Tel un trou noir avalant toute matière et énergie sans jamais rien recracher, la physique théorique se gonfle progressivement d'idées qui n'arrivent pas à échapper au statut d'hypothèses ne devenant jamais de véritables connaissances sûres des sciences physiques. En particulier, tout ce qui a trait aux phénomènes mêlant gravité extrême et volume infime, comme les «singularités spatio-temporelles » engendrant les trous noirs.
Mais voici qu'un article publié dans le journal Nature Physics (accessible en une 1ère version) semble pouvoir enfin alléger la charge cumulée des spéculations physiques : la preuve que les trous noirs s'évaporent progressivement - jusqu'à disparition.
La ruse de Stephen Hawking
Cette hypothèse, énoncée par Stephen Hawking entre 1974 et 1975, dit que paradoxalement si rien n'échappe à l'aspiration gravitationnelle d'une singularité - du moins rien qui aurait franchi une surface virtuelle nommée « horizon des évènements » autour de la singularité et qui donne corps au trou noir - il en réchappe tout de même quelque chose juste à sa surface.
C'est une ruse bien troussée qui a permis à Hawking d'en arriver là : en effet aucune matière ni énergie (dont la lumière) ne sort de dedans le trou noir, mais sur sa surface (horizon) un phénomène arrache quand même un tout petit peu d'énergie au trou noir, à l'instar de gouttelettes d'eau à la surface d'un objet qui pompent de sa chaleur en s'évaporant. Un phénomène impossible aujourd'hui à mesurer tant il est ténu.
La force des métaphores en physique
L'appel à la métaphore est particulièrement bienvenue car la preuve de laboratoire fournie aujourd'hui par Jeff Steinhauer est métaphorique : elle repose sur une expérience ne mettant absolument pas en jeu un trou noir (notre technologie est incapable d'en produire) mais plutôt des fluides et d'autres systèmes physiques maniables qui n'ont rien à voir avec les trous noirs.
Réctifions : ils n'ont rien à voir en termes d'objets physiques... mais beaucoup en termes d'équations. C'est un peu l'analogue des simulations informatiques (par exemple du climat), qui reproduisent non pas les objets eux-mêmes (atmosphère, Terre, etc.) mais les maths régissant leurs comportements - jamais une goutte d'eau n'est sortie des simulations de Météo France. Ici, il s'agit d'une « simulation quantique ».
Le vide créateur
Côté trou noir, Hawking a prédit qu'à sa surface le vide peut donner naissance spontanément à une paire de particule-antiparticule « intriquées » - un phénomène de création ex nihilo confirmé expérimentalement. Mais alors qu'elles devraient s'annihiler mutuellement pour redevenir du vide, la gravité si forte les séparerait : l'une échapperait au gouffre tandis que l'autre s'y précipiterait.
Des considérations d'ordre quantique dont je vous fais grâce ici stipulent alors que vue de l'extérieur du trou noir, la particule happée possède une énergie négative (ce qui symétriquement se dit : la particule libérée possède une énergie positive) si bien que le trou noir avale... une perte d'énergie (ou : la particule libérée emporte un peu d'énergie du trou noir). CQFD
L'expérience
Côté expérience, le chercheur a utilisé un laser et un condensat de Bose-Einstein, sorte de fluide aux propriétés quantiques, dans une enceinte fermée afin de produire un phénomène partageant les mêmes équations que celles d'un horizon de trou noir, à ceci près notamment que la force de gravité est remplacée par une accélération (Einstein a montré qu'elles sont équivalentes).
En intriquant deux particules dans le fluide, il a accéléré l'une au-delà de la vitesse du son (via le laser). Il se trouve que mathématiquement, la « surface » séparant les vitesses supersoniques et subsonique dans ce fluide est analogue à un horizon d'évènements : or le chercheur a pu observer que l'autre particule réussissait à échapper à l'accélération supersonique ce qui, moyennant métaphore, prouverait le même phénomène aux abords du trou noir, et donc son évaporation...
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