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Un trou de ver simulé renforce l’idée que l’Univers est un hologramme

ovni trou de ver
Crédits : Genty/Pixabay

Des physiciens ont utilisé l’ordinateur quantique Sycamore 2 de Google pour simuler le tout premier trou de ver holographique et transporter des informations à travers lui. Ce dernier n’a pas été créé par gravité, mais par intrication quantique. Les détails de l’étude sont publiés dans Nature.

Le principe des trous de vers

Un trou de ver est un pont entre deux régions de l’espace-temps permettant en théorie de se rendre de l’une à l’autre dans un temps plus court. L’idée de ces objets encore hypothétiques, nommés « trous de ver » par le physicien John Wheeler en 1957, est née des travaux d’Albert Einstein et de son collègue Nathan Rosen qui ont démontré en 1935 que la théorie de la relativité générale permettait aux trous noirs d’être reliés par des ponts pouvant relier de grandes distances.

Cette théorie visait à proposer une explication alternative aux singularités. Imaginez des régions de l’espace-temps, comme le fond des trous noirs, au voisinage desquels certaines quantités décrivant le champ gravitationnel deviennent infinies, quel que soit le système de coordonnées retenu. Dans ces conditions, les équations d’Einstein s’effondrent. Selon Einstein et Rosen, si les trous de ver existaient d’une manière ou d’une autre, alors la relativité générale pourrait se maintenir.

À peu près à la même période, Einstein, Rosen et leur collègue Boris Podolsky écrivirent également un autre article discréditant les implications ridicules de la mécanique quantique. D’après eux, si les règles de cette mécanique étaient vraies, les propriétés de deux particules pourraient alors devenir inextricablement liées de sorte que la mesure de l’une affecterait instantanément l’autre, même si les deux étaient séparées par un énorme écart. Ce processus, connu maintenant sous le nom d’intrication quantique, était moqué par Einstein. L’intrication quantique a pourtant depuis été observée. Elle est même couramment utilisée de nos jours.

L’aversion d’Einstein pour la physique quantique aurait ainsi pu l’aveugler sur une idée potentiellement révolutionnaire. Et si la relativité générale et la mécanique quantique pouvaient en fait être liées ? Cette hypothèse pourrait en effet expliquer certaines observations faites à la frontière entre ces deux mondes, comme à l’intérieur des trous noirs.

Le principe holographique

Cette idée de « théorie du tout » a conduit les physiciens à proposer toutes sortes de modèles. L’un d’eux est le principe holographique. Il postule que l’Univers est une projection holographique 3D de processus se déroulant sur une surface 2D distante.

Ce modèle prend racine avec les travaux de Stephen Hawking dans les années 1970 : si les trous noirs émettaient effectivement un rayonnement de Hawking (un rayonnement de particules virtuelles apparaissant au hasard près des horizons des événements), ils finiraient par s’évaporer, enfreignant alors une règle majeure de mécanique quantique qui veut l’information ne peut pas être détruite.

Pour résoudre ce problème, les partisans de la théorie des cordes (une autre « théorie du tout ») ont utilisé des observations selon lesquelles l’information contenue par un trou noir était liée à la surface 2D de son horizon des événements (le point au-delà duquel rien ne veut s’échapper). Concrètement, les informations d’une étoile effondrée dans un trou noir pourraient avoir été codées sur le rayonnement de Hawking et renvoyées avant l’évaporation dudit trou noir.

Par extension, certains ont alors imaginé que si toutes les informations d’une étoile 3D pouvaient être représentées sur un horizon d’événements 2D, alors peut-être que l’Univers lui-même (qui a son propre horizon en expansion) est lui aussi une projection 3D d’informations 2D.

De ce point de vue, les deux théories disjointes de la relativité générale et de la mécanique quantique pourraient finalement se rejoindre, cette projection holographique de l’Univers scintillant à partir des interactions de minuscules particules sur la surface de dimension inférieure d’un horizon lointain.

Univers holographique trou de ver
Crédits : Pixabay

Former un trou de ver quantique

Pour tester cette idée, des chercheurs ont utilisé l’ordinateur quantique Sycamore 2 de Google, développant un modèle simplifié d’un univers holographique contenant deux trous noirs intriqués quantiques à chaque extrémité. Après avoir encodé un message d’entrée dans le premier qubit, les chercheurs ont alors observé le message se brouiller (un parallèle avec le fait d’être avalé par le premier trou noir) avant de ressortir intact à l’autre extrémité.

Ici, l’expérience était vraiment simplifiée. Toutefois, concrètement, si vous aviez deux ordinateurs quantiques positionnés sur des côtés différents de la Terre et si vous améliorez un peu cette technologie, vous pourriez alors faire une expérience très similaire dans le cadre de laquelle l’information quantique disparaîtrait dans un laboratoire pour finalement réapparaître dans le deuxième dans le même ordre qu’il est entré. Autrement dit, les informations encodées dans cette petite expérience se sont comportées de la même manière que dans le cadre théorique d’un trou de ver, ajoutant ainsi du poids au principe holographique de l’Univers.

À l’avenir, les chercheurs aimeraient concevoir des expériences d’une plus grande complexité, réalisées avec du matériel plus avancé.

Brice Louvet

Rédigé par Brice Louvet

Brice est un journaliste passionné de sciences. Ses domaines favoris : l'espace et la paléontologie. Il collabore avec Sciencepost depuis près d'une décennie, partageant avec vous les nouvelles découvertes et les dossiers les plus intéressants.