Les trous noirs ne peuvent pas détruire les informations sur ce qu’ils avalent – et c’est un problème


Trois numéros.

Juste trois chiffres, c’est tout ce qu’il faut pour décrire complètement, sans équivoque, à 100 % un trou noir en relativité générale. Si je vous dis la masse, la charge électrique et le spin (c’est-à-dire le moment cinétique) d’un trou noir, nous avons terminé. C’est tout ce que nous saurons jamais à son sujet et tout ce dont nous aurons besoin pour décrire ses caractéristiques.

Ces trois nombres nous permettent de tout calculer sur la façon dont un trou noir interagira avec son environnement, comment les objets qui l’entourent y répondront et comment le trou noir évoluera dans le futur.

Malgré toutes leurs capacités gravitationnelles féroces et leurs natures exotiques impies, les trous noirs sont étonnamment simples. Si je vous donne deux trous noirs avec exactement la même masse, la même charge et le même spin, vous ne pourrez pas les distinguer. Si j’échangeais leurs places sans que tu regardes, tu ne saurais pas que je l’ai fait.

Cela signifie également que lorsque vous voyez un trou noir entièrement formé, vous n’avez aucune idée de ce qui l’a créé. N’importe quelle combinaison de masse pressée dans un volume suffisamment petit aurait pu faire l’affaire. Cela aurait pu être le noyau ultra-dense d’une étoile mourante. Cela aurait pu être une portée extrêmement dense d’adorables chatons écrasés dans l’oubli.

Tant que la masse, la charge et le spin sont les mêmes, l’histoire n’est pas pertinente. Aucune information sur le matériau d’origine qui a créé le trou noir ne survit. Ou le fait-il?

Chartes fondatrices

« Information » est un terme un peu chargé ; il peut prendre diverses définitions en fonction de la personne à qui vous demandez et de son humeur. En physique, le concept d’information est étroitement lié à notre compréhension de l’évolution des systèmes physiques et de la façon dont nous construisons nos théories de la physique.

Nous aimons penser que la physique est un paradigme relativement utile pour comprendre l’univers dans lequel nous vivons. L’une des façons dont la physique est utile est son pouvoir de prédiction. Si je vous donne une liste de toutes les informations sur un système, je devrais pouvoir appliquer mes lois et théories de la physique pour vous dire comment ce système va évoluer. L’inverse est également vrai. Si je vous dis l’état d’un système maintenant, vous pouvez exécuter tous les calculs en arrière pour comprendre comment le système est arrivé à son état actuel.

Ces deux notions sont connues sous le nom de déterminisme (je peux prédire l’avenir) et réversibilité (Je peux lire le passé) et sont à peu près le noyau fondamental de la physique. Si nos théories de la physique n’avaient pas ces propriétés, nous ne pourrions pas faire beaucoup de travail.

Ces deux concepts s’appliquent également à la mécanique quantique. Oui, la mécanique quantique impose des limites strictes à ce que nous pouvons mesurer sur l’Univers, mais cela ne signifie pas que tous les paris sont ouverts. Au lieu de cela, nous pouvons simplement remplacer un état classique bien défini par un état quantique plus flou et poursuivre nos vies ; l’état quantique évolue selon l’équation de Schrödinger, qui soutient à la fois le déterminisme et la réversibilité, donc tout va bien.

Les informations ne sont pas perdues lorsque vous gravez un livre ; c’est simplement brouillé.

Ce double coup de déterminisme et de réversibilité signifie qu’en termes de physique, l’information doit être préservée au cours de tout processus. Il ne peut être ni créé ni détruit – si nous devions ajouter ou supprimer des informations bon gré mal gré, nous ne serions pas en mesure de prédire l’avenir ou de lire le passé. Toute perte ou gain signifie qu’il y aurait soit des informations manquantes, soit des informations supplémentaires, de sorte que toute la physique tomberait en poussière.

Il existe de nombreux processus qui apparaître pour détruire des informations, mais c’est uniquement parce que nous ne suivons pas assez attentivement. Prenons, par exemple, l’incendie d’un livre. Si je vous donnais un tas de cendres, cela semblerait irréversible : vous ne pourriez pas reconstituer le livre. Mais si vous avez un microscope suffisamment puissant à votre disposition (et beaucoup de patience) et que vous pouvez me regarder en train de brûler le livre, vous pourriez – en principe du moins, ce qui est assez bon – regarder et suivre le mouvement de chaque molécule du processus. Vous pourriez ensuite inverser tous ces mouvements et toutes ces interactions pour reconstruire le livre. Les informations ne sont pas perdues lorsque vous gravez un livre ; c’est simplement brouillé.

Dans la vision traditionnelle et classique des trous noirs, toute cette histoire d’information n’est pas du tout un problème. Les informations qui ont contribué à la construction du trou noir sont simplement enfermées derrière l’horizon des événements, la limite à sens unique à la surface du trou noir qui le rend si unique. Une fois là-bas, l’information ne sera plus jamais vue dans cet univers. Que le trou noir se soit formé à partir d’étoiles mourantes ou de chatons écrasés, il n’en est rien. pratiquement question. Les informations ne peuvent pas être détruites, mais elles sont cachées en permanence à nos regards indiscrets.

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