Un monstre accusé de l'extrême chaos régnant dans les trous noirs
Par Benje le vendredi, janvier 25 2008, 09:27 - Nouvelles Scientifiques - Lien permanent
Nouvelle d'origine sur Techno-Science.net
Source: NewScientist Space
Un seul trou noir peut contenir plus de désordre que toutes les étoiles de l'univers réunies. Une nouvelle étude pourrait en expliquer la raison, en établissant une correspondance avec certaines déformations chaotiques dans le tissu de l'espace-temps connues sous le nom de "monstres".
Les scientifiques mesurent le désordre à l'aide d'un nombre appelé entropie - plus l'entropie est élevée, plus le désordre est grand. Toutes les étoiles de l'univers contribuent ensemble pour environ 10^79 unités d'entropie, (un 1 avec 79 zéros derrière). Mais ceci n'est presque rien comparé aux trous noirs.
Dans les années 70, Stephen Hawking a prouvé que les trous noirs émettent un rayonnement aléatoire – le rayonnement de Hawking - qui reflète un état interne fortement désordonné. Une prédiction de sa théorie est que l'entropie du trou noir augmente avec sa superficie.
Cela signifie qu'un seul trou noir super massif, du genre de ceux trouvés aux centres des galaxies, pourrait contenir plus de 10^91 unités d'entropie, mille milliards de fois plus que les étoiles de tout l'univers.
La matière embrouillée au plus haut point
En supposant que la plupart des galaxies contiennent un trou noir super massif, toute l'entropie de l'univers serait d'au moins 10^102. Un nombre étroitement relié au nombre de façons possibles d'arranger la matière et l'énergie dans l'univers - approximativement 2^(10^102). "L'entropie d'un trou noir dépasse extraordinairement n'importe quel autre type de mesure," indique Paul Frampton de l'université de Caroline Nord à Hapell Hill. Frampton et son équipe pensent pouvoir expliquer pourquoi.
Bien que le rayonnement de Hawking implique que les trous noirs contiennent tout ce désordre, les scientifiques ont toujours été embarrassés quant à expliquer son origine. Les étoiles qui s'effondrent et se transforment en trous noirs n'en possèdent pas suffisamment. Comment la matière devient-elle si embrouillée ?
L'équipe de Frampton argue du fait que l'entropie supplémentaire est produite par la nature aléatoire de la physique quantique. Cela devrait parfois permettre à une boule de matière qui s'effondre de se transformer spontanément en quelque chose appelée un "monstre" - une organisation de la matière possédant un désordre maximum, dont les particules se déplacent à grande vitesse dans des directions aléatoires.
Une clé de l'énigme quantique
Ce phénomène ne se produirait que très rarement, et une fois le trou noir formé, il est impossible de savoir s'il est passé par l'étape "monstre" ou non. Mais parce que la mécanique quantique tient compte de tous les résultats possibles, l'entropie du monstre doit être prise en considération quand on calcule l'entropie du trou noir, selon les chercheurs.
Comprendre l'entropie des trous noirs pourrait aider les scientifiques à comprendre la gravitation à un niveau beaucoup plus fondamental, de sorte qu'elle puisse être unifiée à la mécanique quantique pour produire une théorie quantique de la gravitation. "Toute cette discussion est, à un certain niveau, liée à notre compréhension de la gravitation quantique," dit Frampton.
Toutefois de son coté, Thomas Banks, un physicien de l'université de Californie à Santa Cruz, qui a également étudié les problèmes associés à l'entropie des trous noirs, doute que les outils théoriques employés par l'équipe de Frampton soient les bons pour analyser le puzzle. "Je ne pense pas qu'une telle explication [...] explique réellement l'entropie des trous noirs".
L'article des chercheurs est disponible en ligne (divers formats en anglais).
Un seul trou noir peut contenir plus de désordre que toutes les étoiles de l'univers réunies. Une nouvelle étude pourrait en expliquer la raison, en établissant une correspondance avec certaines déformations chaotiques dans le tissu de l'espace-temps connues sous le nom de "monstres".
Les scientifiques mesurent le désordre à l'aide d'un nombre appelé entropie - plus l'entropie est élevée, plus le désordre est grand. Toutes les étoiles de l'univers contribuent ensemble pour environ 10^79 unités d'entropie, (un 1 avec 79 zéros derrière). Mais ceci n'est presque rien comparé aux trous noirs.
Dans les années 70, Stephen Hawking a prouvé que les trous noirs émettent un rayonnement aléatoire – le rayonnement de Hawking - qui reflète un état interne fortement désordonné. Une prédiction de sa théorie est que l'entropie du trou noir augmente avec sa superficie.
Cela signifie qu'un seul trou noir super massif, du genre de ceux trouvés aux centres des galaxies, pourrait contenir plus de 10^91 unités d'entropie, mille milliards de fois plus que les étoiles de tout l'univers.
La matière embrouillée au plus haut point
En supposant que la plupart des galaxies contiennent un trou noir super massif, toute l'entropie de l'univers serait d'au moins 10^102. Un nombre étroitement relié au nombre de façons possibles d'arranger la matière et l'énergie dans l'univers - approximativement 2^(10^102). "L'entropie d'un trou noir dépasse extraordinairement n'importe quel autre type de mesure," indique Paul Frampton de l'université de Caroline Nord à Hapell Hill. Frampton et son équipe pensent pouvoir expliquer pourquoi.
Bien que le rayonnement de Hawking implique que les trous noirs contiennent tout ce désordre, les scientifiques ont toujours été embarrassés quant à expliquer son origine. Les étoiles qui s'effondrent et se transforment en trous noirs n'en possèdent pas suffisamment. Comment la matière devient-elle si embrouillée ?
L'équipe de Frampton argue du fait que l'entropie supplémentaire est produite par la nature aléatoire de la physique quantique. Cela devrait parfois permettre à une boule de matière qui s'effondre de se transformer spontanément en quelque chose appelée un "monstre" - une organisation de la matière possédant un désordre maximum, dont les particules se déplacent à grande vitesse dans des directions aléatoires.
Une clé de l'énigme quantique
Ce phénomène ne se produirait que très rarement, et une fois le trou noir formé, il est impossible de savoir s'il est passé par l'étape "monstre" ou non. Mais parce que la mécanique quantique tient compte de tous les résultats possibles, l'entropie du monstre doit être prise en considération quand on calcule l'entropie du trou noir, selon les chercheurs.
Comprendre l'entropie des trous noirs pourrait aider les scientifiques à comprendre la gravitation à un niveau beaucoup plus fondamental, de sorte qu'elle puisse être unifiée à la mécanique quantique pour produire une théorie quantique de la gravitation. "Toute cette discussion est, à un certain niveau, liée à notre compréhension de la gravitation quantique," dit Frampton.
Toutefois de son coté, Thomas Banks, un physicien de l'université de Californie à Santa Cruz, qui a également étudié les problèmes associés à l'entropie des trous noirs, doute que les outils théoriques employés par l'équipe de Frampton soient les bons pour analyser le puzzle. "Je ne pense pas qu'une telle explication [...] explique réellement l'entropie des trous noirs".
L'article des chercheurs est disponible en ligne (divers formats en anglais).