La gravitation quantique explorée dans les analogues des trous noirs

Nous ne pouvons pas explorer la gravitation quantique avec des expériences, ni même des phénomènes tels que le rayonnement de Hawking ou la superradiance de Penrose dans les trous noirs. Mais nous pouvons les explorer en utilisant des analogues soniques (hydrodynamiques) des trous noirs dans les condensats de Bose-Einstein et dans les superfluides, grâce à l’apparition d’un horizon des événements qui sépare les flux subsoniques des flux supersoniques (analogie proposée par William G. Unruh). Les lecteurs du magazine (disparu) Research and Science se souviendront de l’article suggestif de Leonard Susskind, “Les trous noirs et le paradoxe de l’information”, IyC 1997 juin : 12-18. [Internet Archive]Scientific American 1997 avril : 52-57 [Wayback machine] (également sur ce blog du LCMF, 30 mai 2019). Lenny divulgue sa fascinante proposition de 1993 dans Lettres d’examen physique d’utiliser des trous noirs pour explorer les vibrations des cordes dans la théorie des cordes. Comme les ailes d’un colibri, les oscillations des cordes sont très rapides. Mais tout comme nous pouvons voir ses ailes à l’aide d’une vidéo au ralenti, lorsqu’une corde s’approche de l’horizon des événements d’un trou noir, ses vibrations deviennent de plus en plus lentes et sont vues avec une clarté croissante (selon les mots de Lenny). Selon la suite d’Amanda Peet, Thorlacius et Arthur Mezhlumian, la corde grandit et s’étend à travers l’horizon des événements comme si elle recevait le rayonnement d’un environnement très chaud. En un court intervalle de temps, la chaîne et toutes les informations quantiques qu’elle transporte s’étendent sur tout l’horizon.

La mémoire joue parfois de curieux tours. Tout cela m’a été rappelé en lisant un article de synthèse sur les analogues hydrodynamiques des trous noirs publié dans Nature Critiques Physiquedont l’un des auteurs est le célèbre physicien et vulgarisateur Lawrence M. Krauss. La raison en est l’absence de toute mention de la possibilité d’étudier les cordes et leurs vibrations dans des horizons sonores. J’ai réfléchi à ce que pourrait être l’analogue hydrodynamique d’une corde ; Le plus évident serait d’utiliser des filaments vortex (filaments tourbillonnaires), qui s’apparentent aux tornades ou aux vortex formés par la fumée de cigarette. Ils ont été observés dans les superfluides et présentent des propriétés quantiques (ils avaient déjà été théorisés par Feynman en 1955). Il ne semble pas facile de développer l’analogie mathématique entre les cordes et ces vortex. En fait, il existe peut-être de meilleurs analogues. En tout cas, je trouve suggestive l’étude de la dynamique des cordes, à la Susskind, dans les trous noirs soniques.

Mais la mémoire m’a également ramené à l’article d’Alexey Yu. Morozov de 1992 à Physicien soviétique Uspekhi sur ce qu’est la théorie des cordes. Dans cet article, Morozov propose que la théorie des cordes n’est pas une théorie, pas plus que la théorie quantique des champs (QFT). Comme vous le savez bien, QFT est un cadre conceptuel (cadre) qui permet de décrire de nombreuses théories (dont le modèle standard) et de nombreux modèles dans ces théories (en fait, le modèle standard n’est pas un modèle). Dans sa défense de la théorie des cordes comme cadre conceptuel, Morozov propose d’étudier des modèles de cordes de différents phénomènes physiques filamenteux, tels que certains vortex dans les superfluides. De toute évidence, les analogues hydrodynamiques des trous noirs ne décrivent pas toute la physique quantique des trous noirs. L’analogie entre la vitesse de la lumière dans le vide et la vitesse du son n’est jamais complète ; De plus, les degrés de liberté dans les fluides sont des molécules en interaction mutuelle par collisions, alors qu’en gravitation quantique, nous ne savons pas quels sont les degrés de liberté, ni même comment ils interagissent. Malheureusement, les théories de la gravitation quantique dans le cadre de la théorie des cordes ne nous offrent pas de réponse à cette question.

Je ne sais pas si vous souhaitez approfondir ce sujet. Dans leur cas, j’ai cité les articles de Leonard Susskind, « Théorie des cordes et principe de complémentarité des trous noirs », Physical Review Letters 71 : 2367-2368 (11 octobre 1993), doi : https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.71.2367, arXiv:hep-th/9307168 (27 juillet 1993) ; Arthur Mezhlumian, Amanda Peet, Lárus Thorlacius, « Thermalisation des cordes à l’horizon d’un trou noir », Physical Review D 50 : 2725-2730 (15 août 1994), doi : https://doi.org/10.1103/PhysRevD.50.2725, arXiv:hep-th/9402125 (22 février 1994) ; le récent Samuel L. Braunstein, …, Lawrence M. Krauss, …, Naveed A. Shah, « Analogue simulations of quantum gravity with fluids », Nature Reviews Physics 5 : 612-622 (22 août 2023), doi : https://arxiv.org/abs/2402.16136, arXiv:2402.16136 [gr-qc] (25 février 2024) ; Richard P. Feynman, « Application de la mécanique quantique à l’hélium liquide », chapitre 2 de Progress in Low Temperature Physics Vol. 1 (édité par CJ Gorter), North-Holland, pp. 17-53, doi : [PDF; PDF]; par Alexey Yu. Morozov dans « La théorie des cordes : qu’est-ce que c’est ? » Soviet Physics Uspekhi 32 : 671-714 (1992), doi : [PDF].