Trous noirs: physique quantique ou RG ? Laquelle a raison quand la science devient un paradoxe ?

[MarioB]

Bonjour,

http://leplus.nouvelobs.com/contribu...-a-raison.html

Jusque dans les années 1970, le trou noir fut simplement considéré comme un corps suffisamment dense pour empêcher toute forme de matière ou de rayonnement de s’en échapper, d’où son nom.

Stephen Hawking démontre en 1974 qu’un trou noir rayonne malgré tout : c'est le fameux rayonnement de Hawking. Qui dit rayonnement dit perte d’énergie et il devenait alors possible que les trous noirs s’évaporent avec le temps.

Dans le modèle pré-Hawking, l’information (sous forme de rayonnement ou de quoi que ce soit) qui arrivait à l’horizon du trou noir s’y retrouvait enfermée pour l’éternité, mais n’était pas perdue pour autant : elle existait toujours sous une forme ou sous une autre à l’intérieur du trou noir.

Mais s’il y a évaporation, cela signifie que l’information finira par disparaître avec la disparition du trou noir. Or, l’un des piliers de la physique quantique est que l’information ne disparaît pas.

Paradoxe !

Au revoir
-----

[obi76]

Bonjour,

suffit de chercher un peu : http://fr.wikipedia.org/wiki/Paradox...%27information

[Deedee81]

Salut,

L'approche de Hwaking (et d'autres, Hawking a été un auteur important dans ce domaine mais il n'a pas été le premier ni le dernier) a été de considérer la théorie quantique des champs en espace-temps courbe, celui-ci restant décrit par une théorie classique (la relativité générale).

Lorsque l'on étudie la réaction en retour (ce qui est le cas lorsque l'on parle d'évaporation du trou noir), cela ne peut que conduire à des difficultés puisque l'on doit considérer les effets des fluctuations quantiques dans une théorie classique. Ce problème de l'information (que je préfère appeler problème de l'unitarité de l'équation d'évolution car au sens habituel de la théorie de l'information, le rayonnement de Hawking est très riche en informations ! L'information n'est pas perdue : elle est totalement noyée) n'est d'ailleurs pas le seul. Par exemple, citons le fait que beaucoup d'effets (dont celui de Hawking) touche au domaine trans-planckien (près l'horizon) où la théorie est non valide, ou le fait que lors du calcul de la réaction en retour on a des ambiguïtés que la théorie ne permet pas de résoudre (techniquement cela revient à considérer les corrections quantiques à une boucle de la RG et la renormalisation implique l'utilisation de valeurs mesurées.... que l'on a pas).

Pour ces difficultés, voir l'excellent Quantum Field Theory in Curved Spacetime and Black Hole Thermodynamics de Wald. Le grand classique Quantum Fields in Curved Space de Birrell et Davies donne une vue complète et très abordable de la théorie (plus que dans le Wald j'ai trouvé) et parle du lien "théorie quantique en espace-temps courbe <-> renormalisation à une boucle de graviton". Attention, quand je dis abordable, il faut quand même bien maitriser la relativité générale et la théorie quantique relativiste des champs !

Mais il existe des solutions.... au moins théoriques.

Le plus évident, est de marier entièrement la relativité générale et la mécanique quantique, sans l'astuce "semi-classique" précédente. On sait que là aussi on tombe sur des difficultés, par exemple l'équation de Wheeler-DeWitt (espace de configuration mal connu, absence de coordonnée temporelle). Ashtekar a trouvé le moyen d'éviter ces difficultés. Cela a conduit à la gravité quantique à boucles. D'autre approches comme les cordes donnent aussi des solutions mais je les connais moins bien.

Rappelons que ces théories restent non validées (essentiellement pour cause de manque de données expérimentales mais aussi parce que ces théories sont très difficiles).

Ici : http://relativity.livingreviews.org/...es/lrr-1998-1/
(Carlo Rovelli Living Review)
On a une bonne introduction à la gravité quantique à boucles (plutôt de la vulgarisation mais de haut niveau). Et la solution pour les trous noirs est discutée dans la partie "résultats physiques".

Notons que la gravité quantique à boucles est entièrement consistante et elle est finie (pas de renormalisation).

Qu'on l'aime ou pas, elle a au moins un gros mérite : celui de montrer que relativité générale et la mécanique quantique sont parfaitement compatible (plus exactement un espace-temps invariant par difféomorphisme et la MQ, l'hamiltonien correspondant à l'équation d'Einstein reste un ajout).

P.S. rappelons aussi que ce vieux "paradoxe" date de quarante ans et que depuis on a tout de même beaucoup progressé. Heureusement

[Panclaste]

Bonjour: je voudrias poser une question aux specialistes sur le sujet de l'idee de l'information en astrophysique. Tandis que la matiere et l'energie existent sans besoin d'un etre qui s'aperçoit de son existence, l'information seulement existe, et seulement a un sens, avec la presence d'etres intelligents en condition de l'acquerir, et de l'intepreter, et ça serait finalement une decodification et une representation mentale, car soit qu'il soit le support, l'information est une chose inmaterielle, elle n'est pas une energie, et l'information reste toujours une chose differente au support sur le quel elle est enregistree. L'on pouvait dire que, par example, si l'on etait en situation de faire une amplification et un filtrage du bruit de fond, l'on pourrait entendre et enregistrer la voix du Christe, parce que les vibrations que sa voix a produit dans l'air seraient indestructibles, mais des choses comme le mouvement Brownien y ont agi, interferences qui par definition produisent des chocs et des changements aleatoires, donc impossibles de sistematiser pour etre elimines avec un filtre ou par des operations mathematiques, et toute information enregistree sur des supports materiels serait tot ou tard perdue. Alors: quelle serait la place du concept 'information' dans l'astrophysique, compte tenue de que, malgre qu'il contient des etres intelligents, l'Univers est fait de matiere et energie, inertes sur le point de vue des activites de la raison?

[A voir en vidéo sur Futura]

[ansset]

bonjour, tout depend un peu du concept "information".
ta présentation suppose que l'on parle d'information d'une conscience intelligente.
dans ce cadre, conceptuellement on est proche du rapport signifiant/signifié.
ceci dit, elle necessite toujours un support , et n'a pas de raison intrinsèque d'être perdue si elle est proprement retransmise sur d'autres supports.
( qui eux, ont une durée de vie physique )
plus généralement, on pourrait considédrer que toute propagation d'un phénomène physique est une information en soi, qu'il y ait ou non presence consciente pour l'observer.

[Deedee81]

EDIT croisement avec ansset,

Bonjour,

Bonjour: je voudrias poser une question aux specialistes sur le sujet de l'idee de l'information en astrophysique. Tandis que la matiere et l'energie existent sans besoin d'un etre qui s'aperçoit de son existence, l'information seulement existe, et seulement a un sens, avec la presence d'etres intelligents en condition de l'acquerir, et de l'intepreter [...]

Il faut se méfier du mot "information", il a plusieurs sens. Quand on parle d'information en physique, en c'est en particulier le cas quand on parle de l'information avec les trous noirs ou autre, il s'agit d'information dans le sens de Shannon, de la théorie de l'information ou dans le sens de la thermodynamique statistique : nombre de microétats associés à un état macroscopique (c'est aussi lié à l'entropie).

Ce type d'information n'a pas besoin d'un être intelligent pour exister (en dehors du fait que sa définition théorique est humaine, mais ça c'est vrai aussi de la matière, de l'énergie, de tout en fait). C'est une propriété intrinsèque des systèmes physiques.

Contrairement à l'usage commun fait du mot "information".

En physique il faut faire très attention car les mots utilisés sont souvent polysémiques alors que leur usage en physique fait référence à un sens bien précis, souvent différent du sens commun (au quotidien dirais-je) et même parfois contraire à ce qui est indiqué dans un dictionnaire.

Il faut donc toujours se rapporter à la définition théorique (voir la partie soulignée ci-dessus) ou la définition expérimentale.

[Panclaste]

Bonjour. Merci bien, moderateur: votre reponse a eclairci un sujet don't je n'avais idee de son existence. Je vois que toujours l'on cite Auguste Comte, un homme qui est si aprecie a des endroits comme l'Amerique, qu'un de ses phrases est arrivee au drapeau du Bresil 'Ordem e progresso', mais malheureusement, quand je cherchais des informations sur le positivisme dont il est un des fondateurs, en reference de la 'Breve therapie familiale' qui a des racines au constructivisme radical, une des branches du positivisme, et sur un lieu dedie a Karl Marx, j'ai lu un texte de A Comte que disait: 'Il est evident que le systeme solaire est mal conçu'. Donnerez vous confiance a quelqu'un apparemment tellement fou?

[Deedee81]

Salut,

Donnerez vous confiance a quelqu'un apparemment tellement fou?

Je ne connais pas assez les écrits d'A.C. pour me prononcer (surtout avec une phrase hors contexte). A part la petite citation d'A.C. que j'utilise dans ma signature et que j'ai pêché sur le net.

Je crois qu'il était surtout philosophe, non ? (attention, la philosophie est un sujet parfois très intéressant, mais il n'y a pas de forum de philo sur Futura, et donc c'est un thème qu'on n'y aborde pas, aussi intéressant soit-il. Il y avait un forum philo avant mais vu que les fils y dégénéraient systématiquement, ce forum a été supprimé, enfin, je crois que c'est pour ça, c'était avant mon arrivée sur Futura).

P.S. quand j'écris en noir, je me prononce en tant que simple contributeur, pas en tant que modérateur (les modérateurs sont tous un peu schizophrène , y compris le modérateur deedee81.... la preuve je viens de parler de lui à la troisième personne du singulier )

[Panclaste]

Merci bien de votre interet, moderateur: je ne me souviens pas du texte dans lequel Auguste Comte a ecrit: 'Il est evident que le systeme solaire est mal conçu' mais il faudrait pas savoir le contexte de cette phrase epouvantable, car elle se decrit elle meme, et la phrase suffit comme contexte, elle ne fait pas partie d'un paragraphe plus long, mais la phrase est placee apres un point, et se suit d'un autre point, ça la fait 100% isolee, vraiment, je ne sais pas comme un ecrivain si apprecie comme A C, dont l'expression 'Ordem e progresso' est dans une bande sur le drapeau du Bresil, qui est pour moi le drapeau le plus beau du monde, a ete capable d'ecrire une stupidite de cette ampleur, mais il l'a ecrit, je vous l'assure, desole. Salut

[invite6754323456711]

Paradoxe !

Des propositions de solutions au paradoxe, reste à pouvoir les tester. Cette notion de perte d'information s'applique telle aussi au cas de la décohérence quantique ?

Patrick

[Deedee81]

Salut,

[...] mais la phrase est placee apres un point, et se suit d'un autre point, ça la fait 100% isolee [...]

J'hésite à déplacer ça dans le forum humour Victor Hugo réduit à écrire des recueils de phrases

Mais un trait d'humour ça fait du bien de temps en temps, même involontaire.

Des propositions de solutions au paradoxe, reste à pouvoir les tester. Cette notion de perte d'information s'applique telle aussi au cas de la décohérence quantique ?

Non. Dans le mécanisme de décohérence (saperlipopette, j'avais écris "d'incohérence", c'est moi qui vais finir dans les perles ) l'intrication se retrouve en quelque sorte "diluée" dans l'environnement. Mais l'information n'est pas perdue. L'évolution du système reste globalement décrit par l'équation de Schrödinger et il n'y a pas de perte d'information (évolution "unitaire").

Le système n'est d'ailleurs jamais totalement décohéré (on parle de queue de décohérence, ce qui peut poser des difficultés à certaines interprétations comme celle des mondes multiples, mais cette difficulté est surtout philosophique car la physique est "FAPP", for all practical purpose, on travaille toujours à un certain degré d'approximation près).

Pour en revenir aux TN, dans l'approche semi-classique on constate que les particules émises et les particules absorbées (d'énergie négatives) sont intriquées. Ce qui après disparition du trou noir pose cette fois un sacré problème. Mais dans dans les théories non semi-classiques, les vraies théories de gravité quantique, il n'y a pas de problème et pas de perte d'information (il y a des "fuites" au TN). Et il doit y avoir un lien assez fort avec la décohérence d'ailleurs (l'information se retrouve diluée dans le rayonnement émis).

[ansset]

Pour en revenir aux TN, dans l'approche semi-classique on constate que les particules émises et les particules absorbées (d'énergie négatives) sont intriquées. Ce qui après disparition du trou noir pose cette fois un sacré problème. Mais dans dans les théories non semi-classiques, les vraies théories de gravité quantique, il n'y a pas de problème et pas de perte d'information (il y a des "fuites" au TN). Et il doit y avoir un lien assez fort avec la décohérence d'ailleurs (l'information se retrouve diluée dans le rayonnement émis).

peux tu preciser :"les vraies théories de gravité quantique". ?

ma question n'est pas polémique : je suis assez béotien dans ce domaine ( euphémisme )

[Deedee81]

peux tu preciser :"les vraies théories de gravité quantique". ?

L'approche de Hawking (et ses prédécesseurs et continuateurs) est une approche semi-classique. On considère la théorie quantique relativiste des champs (celle utilisée par tous les physiciens des particules, comme ceux travaillant avec le LHC) mais au lieu de la développer sur un "arrière-plan" donné par la géométrie de Minkowski (relativité restreinte) on utilise une variété espace-temps courbe telle que décrite par la relativité générale classique, cet espace-temps est imposé.

Le calcul de la réaction en retour des effets quantiques sur la géométrie de l'espace-temps (gravité semi-classique) est approximative (on utilise l'énergie-impulsion quantique moyennée) et .... personne ne sait réaliser les calculs !!!! (même avec des approximations plus forte, une des difficulté étant qu'il y a des ambiguïtés due à la renormalisation. Un processus classique mais qui pose problème ici).

Dans les "vraies théories de gravitation quantique", on quantifie directement la gravitation. Et là il y a des tas et des tas d'approches. Pour n'en citer que quelques unes :
- on quantifie le champ gravitationnel de la même manière que le champ électromagnétique, ce qui donne le graviton. La théorie n'est pas renormalisable mais à l'ordre d'une boucle elle redonne un résultat semblable à la gravité semi-classique.
- on ajoute la supersymétrie et des dimensions supplémentaires : c'est la théorie de la supergravité.
- on remplace les particules par des objets à une dimension : c'est la théorie des cordes.
- on quantifie directement la géométrie de l'espace-temps : équation de Wheeler-DeWitt ou gravité quantique à boucles.
- On modifie la géométrie de l'espace-temps : géométries non commutatives à la Alain Cones.
- etc... etc....

Les seules théories pour lesquels je sais qu'il y a des résultats sur le rayonnement des TN sont la théorie des cordes et la gravité quantique à boucles.

[ansset]

merci vraiment pour ces précisions et le temps passé à les exposer.