Stephen Hawking est décédé aujourd'hui (14 mars), laissant derrière lui un héritage massif de travail en tant qu'astrophysicien, communicateur scientifique, activiste et figure d'admiration pour la culture pop. Et le jour de sa mort, une question qu'il a soulevée et sur laquelle il a travaillé jusqu'aux dernières années de sa vie reste sans réponse: des informations peuvent-elles vraiment être perdues pour l'univers?
L'article le plus célèbre de Hawking, "Black Hole Explosions?", Publié il y a 44 ans en 1974, a mis à mal toute la notion de trous noirs tels que les physiciens les avaient auparavant compris. Et c'était le premier coup de Hawking à cette question fondamentale.
"Classiquement, un trou noir devrait être" parfaitement froid "dans le sens où il absorbe tout mais n'émet rien. .
Un trou noir comme celui-ci ne dégagerait aucune énergie et aucune matière ne pourrait s'en échapper. Cela existerait simplement, froid, silencieux et éternel. Le papier de Hawking a rendu les trous noirs vivants - et peut-être mortels.
"Lorsque Stephen a considéré les effets de la mécanique quantique au milieu des années 70, il a découvert que les trous noirs devraient, en principe, rayonner comme s'ils étaient des objets thermiques avec une température", a déclaré McNees à Live Science. "S'ils rayonnent de l'énergie, alors leur masse diminuera. Et il a constaté que lorsque cela se produit, alors qu'ils rétrécissent, leur température augmente et ils rayonnent encore plus vite."
Finalement, peut-être, le trou noir disparaîtrait complètement ou se rétrécirait en une petite nubbin. Sans concilier pleinement la relativité et la mécanique quantique dans une théorie robuste de la "gravité quantique" (ce que les physiciens appellent une "théorie de tout"), l'étape finale de cette évaporation du trou noir reste un mystère.
"Le problème est que, selon ses calculs, le rayonnement est parfaitement thermique. Il ne conserve aucune information sur l'état du matériau qui a formé le trou noir, ce qui violerait une règle fondamentale de la mécanique quantique", écrit McNees. .
La physique quantique exige que le futur et le passé de chaque particule soient, en principe, possibles à comprendre et à relier à travers une série d'événements probabilistes enchaînés, causaux. Mais si un trou noir libère une soupe indifférenciée de particules avec leurs informations - leurs histoires - irrémédiablement effacées, alors cette exigence est fondamentalement brisée.
«Le« paradoxe de l'information sur le trou noir »et les tentatives pour le résoudre ont entraîné une grande partie des travaux sur la gravité quantique depuis qu'il a été articulé pour la première fois», écrit McNees.
Hawking était déjà un physicien accompli en 1974. Et de nombreuses brèves biographies impliquent que, après la publication de son livre de vulgarisation scientifique de 1988 "Une brève histoire du temps", son travail scientifique le plus important était derrière lui. Mais Hawking a continué à produire des articles scientifiques importants et controversés jusqu'à aussi récemment que cette décennie, se débattant avec le paradoxe qu'il avait introduit des décennies plus tôt.
Le journal de fin de carrière le plus dramatique écrit par Hawking a suggéré que les trous noirs, car ils ont été compris, n'existent pas du tout.
Dans «Préservation de l'information et prévisions météorologiques pour les trous noirs», publié en 2014, il a suggéré que «l'horizon des événements» autour des trous noirs, le point au-delà duquel même la lumière ne pouvait pas s'échapper, n'existe pas vraiment. Au lieu de cela, écrit-il, il y a simplement un horizon "apparent" de lumière emprisonnée qui pourrait s'estomper et permettre à la lumière de s'échapper.
"L'absence d'horizons d'événements signifie qu'il n'y a pas de trous noirs - dans le sens de régimes dont la lumière ne peut pas s'échapper à l'infini", a écrit Hawking.
Il a également suggéré quelques problèmes conceptuels fondamentaux avec un certain nombre de caractéristiques que les physiciens avaient attribuées aux trous noirs, comme des "pare-feu" autour de leurs frontières qui détruisent les observateurs qui tentent d'entrer.
Ce n'était pas le dernier mot de Hawking sur la science. Pas plus tard qu'en 2016, Hawking a publié un article avec le physicien de l'Université de Cambridge Malcolm Perry et le physicien de l'Université de Harvard Andrew Strominger intitulé "Soft Hair on Black Holes".
L'équipe de recherche a fait valoir que les trous noirs sont entourés de particules "molles" ou à énergie nulle, qu'ils appellent les cheveux. Ces cheveux, ont-ils écrit, stockent les informations perdues des particules émises par les trous noirs sur des "plaques holographiques" au-delà des régions limites des trous noirs. Ainsi, les informations, bien que déplacées, ne sont jamais vraiment perdues.
"Une description complète de la plaque holographique et la résolution du paradoxe de l'information restent un défi ouvert, auquel nous avons présenté des outils nouveaux et concrets pour répondre", ont-ils écrit.
Même vers la fin de sa vie, Hawking est resté un scientifique travaillant, présentant des idées qui ont fait progresser son domaine et des idées rejetées par ses collègues.
"J'ai l'impression que le papier de 2014 n'est pas largement accepté. Le papier de 2016, d'autre part, qui travaille avec Perry et Strominger, est une direction sur laquelle les gens travaillent toujours activement", a écrit McNees.
"Le paradoxe de l'information sur le trou noir a été l'une des questions déterminantes pour les personnes travaillant sur la gravité quantique. Et, comme il reste sans réponse, je pense que cela reste la question la plus intéressante qui ait été soulevée."
