Les trous noirs ne restent pas immobiles.
Ils se désabonnent. Ils mangent de la matière. Ils s’entrechoquent et finissent par s’évaporer dans le néant. Pendant un demi-siècle, les physiciens les ont traités comme s’il s’agissait de roches statiques et immuables situées à la fin de l’univers. C’est faux.
Une nouvelle étude de Penn State a dévoilé la thermodynamique des trous noirs loin de l’équilibre en abandonnant les anciennes règles pour quelque chose qui correspond réellement à la réalité.
Les anciennes règles ne fonctionnaient que sur les trous noirs gelés
Voici le problème des trous noirs. Ils sont extrêmes. Une gravité écrasante. Zéro évasion.
Dans les années 1970, Stephen Hawking nous a montré quelque chose de bizarre. Les trous noirs obéissent aux lois de la thermodynamique. Les mêmes règles qui dictent la manière dont la glace fond ou le café refroidit semblent également régir ces gouffres cosmiques.
Mais il y avait un piège.
“Les lois de Hawking (…) comportent de sérieuses limites”, déclare Abhay Ashtekar. Il dirige l’équipe de Penn State. “Ils ont été formulés pour un trou noir à l’équilibre. Invariables dans le temps.”
Les vrais trous noirs ne restent jamais ainsi.
Ils se forment. Ils fusionnent. Ils disparaissent.
Les vieux calculs fonctionnaient parfaitement pour un trou noir hypothétique qui resterait seul et ne ferait rien. Mais l’univers ne les distribue pas.
Pourquoi les horizons des événements mentent sur l’entropie
L’entropie mesure le désordre. La deuxième loi de la thermodynamique dit qu’elle ne diminue jamais. Dans les trous noirs, Hawking a déclaré que l’entropie était liée à la surface de l’horizon des événements. Cette limite est l’endroit où la gravité devient trop forte pour que la lumière s’échappe.
Cela semble simple. Ce n’est pas le cas.
Le problème ? L’horizon des événements est téléologique.
Cela signifie que sa forme dépend de l’avenir. Pas le présent. Pour savoir où se situe actuellement un horizon d’événements, vous devez connaître tout ce qui tombe ou explose plus tard. Cela n’a aucun sens pour suivre la physique en temps réel.
“Les propriétés ne peuvent pas être déterminées uniquement par la physique locale”, explique le co-auteur Jonathan Shu. “Au lieu de cela, ils s’appuient sur la prédiction des événements.”
Vous ne pouvez donc pas l’utiliser pour mesurer l’entropie physique des trous noirs dynamiques. La métrique s’effondre dès que les choses commencent à bouger.
Les horizons dynamiques résolvent le problème du timing
Le correctif consiste à remplacer l’horizon des événements par autre chose. Saisissez : horizons dynamiques.
Ce ne sont pas des fantômes théoriques. Ils sont définis par des propriétés physiques à un instant donné. Pas besoin de prédire l’avenir.
La nouvelle approche relie directement l’entropie à deux choses.
1. L’énergie du trou noir.
2. Sa rotation.
C’est plus propre. Plus réaliste.
“Nous pouvons appliquer ces généralisations… pour mieux comprendre l’évaporation… et les fusions de trous noirs.” -Ashtekar
C’est important parce que nous voyons ces fusions tout le temps. Les détecteurs d’ondes gravitationnelles comme LIGO captent les ondulations. Mais sans thermodynamique précise, nous ne pouvons pas analyser complètement les données. Nous écoutons une conversation pour laquelle nous n’avons pas encore les mots.
Cela change-t-il notre façon de voir la gravité ?
Probablement.
Daniel Paraizo, l’un des auteurs, souligne ce changement. Les modèles précédents considéraient les trous noirs comme ayant une température nulle et une entropie infinie. Ils absorbaient de l’énergie et ne rendaient rien. Des aspirateurs purs.
Puis les radiations de Hawking ont changé la donne. Les trous noirs perdent de l’énergie. Ils ont de la température. Mais les anciennes lois d’équilibre ne permettaient pas de suivre facilement ces fuites.
Désormais, grâce aux horizons dynamiques, vous pouvez retracer la vie d’un trou noir. De la formation à la fusion en passant par l’évaporation. Un fil continu de physique au lieu d’une série d’instantanés disjoints.
Ce n’est pas magique. Ce ne sont que des mathématiques qui admettent enfin que le changement est normal.
Cela expliquera-t-il la gravité quantique ? Peut être. Pour l’instant, cela nous permet simplement d’arrêter de prétendre que les trous noirs sont figés dans l’ambre. Ils sont vivants dans le sens où la physique se soucie de la vie : des systèmes changeants.
Ce qui se passe ensuite dépend de la résistance des simulations.
