DENVER - Les chercheurs ont mis au point une nouvelle méthode incroyablement dangereuse et incroyablement lente pour traverser l'univers. Il s'agit de trous de ver reliant des trous noirs spéciaux qui n'existent probablement pas. Et cela pourrait expliquer ce qui se passe réellement lorsque les physiciens téléportent des informations d'un point à un autre - du point de vue des informations téléportées.
Daniel Jafferis, un physicien de l'Université de Harvard, a décrit la méthode proposée lors d'une conférence le 13 avril ici lors d'une réunion de l'American Physical Society. Cette méthode, a-t-il dit à ses collègues assemblés, implique deux trous noirs qui sont enchevêtrés de sorte qu'ils sont connectés à travers l'espace et le temps.
Qu'est-ce qu'un trou de ver?
Leur idée résout un problème de longue date: quand quelque chose entre dans un trou de ver, il faut de l'énergie négative pour sortir de l'autre côté. (Dans des circonstances normales, la forme de l'espace-temps à la sortie d'un trou de ver rend impossible le passage. Mais une substance à énergie négative pourrait, en théorie, surmonter cet obstacle.) Mais rien dans la physique de la gravité et de l'espace-temps - la physique qui décrit les trous de ver - permet ce genre d'impulsions d'énergie négative. Il est donc impossible de traverser les trous de ver.
"C'est juste une connexion dans l'espace, mais si vous essayez de la traverser, elle s'effondre trop rapidement pour que vous ne puissiez pas la traverser", a déclaré Jafferis à Live Science après son discours.
Cet ancien modèle de trou de ver remonte à un article d'Albert Einstein et de Nathan Rosen, publié dans Physical Review en 1935. Les deux physiciens ont réalisé que, dans certaines circonstances, la relativité dicterait que l'espace-temps se courberait si fort qu'une sorte de tunnel (ou "pont") formerait un lien entre deux points distincts.
Les physiciens ont écrit le document en partie pour exclure la possibilité de trous noirs dans l'univers. Mais au cours des décennies qui ont suivi, alors que les physiciens se sont rendu compte qu'il existait des trous noirs, l'image standard d'un trou de ver est devenue un tunnel où les deux ouvertures apparaissent comme des trous noirs. Cependant, selon cette idée, tel qu'un tunnel n'existerait probablement jamais naturellement dans l'univers, et s'il existait, il disparaîtrait avant que quoi que ce soit ne le traverse. Dans les années 1980, le physicien Kip Thorne a écrit que quelque chose pourrait passer à travers ce trou de ver si une sorte d'énergie négative était appliquée pour maintenir le trou de ver ouvert.
Enchevêtrement quantique
Jafferis, avec le physicien de Harvard Ping Gao et le physicien de Stanford Aron Wall, a développé un moyen d'appliquer une version d'énergie négative qui s'appuie sur une idée d'un domaine très différent de la physique, l'intrication.
L'intrication vient de la mécanique quantique, pas de la relativité. En 1935, Albert Einstein, Boris Podolsky et Nathan Rosen ont publié un autre article dans Physical Review montrant que, selon les règles de la mécanique quantique, les particules peuvent devenir "corrélées" les unes avec les autres, de sorte que le comportement d'une particule influe directement sur le comportement d'une autre.
Einstein, Podolsky et Rosen ont pensé que cela prouvait que quelque chose n'allait pas avec leurs idées de la mécanique quantique, car cela permettrait à l'information de se déplacer plus rapidement que la vitesse de la lumière entre les deux particules. Maintenant, les physiciens savent que l'intrication est réelle, et la téléportation quantique est une partie presque routinière de la recherche en physique.
Voici comment fonctionne la téléportation quantique: enchevêtrez deux particules de lumière, A et B. Ensuite, donnez B à votre ami pour l'emmener dans une autre pièce. Ensuite, frappez un troisième photon, C, contre le photon A. Cela emmêle A et C, et rompt l'intrication entre A et B. Vous pouvez ensuite mesurer l'état combiné de A et C - qui est différent des états d'origine de A, B ou C - et communiquez les résultats des particules combinées à votre ami dans la pièce voisine.
Sans connaître l'état de B, votre ami peut ensuite utiliser ces informations limitées pour manipuler B afin de produire l'état de particule C au début du processus. Si elle mesure B, elle apprendra l'état d'origine de C, sans que personne ne le lui dise. Informations sur la particule C téléportées fonctionnellement d'une pièce à l'autre.
C'est utile, car il peut agir comme une sorte de code non craquable pour envoyer des messages d'un point à l'autre.
Et l'intrication n'est pas seulement une propriété des particules individuelles. Les objets plus gros peuvent également s'emmêler, bien que l'intrication parfaite entre eux soit beaucoup plus difficile.
Les trous noirs enchevêtrés peuvent vous transporter
En 1935, les physiciens qui écrivaient ces articles n'avaient aucune idée que les trous de ver et l'enchevêtrement étaient liés, a déclaré Jafferis. Mais en 2013, les physiciens Juan Maldacena et Leonard Susskind ont publié un article dans la revue Progress in Physics reliant les deux idées. Selon eux, deux trous noirs parfaitement intriqués agiraient comme un trou de ver entre leurs deux points dans l'espace. Ils ont appelé l'idée "ER = EPR", car elle liait le papier Einstein-Rosen au papier Einstein-Podolsky-Rosen.
Lorsqu'on lui a demandé si deux trous noirs complètement intriqués pouvaient réellement exister dans l'univers, Jafferis a répondu: "Non, non, certainement pas."
Ce n'est pas que la situation soit physiquement impossible. C'est juste trop précis et énorme pour que notre univers en désordre puisse produire. Produire deux trous noirs parfaitement enchevêtrés reviendrait à gagner à la loterie, seuls des zillions sur des zillions de fois moins probables.
Et s'ils existaient, dit-il, ils perdraient leur parfaite corrélation au moment où un troisième objet interagirait avec l'un d'eux.
Mais si, d'une manière ou d'une autre, une telle paire devait exister, d'une manière ou d'une autre, la méthode de Jafferis, Gao et Wall pourrait fonctionner.
Leur approche, publiée pour la première fois dans The Journal of High Energy Physics en décembre 2017, se présente comme suit: jetez votre ami dans l'un des trous noirs enchevêtrés. Ensuite, mesurez le soi-disant rayonnement Hawking sortant du trou noir, qui code certaines informations sur l'état de ce trou noir. Ensuite, apportez ces informations au deuxième trou noir et utilisez-les pour manipuler le deuxième trou noir. (Cela peut être aussi simple que de déverser un tas de rayonnement Hawking du premier trou noir dans le second.) En théorie, votre amie devrait sortir du deuxième trou noir exactement comme elle est entrée dans le premier.
De son point de vue, a déclaré Jafferis, elle aurait plongé dans un trou de ver. Et alors qu'elle approchait de la singularité à son cou, elle aurait connu une "impulsion" d'énergie négative qui l'aurait propulsée de l'autre côté.
La méthode n'est pas particulièrement utile, a déclaré Jafferis, car elle serait toujours plus lente que de simplement déplacer physiquement la distance entre les deux trous noirs. Mais cela suggère quelque chose sur l'univers.
Du point de vue d'un peu d'informations passant entre les particules enchevêtrées, a déclaré Jafferis, quelque chose de similaire pourrait se produire. À l'échelle des objets quantiques individuels, a-t-il dit, cela n'a pas vraiment de sens de parler de courbure spatio-temporelle pour produire un trou de ver. Mais impliquez quelques particules de plus dans le mélange pour un peu plus complexe de téléportation quantique, et tout à coup le modèle de trou de ver a beaucoup de sens. Il y a des preuves solides ici, a-t-il dit, que les deux phénomènes sont liés.
Il suggère également fortement, dit-il, que les informations perdues dans un trou noir pourraient aller quelque part où elles pourraient un jour être récupérées.
Si vous tombez dans un trou noir demain, a-t-il dit, tout espoir n'est pas perdu. Une civilisation suffisamment avancée pourrait être capable de zoomer autour de l'univers, collectant tout le rayonnement Hawking émis par le trou noir alors qu'il s'évapore lentement au cours des éons, et compressant ce rayonnement dans un nouveau trou noir, enchevêtré avec l'original à travers le temps. Une fois que ce nouveau trou noir a émergé, il pourrait être possible de vous en récupérer.
La recherche théorique sur cette méthode de déplacement entre les trous noirs, a déclaré Jafferis, est en cours. Mais le but est plus de comprendre la physique fondamentale que d'effectuer des sauvetages de trous noirs. Alors, il vaut peut-être mieux ne pas le risquer.
