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Posté par Michel le Jeudi 24/01/2008 à 00:00
Un monstre accusé de l’extrême chaos régnant dans les trous noirs
Un seul trou noir peut contenir plus de désordre que toutes les étoiles de l'univers réunies. Une nouvelle étude pourrait en expliquer la raison, en établissant une correspondance avec certaines déformations chaotiques dans le tissu de l'espace-temps (La notion d'espace-temps a été introduite au début des années 1900 et reprise notamment par Minkowski en 1908 dans un exposé mathématique sur la géométrie de l'espace et...) connues sous le nom de "monstres".


Un « monstre », déformation chaotique extrême de l’espace

Les scientifiques mesurent le désordre à l’aide d’un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) appelé entropie (En thermodynamique, l'entropie est une fonction d'état introduite au milieu du XIXe siècle par Rudolf Clausius dans le cadre du second...) - plus l'entropie est élevée, plus le désordre est grand. Toutes les étoiles de l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) contribuent ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme l'énonçait...) pour environ 10^79 unités d'entropie, (un 1 avec 79 zéros derrière). Mais ceci n'est presque rien comparé aux trous noirs.

Dans les années 70, Stephen Hawking (Stephen W. Hawking, CH, CBE, FRS, FRSA, est un physicien théoricien et cosmologiste anglais, né le 8 janvier 1942 à Oxford. Hawking a été professeur de mathématiques à...) a prouvé que les trous noirs émettent un rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) aléatoire – le rayonnement de Hawking - qui reflète un état interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital...) fortement désordonné. Une prédiction de sa théorie est que l’entropie du trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en échapper (à l'exception...) augmente avec sa superficie (L'aire ou la superficie est une mesure d'une surface. Par métonymie, on désigne souvent cette mesure par le terme « surface »...).

Cela signifie qu'un seul trou noir super massif (Le mot massif peut être employé comme :), du genre de ceux trouvés aux centres des galaxies (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux autres Galaxie, cette fois au singulier.), pourrait contenir plus de 10^91 unités d'entropie, mille milliards de fois plus que les étoiles de tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) l'univers.

La matière embrouillée au plus haut point

En supposant que la plupart des galaxies contiennent un trou noir super massif, toute l'entropie de l'univers serait d’au moins 10^102. Un nombre étroitement relié au nombre de façons possibles d'arranger la matière et l'énergie dans l'univers - approximativement 2^(10^102). "L’entropie d'un trou noir dépasse extraordinairement n'importe quel autre type de mesure," indique Paul Frampton de l'université de Caroline Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) à Hapell Hill. Frampton et son équipe pensent pouvoir expliquer pourquoi.

Bien que le rayonnement de Hawking implique que les trous noirs contiennent tout ce désordre, les scientifiques ont toujours été embarrassés quant à expliquer son origine. Les étoiles qui s’effondrent et se transforment en trous noirs n’en possèdent pas suffisamment. Comment la matière devient-elle si embrouillée ?

L'équipe de Frampton argue du fait que l'entropie supplémentaire est produite par la nature aléatoire de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et...) quantique. Cela devrait parfois permettre à une boule de matière qui s’effondre de se transformer spontanément en quelque chose appelée un "monstre" - une organisation (Une organisation est) de la matière possédant un désordre maximum, dont les particules se déplacent à grande vitesse (On distingue :) dans des directions aléatoires.

Une clé de l’énigme quantique

Ce phénomène ne se produirait que très rarement, et une fois le trou noir (Le Trou noir (The Black Hole) est un film de science-fiction réalisé par Gary Nelson, produit par la Walt Disney Pictures et sorti en 1979. L'histoire est inspiré du roman Vingt mille...) formé, il est impossible de savoir s'il est passé par l’étape « monstre » ou non. Mais parce que la mécanique quantique tient compte de tous les résultats possibles, l'entropie du monstre doit être prise en considération quand on calcule l'entropie du trou noir, selon les chercheurs.

Comprendre l'entropie des trous noirs pourrait aider les scientifiques à comprendre la gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) à un niveau beaucoup plus fondamental, de sorte qu'elle puisse être unifiée à la mécanique quantique pour produire une théorie quantique de la gravitation. "Toute cette discussion est, à un certain niveau, liée à notre compréhension de la gravitation quantique," dit Frampton.

Toutefois de son coté, Thomas Banks, un physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de l'univers et les forces qui...) de l'université de Californie à Santa Cruz, qui a également étudié les problèmes associés à l'entropie des trous noirs, doute que les outils théoriques employés par l'équipe de Frampton soient les bons pour analyser le puzzle. "Je ne pense pas qu’une telle explication [...] explique réellement l’entropie des trous noirs".

L’article des chercheurs est disponible en ligne ici (format pdf en anglais).

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Source: NewScientist Space
Illustration: Frampton et al.