Avenir chronologique du point pLe comportement des petites perturbations des champs gravitationnel et électromagnétique à l'intérieur d'un trou noir est un sujet de recherche de longue date dans la théorie générale de la relativité (GR). Nous devons savoir très précisément comment ces perturbations se dégradent afin de faire progresser notre compréhension de la nature de la gravité, de l'interprétation des données des ondes gravitationnelles enregistrées à des questions plus fondamentales, telles que le caractère déterministe des GR.
L'apparition de
l'horizon de Cauchy dans les applications astrophysiques des calculs d'Einstein signale une possible violation du déterminisme dans le cadre des GR. Comme vous le savez, l'horizon de Cauchy limite la «région de prévisibilité»: pour l'horizon de Cauchy, des prédictions sans ambiguïté ni dans la théorie classique ni quantique sont possibles, car une partie des informations nécessaires provient d'autres domaines de l'espace-temps qui ne se croisent pas avec la surface partielle initiale de Cauchy.
En d'autres termes, nous ne pouvons plus prédire l'avenir de l'observateur qui traverse l'horizon de Cauchy sur la base des conditions initiales avant l'intersection de l'horizon et des équations d'Einstein. Néanmoins, dans le contexte de l'espace-temps d'un trou noir (BH), on peut s'attendre à ce que les perturbations de la région externe puissent être amplifiées à l'infini, transformant l'horizon de Cauchy de l'intérieur en une singularité (limite finale), au-delà de laquelle les équations de champ n'ont plus de sens. Une telle hypothèse est confirmée dans l'hypothèse de Penrose sur le
principe de la «censure cosmique» .
Penrose a formulé le principe comme suit: «La nature regorge de singularité nue». Cela signifie que les singularités de l'espace-temps apparaissent dans des endroits qui, comme les régions intérieures des trous noirs, sont cachés aux observateurs.
Un groupe de mathématiciens de l'Université de Californie à Berkeley, l'Institut Perimeter de physique théorique (Canada), l'Institut de physique théorique et le Center for Extreme Matter and Emergent Phenomena de l'Université d'Utrecht (Pays-Bas) ont publié un
travail scientifique expliquant que le principe de la «censure spatiale» est directement lié avec quelle force la limite extérieure de l'horizon de Cauchy supprime les perturbations des champs gravitationnel et électromagnétique. Une analyse de la nature de ces atténuations permet de supposer ce qui se passe à la limite intérieure de l'horizon de Cauchy, où la singularité apparaît - et ce que cela signifie pour le voyageur qui y arrive.
Plus précisément, les scientifiques ont étudié les champs scalaires sans masse à l'extérieur des trous noirs dans le modèle Reisner-Nordström pour l'espace de Sitter, c'est-à-dire pour le modèle cosmologique relativiste. Le taux de leur atténuation est déterminé par les modes quasi-normaux du trou noir. Bien sûr, les mesures des caractéristiques physiques au-delà de l'horizon des événements sont effectuées par des méthodes purement mathématiques: «Aucun physicien ne peut pénétrer dans un trou noir et le mesurer»,
explique Peter Hinz de Berkeley, l'un des auteurs des travaux scientifiques. - Cette question ne peut vraiment être étudiée que mathématiquement, mais elle a des conséquences physiques, presque philosophiques. De ce point de vue, les équations d'Einstein deviennent mathématiquement plus intéressantes. »
Les auteurs des travaux scientifiques ont identifié
trois familles de modes dans ces espaces-temps. Une famille est directement liée à la sphère photonique et est bien décrite. Le deuxième type de mode, avec son existence et sa chronologie, est étroitement lié à l'horizon de Sitter. Enfin, la troisième famille domine les trous noirs presque extrêmement chargés - et elle est également présente dans les versions asymptotiquement plates de l'espace-temps.
Les auteurs disent que les deux dernières variantes des modes semblent être passées inaperçues dans la littérature existante sur la physique des trous noirs. Par conséquent, dans leur travail, ils ont donné une description détaillée des perturbations scalaires de ces BH et confirmé l'hypothèse selon laquelle le principe de «censure cosmique» est violé dans la variante BH avec une charge proche de l'extrême.
Que signifie la violation du principe de «censure cosmique» dans ces trous noirs? Cela signifie que certaines singularités peuvent être disponibles pour l'observateur externe - mais avec des conséquences étranges pour lui.
Selon la simulation, lors de sa pénétration dans un tel trou noir théorique, l'observateur ne cessera pas d'exister, mais son passé sera effacé. De plus, un nombre potentiellement infini d'options possibles pour l'avenir s'ouvrira devant lui, comme le propriétaire de l'épée des probabilités du roman de science-fiction "Scar" de China Myevil.
L'observateur ne pourra jamais sortir du trou noir et raconter son histoire, mais peu importe, car personne du passé n'existera plus, tout comme le passé lui-même.
L'article scientifique a été
publié le 17 janvier 2018 dans la revue
Physical Review Letters (doi: 10.1103 / PhysRevLett.120.031103,
pdf ).