Une étude lève le voile sur les mystères quantiques des trous noirs

De nouvelles recherches indiquent que les trous noirs présentent des propriétés caractéristiques des particules quantiques, impliquant que ceux-ci puissent être à la fois petits et grands, lourds et légers, ou morts et vivants, comme le célèbre chat de Schrödinger.

Propriétés quantiques

Publiée dans la revue Physical Review Letters, cette nouvelle étude basée sur la modélisation informatique visait à identifier l’obscur lien entre l’époustouflante physique de déformation du temps des objets supermassifs tels que les trous noirs et les principes régissant le comportement des plus petites particules subatomiques.

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Pour ce faire, les chercheurs ont créé un cadre mathématique plaçant une particule quantique juste à l’extérieur d’un trou noir géant. Leurs simulations ont révélé que ce dernier présentait des signes de superposition quantique, c’est-à-dire la capacité d’exister dans plusieurs états à la fois : dans ce cas, d’être à la fois massif et extrêmement léger.

L’exemple le plus connu de superposition quantique est le légendaire chat de Schrödinger, expérience de pensée imaginée en 1935 par un physicien allemand afin de démontrer certains des paradoxes de la physique quantique. Selon les théories quantiques, les particules subatomiques existent dans plusieurs états simultanément jusqu’à ce qu’elles interagissent avec le monde extérieur. Cette interaction, incluant le simple fait de les mesurer ou de les observer, fait passer la particule dans l’un de ses états possibles.

L’expérience de Schrödinger visait à démontrer l’absurdité de la théorie quantique, impliquant qu’un chat enfermé dans une boîte puisse être à la fois mort et vivant en raison du comportement aléatoire des atomes, jusqu’à ce qu’un observateur brise la superposition. Cependant, la possibilité que le félin meure indépendamment des actions de ce dernier impliquait qu’une particule quantique puisse exister simultanément dans deux états. Et la nouvelle étude indique que cela est également le cas pour les trous noirs.

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Des masses superposées

Le physicien théoricien Jacob Bekenstein a été le premier à évoquer la possibilité que les trous noirs présentent des propriétés quantiques. Puisque ces objets sont définis par leur masse, la superposition quantique implique que ces étranges passerelles gravitationnelles puissent avoir plusieurs masses.

« Notre modélisation a montré que ces masses superposées se situaient, en fait, dans certaines bandes ou rapports déterminés, comme l’avait prédit Bekenstein », explique Magdalena Zych, physicienne à l’université du Queensland et co-auteure principale de la nouvelle étude. « Nous n’avions pas supposé l’existence d’un tel modèle au départ, ce qui rend la découverte d’une telle preuve d’autant plus surprenante. »

L’an passé, des chercheurs britanniques avaient découvert que les trous noirs exerçaient également une pression quantique sur leur environnement.

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