La simulation informatique des trous noirs quantiques

prend en charge le principe holographique

Le 8 janvier 2014

Lmission laser est un comportement de la lumire rsultant dactivits quantiques

cohrentes une macro-chelle; il implique un rassemblement incroyablement grand

de photons, tous oscillant en phase, avec une longueur d'onde uniforme. Avec

l'apparition des lasers rendue possible grce aux claircissements apports par le

travail thorique d'Albert Einstein sur l'effet photolectrique la technique de

lholographie allait bientt tre dveloppe.

Un hologramme est une image

bidimensionnelle qui stocke des informations

concernant les trois dimensions de l'objet

qu'il reprsente. Les deux images sont ici

les photographies d'un seul hologramme,

prises sous diffrents angles.

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prend en charge le principe holographique

La production d'une image holographique implique lutilisation dune lumire

cohrente pour enregistrer un motif d'interfrence dondes sur une plaque

photographique. Le motif dinterfrence est un enregistrement bidimensionnel du

motif de diffraction dun objet en trois dimensions et lorsquil est clair avec une

lumire polychrome normale, il reproduit une image en trois dimensions. C'est de ce

phnomne que la relativement nouvelle thorie physique du Principe Holographique

tire son nom. Le Principe Holographique a d'abord t formul par Gerard t'Hooft

suite la preuve mathmatique que les informations (dsigne par le terme

dentropie en physique, ou plus techniquement comme des degrs de libert )

dans le volume de n'importe quel espace trois dimensions peuvent tre

entirement dcrites par la surface bidimensionnelle englobant cet espace (voir la

Conjecture de Berkenstein pour un expos plus approfondi sur la configuration de

linformation).

On a rapidement ralis que ce principe pourrait rsoudre un problme prsum qui

avait surgi dans la physique sous le nom de paradoxe de la perte de l'information.

Stephen Hawking a conjectur que les trous noirs devaient en ralit rayonner par

lmission de particules depuis le vide quantique, ce qui mnerait finalement leur

vaporation, bien que cela nait lieu quau cours d'une priode de temps

astronomiquement longue pour des trous noirs de masse solaire. Si rien ne peut

s'chapper de la rgion intrieure de l'horizon des vnements, cela signifierait que

toutes les informations initialement contenues dans l'toile avant quelle ne seffondre

en un trou noir ont totalement disparu. Ceci viole le principe de mcanique quantique

de la conservation de l'information, similaire la conservation de la masse et de

l'nergie. Cependant, si les informations sont codes de faon holographique par des

fluctuations du vide la surface du seuil de captation de la lumire1 de l'horizon

gravitationnel, elles sont donc toujours accessibles l'univers physique et ne

sont donc pas perdues. En outre, la radiation de Hawking peut tre en intrication

quantique avec la zone de traverse de lhorizon, permettant que les informations

intrieures soient conserves lors des missions, mme quand le trou noir s'vapore

( supposer que les trous noirs s'vaporent vraiment, car en fait, selon Haramein il y

a rtroaction continue de l'information depuis les fluctuations du vide, confrant la

structure des trous noirs un tat d'quilibre dynamique).

1 NDT : le seuil de captation de la lumire dlimite la zone dans laquelle la lumire ne peut chapper

lattraction gravitationnelle du trou noir.

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prend en charge le principe holographique

En dveloppant cette notion, le

physicien Juan Maldacena a

publi un article cl montrant

comment des trous noirs de

Schwarzschild dcrits dans ce

que l'on connat comme

lespace anti de Sitter

(simplement un espace-temps

avec une courbure ngative)

peuvent tre modliss de

faon holographique par deux

systmes en intrication

quantique. Les systmes

quantiques sont dcrits par les

formulations mathmatiques de la thorie quantique des champs et lespace anti de

Sitter est une forme particulire de description gomtrique de la gravit dans la

Relativit gnrale, de sorte que lon estime que la correspondance holographique

entre ces deux thories est prcisment une solution relevant de la gravit

quantique. Parce qu'il a rendu possible la description de l'volution des trous noirs

conformment aux principes connus de la mcanique quantique, ce Principe de

Correspondance a sembl rsoudre lapparent paradoxe de la perte d'information. Et

il a dsormais conduit au postulat que tout l'espace-temps est construit par intrication

via des trous de ver entre les trous noirs, comme un norme rseau o les particules

sont les carrefours et o les trous de ver dans la structure du vide sont les liens entre

eux ( suivre, dans un proche avenir, un autre article sur ce sujet prcis, avec

quelques-unes des publications les plus rcentes).

Rcemment, au Japon, une quipe de chercheurs a offert le cadre mathmatique de

cette thorie en testant son pouvoir de prdiction laide dune simulation

informatique. La simulation informatique particulire utilise ici est bien apprcie du

fait de sa capacit modliser certaines configurations mathmatiques avec un haut

degr de prcision. On a constat que cette simulation a abouti un calcul de la

masse du trou noir qui est exactement ce qui serait prvu dans le cadre du Principe

Holographique par la description holographique d'un trou noir quantique en train de

svaporer.

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prend en charge le principe holographique

Mais tandis quil en dcoule des rsultats appropris qui confirment la formulation

holographique de la gravit quantique et la clarification de la description quantique

des trous noirs, il se peut que la formalisation en onze dimensions (10 dimensions

d'espace et une dimension de temps) y introduise une complexit mathmatique

largement superflue. Cela rsulte de ce que les rsultats sont gnrs dans le

contexte de la Supergravit 11 dimensions, une thorie de la gravit quantique

faisant partie de la physique bien connue de la Thorie des Supercordes, o les

vibrations de cordes infiniment petites produisent les caractristiques de matire et

de force qui nous sont si familires. Lune des complications de cette thorie est que

nous observons seulement trois dimensions spatiales plus une dimension temporelle,

runies ensemble en ce que lon dsigne par lespace-temps. Alors o sont les sept

autres dimensions dcrites par cette thorie ? Les physiciens ont palli ce qui

apparat comme un manque de confirmation observable en suggrant que les

dimensions supplmentaires sont compactifies c'est--dire quelles sont

compactes dans des zones extrmement petites, trop petites cest bien

commode ! pour tre mesures et entranant par consquent diverses possibilits

de compactification de ces dimensions dans le vide, soit lun des plus grands

nombres de configurations produites par n'importe quelle thorie dans l'histoire. En

consquence, au cours de dcennies dinvestigations, la Thorie des Cordes n'a pas

t capable dengendrer une seule prvision qui pourrait tre vrifie

exprimentalement.

Cependant, loppos de cette complexit, Haramein a imagin une rsolution

holographique de la gravit quantique qui n'exige pas sept dimensions caches

supplmentaires, mais seulement les trois dont nous connaissons lexistence. Dans

son approche rvolutionnaire, comme cela est dcrit dans son dernier article Gravit

quantique et masse holographique, Haramein tablit une modlisation exacte de la

masse gravitationnelle des trous noirs en utilisant les quanta d'nergie les plus

fondamentaux de l'espace-temps : les oscillateurs de Planck.

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prend en charge le principe holographique

Imaginez une vritable mer de sphres semblables des particules fluctuantes

absolument minuscules, qui sont si petites, qu' notre chelle macroscopique elles

apparaissent comme un espace lisse et continu (comme la surface de l'ocan qui

apparat lisse, bien que faite de molcules minuscules). Quand on calcule le quotient

de ces sphres de Planck prsentes sur la surface de lhorizon des vnements dun

trou noir par le nombre de celles contenues l'intrieur, on obtient la masse exacte

du trou noir ! Haramein a constat que cette solution fonctionne aussi au niveau

quantique, produisant une valeur hautement prcise pour la masse d'un proton dont

il a pu dduire le rayon exact. Cette prvision a t confirme par la suite en janvier

2013 par la mesure muonique du rayon du proton laide de l'acclrateur de

protons Paul Scherrer en Suisse. En outre, Haramein a pu dmontrer que

l'Interaction Forte (la Force Forte) qui maintient ensemble les nuclons des atomes

peut tre le rsultat de ces fluctuations holographiques du vide engendrant une force

de gravit quivalente la puissante force de confinement trouve entre les protons-

trous-noirs holographiques.

Les Principe Holographique et le Principe de Correspondance, et leur application aux

thories unifies de gravit quantique aussi bien qu l'intrication par trou de ver, sont

des domaines trs passionnants de recherche thorique la pointe de la physique et

qui ont entirement dcoul de la prise en compte de la nature quantique des trous

noirs. Aux limites extrmes des processus physiques, o les rgles qui dirigent notre

monde quotidien semblent plier jusquau point de rupture, nous trouvons des thories

novatrices et de nouvelles solutions, comme la rsolution holographique gomtrique

d'Haramein, qui mergent du creuset de ces paradoxes apparemment

irrconciliables. Et tandis que la comprhension de la structure et de la dynamique

de notre Univers est une qute louable en soi, ces thories fondamentales ont

toujours t le socle de progrs technologiques, qui profitent tous et notre

civilisation mondiale toute entire.

Par : William Brown

Voir aussi :

http://www.nature.com/news/simulations-back-up-theory-that-universe-is-a-hologram-

1.14328

http://arxiv.org/pdf/1311.5607v1.pdf