Les lois de la physique exigent que nous ne puissions pas voir à travers l’horizon des événements d’un trou noir ; il est fondamentalement impénétrable. Même la lumière ne peut y échapper.
Mais dans une nouvelle étude, un physicien de l’Université du Michigan a proposé une technique pour y parvenir, et ses découvertes pourraient aider à résoudre l’un des problèmes les plus difficiles de la science.
L’étude, publiée dans la revue PRX Quantum, ajoute même du poids à la théorie selon laquelle l’univers est un hologramme.
Attendez, l’univers est un hologramme ?
L’idée que l’univers est un hologramme a été interprétée à tort comme l’équivalent physique théorique de Platon’s Cave, une ancienne allégorie sur l’incapacité de l’humanité à vraiment percevoir la réalité, peut-être en partie à cause de la popularité de films tels que The Matrix.
Mais la théorie, officiellement connue sous le nom de dualité holographique, est en fait un modèle mathématique pour résoudre l’une des plus grandes énigmes de la science.
« Dans la théorie de la relativité générale d’Einstein, il n’y a pas de particules, il n’y a que l’espace-temps. Et dans le modèle standard de la physique des particules, il n’y a pas de gravité, il n’y a que des particules », a expliqué Enrico Rinaldi, chercheur à l’Université du Michigan.
« Lier les deux théories différentes est un problème de longue date en physique – quelque chose que les gens essaient de faire depuis le siècle dernier », a ajouté le Dr Rinaldi, l’un des auteurs de l’article.
Qu’est-ce que la dualité holographique ?
La dualité holographique suggère que la théorie de la gravité et la théorie des particules sont en fait mathématiquement équivalentes. Le problème est que la théorie de la gravité nécessite trois dimensions, alors que la théorie des particules n’en a que deux.
Les trous noirs sont un objet précieux pour réconcilier ces théories. Ils sont si denses qu’ils déforment l’espace-temps tridimensionnel, mais nous les observons en raison de leur connexion mathématique aux particules, effectivement projetées à travers l’espace bidimensionnel.
L’un des outils mathématiques utilisés pour représenter la théorie des particules est connu sous le nom de modèles de matrice quantique. La résolution de ces modèles montrerait que les mathématiques qui représentent la théorie des particules pourraient également représenter la gravité.
Mais les résoudre est un problème difficile. Les modèles sont essentiellement des blocs de nombres qui représentent des particules. Ils sont résolus en trouvant la meilleure configuration de particules pour représenter l’état d’énergie le plus bas du système.
Les ordinateurs quantiques, comme ceux d’IBM, ne sont pas encore assez puissants pour résoudre la plupart des modèles matriciels
Ordinateurs quantiques
Pour trouver la solution, l’équipe a utilisé des circuits quantiques – faisant l’équivalent de secouer un seau de sable pour niveler le dessus – et a fait passer le système à travers un réseau neuronal spécial pour trouver la fonction d’onde de la matrice avec l’énergie la plus faible possible.
Le problème est que la plupart des circuits quantiques modernes ne sont pas assez puissants pour résoudre ces modèles s’ils sont trop compliqués. Le Dr Rinaldi et son équipe ont donc dû en développer un exceptionnellement simple pour prouver que leur approche fonctionne.
Au fur et à mesure que la technologie se développe, ils espèrent que les chercheurs seront capables de résoudre des modèles matriciels encore plus compliqués.
« Parce que ces matrices sont une représentation possible pour un type particulier de trou noir, si nous savons comment les matrices sont disposées et quelles sont leurs propriétés, nous pouvons savoir, par exemple, à quoi ressemble un trou noir à l’intérieur », a ajouté le Dr. Rinaldi.
« Qu’y a-t-il à l’horizon des événements pour un trou noir ? D’où vient-il ? Répondre à ces questions serait un pas vers la réalisation d’une théorie quantique de la gravité », a-t-il déclaré.
Il a ajouté que les résultats ont fourni une référence importante pour les travaux futurs sur l’informatique quantique et les algorithmes d’apprentissage automatique que les chercheurs peuvent utiliser pour explorer la gravité quantique à travers l’idée de la dualité holographique.