of entanglement across all black hole event horizons and to consider what happens as black holes age. The greater the entanglement, the later the curtain descends. But if the entanglement is maximal, the firewall never occurs. Indeed, entanglement has long been believed to exist for some types of black holes, taking on exactly this maximum value. Our work confirms and generalizes this claim

Autrement dit c'est possible de passer l'horizon quand le trou noir est jeune mais pas quand il est vieux.

Je ne comprends pas vraiment comment ca fonctionne. Est-ce que l'intrication est entre le rayonnement de Hawking et les particules dans le trou noir? Ou bien c'est l'inverse et c'est l'intrication qui empeche le rayonnement de Hawking? C'est quoi qui produit ce firewall?

Pourquoi est-ce que l'intrication diminuerait avec le temps?
Qu'arrive-t-il aussi avec l'entropie, qui, il me semble, est liee a l'intrication?

Merci,
Nicolas.
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[ThM55]

Bonjour. Je suis en train d'étudier ce sujet, et je ne connais pas encore tout. Voici ce que j'ai compris.

Quand Schwarzschild a trouvé sa solution des équations d'Einstein, il pensait que l'horizon était une singularité. Einstein le pensait aussi, jusqu'au jour où Eddington et Lemaître ont montré que cet horizon n'est pas singulier du tout. En RG classique, on montre en effet, en changeant de système de coordonnées, qu'un observateur qui tombe dans un trou noir géant ne se rendra compte de rien au moment du passage de l'horizon, pour autant que ce trou noir soit assez massif pour que les forces de marée soient négligeable. Bien sûr, cet observateur est condamné et il finira en crêpe infinitésimale tôt ou tard mais il ne remarquera rien au passage de l'horizon (c'est plus compliqué que cela chez Kerr, mais ne cherchons pas la complication pour commencer).

En 2012, le théoricien Joseph Polchinski, auteur d'un fameux traité sur la théorie des cordes, a fait paraître avec quelques collègues un article dans lequel il démontrait une contradiction entre ce fait admis de tous, qu'il rebaptise postulat 4, et 3 autres postulats qui sont admis depuis quelques années dans la théorie quantique des trous noirs. Voici ces postulats comme je les comprend:

Postulat 1) pour un observateur extérieur, l'évaporation des trous noirs est un processus quantique unitaire. On ne perd pas d'information quantique dans ce processus, comme Hawking l'avait d'abord imaginé dans les années 70. Ce postulat est fortement étayé par des considérations issues de la théorie des cordes.

Postulat 2) Hors de l'horizon, le processus est correctement décrit par l'approximation semi-classique; c'est-à-dire comme un rayonnement de Hawking, tel que Hawking l'a déduit en 1975.

Postulat 3) Le trou noir est un système quantique avec des niveaux d'énergie discret, ce qui permet de rendre compte de l'entropie de Bekenstein pour un trou noir de masse M donnée comme le logarithme du nombre de configurations.

Après avoir argumenté sur cette contradiction (en fait entre 1, 2 et 4, le postulat 3 n'entrant pas dans la discussion) et décrit pourquoi on ne peut abandonner aucun des premiers postulats, les auteurs proposent d'abandonner le postulat 4. Ils pensent que l'observateur devrait rencontrer brutalement des modes (des particules) de très haute énergie dans sa chute au moment du passage de l'horizon, ils appellent cela un firewall car ces modes le détruiraient instantanément. Si je comprend bien l'argument, il est un peu analogue à celui qui prédit le rayonnement de Hawking, mais pris à l'envers, pour l'observateur en chute libre. Je vais y réfléchir et si je parviens à le clarifier suffisamment, je ferai un commentaire ici.

Depuis la parution de l'article, il y a eu des dizaines de réfutations qui semblent convaincre plus ou moins de monde, dont sans doute l'article que vous mentionnez. Je ne les ai pas encore étudiées. Il faut noter qu'on est là dans le domaine de la relativité générale quantique, une théorie encore en devenir, et il est évidemment impossible de vérifier ces affirmations expérimentalement. C'est donc très spéculatif en tant que théorie physique, mais c'est intéressant à étudier du point de vue méthodologique car ce genre de questions peu claires donnent des indications précieuses sur ce que devrait dire une gravité quantique consistante.

[Gilgamesh]

Merci ThM55 pour cette intervention de qualité.

[Nicolas321]

Bonjour ThM55 et merci pour cette explication tres interessante.

Cela m'amene a plusieurs questions, certaines naives probablement.

Donc si je comprends bien, ces nouveaux résultats sont issus de la theorie des cordes. Est-ce que ca a a voir avec les theorie de membranes noires ou quelque chose comme ca dans les trou noirs, ou bien est-ce un prediction plus simple de la theorie des cordes? Je me mefie un peu de la theorie des cordes surtout quand ce commence a devenir vraiment tire par les cheveux, sans vouloir etre borne.

De plus, est-ce que ce firewall, en détruisant la matiere qui est en train de tomber, n'influence pas l'information qu'elle contient? Autrement dit le postulat 1 sert-il encore a quelque chose? Quelle information reste-il apres cette destruction par le firewall?

Aussi, selon l'article plus haut, et si j'ai bien compris, c'est le rayonnament de Hawking qui empêcherait ce firewall de se former. Est-ce qu'il "chasse" ces particules reelles en leur donnant de l'energie ou quoi?

De plus, lorsque l'espace proche de l'horizon cree les particules du firewall, il devrait créer des paires de particules-antiparticules, certaines ayant une energie negative et les autres une energie positive. Donc pourquoi la particule d'energie negative ne fait-elle pas perdre de l'energie au trou noir? Il faut bien que l'energie negative passe quelque part.


Enfin, pour terminer, pourquoi les scientifiques sont-ils si obsedes par le fait qu'il ne doit pas y avoir de perte d'information pour une horizon de trou noir et pas pour un horizon cosmologique? Quelle est la difference?

A ce sujet, dans cette video a 41:00, Susskind suggere que l'horizon cosmologique puisse créer des particules reelles. Comment se peut-il que l'horizon cosmologique cree des particules reelles si il n'y a pas de perte d'energie/masse de l'autre cote de l'horizon cosmologique. Cette idee que l'horizon cosmologique puisse créer des particules reelles prend-elle du credit ces derniers temps dans la communaute scientifique? C'est vraiment fantastique de penser a ca.

Merci,
Nicolas.

[A voir en vidéo sur Futura]