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Le trou noir évoqué dans un laboratoire fait les mêmes choses étranges que Stephen Hawking pensait qu'il ferait

2024

Quand quelque chose déchire la physique, vous passez dans le quantum royaume, un endroit habité par des trous noirs, des trous de ver et d'autres choses qui ont été les stars de plusieurs films de science-fiction. Ce qui vit dans le domaine quantique n'a pas (encore) été prouvé ou se comporte étrangement s'il existe.

Les trous noirs s'aventurent souvent dans ce domaine. Avec ces étoiles effondrées - du moins la plupart d'entre elles - étant impossibles à faire voler un vaisseau spatial (à moins que vous ne vouliez plus jamais le revoir), un physicien a décidé que le meilleur moyen de s'en approcher était au microscope littéral. Jeff Steinhauer voulait savoir si les trous noirs irradient des particules comme l'a théorisé feu Stephen Hawking. Parce qu'un de ces léviathans ne rentrerait jamais dans un laboratoire, lui et son équipe de recherche en ont créé un ici sur Terre.

Nous devons comprendre comment nous voyons les ondes sonores du rayonnement de Hawking entrer et sortir, Steinhauer, qui a co-écrit une étude récemment publiée dans Physique de la nature , dit SYFY WIRE. Ils doivent être très légers. Voir ce rayonnement d'un vrai trou noir est trop faible et serait totalement maîtrisé par d'autres sources de rayonnement, c'est pourquoi nous voulons le voir dans un système analogique.

Cet analogue de trou noir était plus un tube que les choses tourbillonnantes spectaculaires que vous pourriez voir dans les images de la NASA comme celle ci-dessus. Quoi qu'il en soit, le spectacle de lumière autour d'un tel trou noir monstre n'est en réalité que toute la poussière, le gaz et les autres étoiles qu'il dévore. L'équipe de Steinhauer n'avait pas besoin d'un disque d'accrétion . Ils voulaient juste voir si l'une des particules quantiques enchevêtrées qui était allée au bord du horizon des événements s'échapperait comme Hawking l'avait prédit. L'intrication quantique signifie que deux particules se comporteront exactement de la même manière, où qu'elles se trouvent dans le temps et l'espace.

Stephen Hawking, qui a théorisé que les trous noirs renvoient des photons dans l'espace. Crédit : Frederick M. Brown/Getty Images

Lorsque l'une d'une paire de particules intriquées va trop loin et passe l'horizon des événements, mais que l'autre parvient à rester juste au bord du point de non-retour, elle finira par être rayonnée dans l'espace. C'est le rayonnement de Hawking. Dans un trou noir analogique fait de rubidium gaz, les chercheurs ont substitué les ondes sonores aux ondes lumineuses que les trous noirs mangent dans l'espace parce que les atomes de rubidium zooment plus vite que la vitesse du son, donc aucune onde sonore qui atteint l'horizon des événements ne peut jamais s'échapper. Cependant, l'autre onde sonore enchevêtrée se trouverait en dehors de l'horizon des événements, où le flux de gaz était beaucoup plus lent et pouvait se déplacer.

Nous avons dû rechercher quelque chose de corrélé à l'intérieur et à l'extérieur du trou noir, a déclaré Steinhauer. Chaque fois qu'il y a un peu de vague à l'intérieur du trou noir, il y a une vague à l'extérieur du trou noir, et cela a dû être répété des milliers de fois. Vous devez continuer à chercher une vague à l'intérieur et une vague qui sort simultanément.

Parce que la caméra qui a photographié le trou noir analogique le détruirait instantanément, l'analogique a dû être recréé encore et encore. Chacun d'eux mesurait environ 0,1 millimètre de long et était composé d'environ 8 000 atomes. Juste pour donner une idée d'à quel point c'est époustouflant, la période à la fin de cette phrase a au moins un milliard d'atomes. Chaque fois qu'un nouvel analogue était créé, l'équipe devait trouver des paires d'ondes sonores dont l'une se dirigeait vers l'horizon pair et l'autre l'avait déjà dépassé. Le gaz rubidium s'écoule plus vite que le vitesse du son , ce qui a empêché l'une de ces ondes sonores d'éclater, tout comme la gravité écrasante d'un trou noir dans l'espace signifie une catastrophe imminente.

Ce que la prise de photos à répétition a prouvé, c'est que le rayonnement de Hawking reste constant. L'équipe avait besoin de tant de données pour trouver suffisamment de corrélations entre le comportement de toutes ces paires d'ondes sonores. Il s'est avéré qu'ils faisaient la même chose à chaque fois, donc Hawking avait raison. Au moins, cette expérience lui a donné raison. Jusqu'à ce que nous puissions trouver un moyen d'étudier les trous noirs dans l'espace avec un télescope plus avancé sur le plan technologique que nous ne pouvons l'imaginer, des études théoriques comme celle de Hawking devront déterminer si cela est susceptible de se produire dans les trous noirs réels. Steinhauer veut aller plus loin, comme dans gravité quantique .

Je voudrais aller au-delà du calcul de Hawking, pour prendre en compte la gravité quantique, a-t-il déclaré. Selon la relativité générale, vous pouvez comprendre la gravité régulière si vous connaissez la masse d'un corps. La gravité quantique a un caractère aléatoire comme tout système de mécanique quantique. Je veux aussi voir en quoi le rayonnement de Hawking est analogue à des choses telles que les molécules d'air diffusant le son.