L’Univers est-il Holographique ?

DOSSIERS LA MATRICE

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VIVONS NOUS DANS UN HOLOGRAMME ?

Les champs énergétiques sont décodés par notre cerveau en une image 3D pour donner place à l’illusion d’un monde physique. Malgré sa matérialité apparente, l’univers est une sorte de projection 3 D et n’est finalement pas plus réel qu’un hologramme. Certaines découvertes scientifiques récentes soutiennent la conclusion que le monde est une grande projection holographique.

Juan Maldacena. Crédit : Stony Brook university

Les bases constructives de la réalité se comportent de façon inexplicable et ne sont sensées que si nous percevons l’univers en termes de champ holographique et non comme un conteneur vide rempli d’objets. Une étude récente publiée dans Nature indique que le cosmos n’est probablement qu’une grande projection selon ses simulations. Comme l’indique le document :

En 1997 le physicien théoricien Juan Maldacena a proposé un modèle audacieux de l’univers dans lequel la gravité prend forme à partir de minuscules cordes vibrantes. La physique de son fonctionnement est solidement établie. Le monde complexe des mathématiques de cordes existent en neuf dimensions dans l’espace, et en plus de cela, il ne serait qu’un hologramme : l’action réelle prend forme dans un cosmos plus simple et plus uniforme où il n’y a pas de gravité.

LA THEORIE DES CORDES – CE QU’EINSTEIN NE SAVAIT PAS ENCORE

L’idée de Maldacena ravit les physiciens car elle offre un moyen de mettre la théorie populaire, mais encore à prouver des cordes sur des bases solides – et parce qu’elle résout d’apparentes incohérences entre la physique quantique et la théorie de la gravitation d’Einstein . Une pierre de Rosette mathématique avait été mise à disposition des physiciens, une «dualité», qui leur a permis de traduire les différences d’une langue à une autre afin de résoudre les problèmes dans un modèle qui semblait insoluble dans les deux sens (voir Collaborative physics: String theory finds a bench mate). Bien que la validité des idées de Maldacena ait été considérée comme acquise depuis lors, une preuve rigoureuse a été difficile à démontrer.

Dans deux documents publiés dans le domaine de la physique, Yoshifumi Hyakutake de l’Université d’Ibaraki au Japon et ses collègues offrent à présent des preuves convaincantes et réelles sur la conjecture de Maldacena.

Univers est un hologramme

Une nouvelle étude confirme que l’ Univers est un hologramme

Dans un document, Hyakutake calcule l’énergie interne d’un trou noir, la position horizontale de sa manifestation (la frontière entre le trou noir et le reste de l’Univers), son entropie et d’autres propriétés basées sur les prédictions de la théorie des cordes, ainsi que les effets de particules dites virtuelles qui apparaissent en permanence à l’intérieur et à l’extérieur de l’existence (voir Astrophysics: Fire in the Hole!). Dans l’autre document, lui et ses collaborateurs calculent l’énergie interne de la réduction correspondante au cosmos sans gravité. Les calculs issus des deux modèles informatisés concordent.

« Cela semble être un calcul correct », dit Maldacena, qui est maintenant à l’Institute for Advanced Study à Princeton New Jersey. Maldacena n’a pas contribué au travail de l’équipe.

En d’autres termes, notre monde est une projection d’infinies petites cordes vibrantes qui donnent lieu à l’aspect visuel du monde physique. Notre monde est une ombre du monde réel où l’activité a effectivement lieu. Comme l’a déclaré un article de Discover Magazine, le physicien Brian Greene a la conviction que les propriétés à la surface du trou noir – l’horizon des événements (de la planification) – soutiennent la théorie troublante que notre monde est une simple représentation d’un autre univers, une ombre du royaume où les événements réels ont lieu.

Univers est un hologramme

L’idée que nous vivons dans une simulation numérique massive est même plus étrange que la conception d’un monde holographique. Nous avons tous vu le film Matrix, n’est-ce pas ? Nick Bostrom, professeur de philosophie à l’Université d’Oxford, souligne que nous vivons très certainement dans une simulation numérique. Jusqu’à présent, nous avons été en mesure de produire d’infimes simulations du Cosmos. Et pour cela, ils ont créé une version ultra-petite de l’univers qui descend à la femto-échelle. Fait intéressant, les chercheurs considèrent leur simulation comme étant un précurseur de versions plus puissantes dans lequel les molécules, les cellules, et même les humains pourraient un jour être générés.

TOM CAMPBELL – INTERVIEW

Voici une interview avec Tom Campbell, physicien et consultant à la NASA, qui explique pourquoi il croit que le modèle virtuel de la réalité est celle qui représente le mieux notre univers :

NOTE : Vous pouvez afficher les sous-titres en français. Appuyez sur lecture puis allez dans options sous-titres « oui » , puis traduire en français

THE MATRIX IS REAL

http://youtu.be/DnAXbuaQow0


FAR, FAR AWAY…

Il ya beaucoup de points de vue sur l’origine de l’univers : à partir de théories scientifiques et les hypothèses simples, à des hypothèses philosophiques et religieuses.

L’une des plus courantes est la soi-disant théorie du Big Bang , selon laquelle, l’univers est né il ya plus de 13 milliards d’années, est en constante expansion.

Maintenant, les chercheurs japonais ont présenté des preuves pour suggérer que l’univers est en fait rien d’autre qu’une projection.

“Une équipe de japonais chercheurs a présenté des preuves que l’univers est en fait un hologramme géant , écrit Huffington Post . Ils ont réussi à le faire en analysant l’hypothèse du physicien Juan Maldacena.
Il ya plusieurs années, le scientifique a suggéré la manière dont le principe holographique peut être réalisé. Madlacena trouvé le lien entre la théorie des cordes et théorie de jauge ( de la théorie de Yang-Mills supersymétrique ).

Selon le modèle proposé par Maldacena, la gravité de l’univers se pose parce que les plus belles cordes vibrantes. Cette idée créé l’enthousiasme dans les milieux scientifiques, car avec son aide un populaire, mais pas encore prouvé la théorie des cordes obtient un solide fondement. Dans leurs articles, les chercheurs de l’Université de Ibaraki (Japon) soutiennent que l’hypothèse de Maldacena est vrai.

Yoshifumi Hyakutake et ses collaborateurs ont calculé l’énergie interne du trou noir, la position de son horizon des événements, ce qui est une limite d’espace-temps qui le sépare du reste de l’univers, et l’entropie. Des calculs correspondants de l’énergie ont été faites pour l’espace ouvert. Par conséquent, les calculs ont coïncidé.

L’UNIVERS EST-IL UN HOLOGRAMME GÉANT ?

http://youtu.be/biU3W0w2Oq0

“Les scientifiques ont trouvé la meilleure preuve que l’univers que nous habitons est un hologramme géant, ouvrant la voie à la conciliation de la physique un «problèmes les plus urgents: la relation entre la théorie de la relativité d’Einstein et la physique quantique.

En d’autres termes, nous pourrions vivre dans une projection 3D géante de ce qui est en fait un espace à deux dimensions, semblable à un écran de cinéma IMAX ou une peinture. Ou on pourrait simplement imaginer l’expérience de regarder un objet en trois dimensions à partir de différents angles et de le voir changer de forme selon le point d’observation.

Les nouvelles simulations expérimentales proposées par le scientifique japonais, Yoshifumi Hyakutake, et son équipe de l’Université d’Ibaraki du Japon affrontent les énergies variantes de trous noirs découverts dans des univers parallèles. Mais il y encore un long chemin avant de réunir la théorie d’Einstein de la relativité générale et la théorie de la mécanique quantique comme étant les deux principales théories décrivant notre univers.

Les résultats ont été publiés dans la revue Nature, le 10 Décembre 2013.

Einstein, dans sa théorisation collective, a posé en principe que l’espace et le temps sont liés et doivent être considérés et calculés par rapport à l’autre, et que les mesures d’objets seront par rapport à la vitesse de la personne en les observant. C’est très empirique et observable.

La mécanique quantique, d’autre part, traite du comportement des particules sur une échelle infiniment petite : elles ne peuvent pas appartenir à la vision du monde empiriquement testables d’Einstein pour la simple raison que c’est trop abstrait et théorique.

Bien que les deux souffrent de certaines incohérences : la théorie d’Einstein, par exemple, se décompose quand on imagine au milieu d’un trou noir – un objet dans lequel le temps et l’espace à la fois s’effondrent – les théories ont été en compétition les unes avec les autres et généralement guère considérées comme parallèles. Les scientifiques ont recherché d’une théorie de liaison.

Le modèle de Hyakutake explique certaines incohérences entre les deux grands modèles, favorisant la première recherche réalisée en 1997. Ensuite, le physicien théoricien, Juan Maldacena, acatapulté la “théorie des cordes” dans le feu des projecteurs en offrant une réalisation fiable du principe holographique.

Cette théorie – qui est largement dite pour expliquer la nature de tout – croit que l’univers est constitué de minuscules «cordes» incommensurables, ou des objets unidimensionnels qui vibrent et fluctuent, et, ce faisant, comptent dans l’activité de toutes les matières et le temps.

La théorie est que les chaînes existent dans neuf dimensions de l’espace et une de temps. Mais parce que leur échelle est si difficile à mesurer – et pourtant ils sont censés tout contrôler – on dit qu’ils sont «projeté» de leur expérience dans un espace plat beaucoup plus simple sans gravité que ce soit.

Ceci aurait produit un monde sans lois de la gravité. Cependant, il n’a pas encore prouvé que l’univers est un hologramme.

Favorisant la théorie des cordes, Hyakutake a écrit deux articles.

Dans l’un, il mesure l’énergie interne d’un trou noir – spécifiquement, l’endroit où le trou rencontre l’univers, autrement connu comme le «horizon des événements». Il mesure l’activité de ses propriétés visibles (constitué de particules visibles) sur la base de la théorie des cordes et les effets de particules virtuelles, qui parfois apparaissent puis disparaissent – de nombreux scientifiques en même fait un outil purement mathématique envisageable

Dans le deuxième article, Hyakutake et son équipe ont calculé la même activité dans des dimensions inférieures (sans gravité impliquée) et les résultats correspondaient aux mesures de la première étude.

Les deux nouveaux documents amènent les conclusions de Maldacena plus loin en proposant une dimension supplémentaire. Cette dimension dix fois inférieure n’a pas de gravité et ses particules s’alignent parfaitement dans un ensemble de chaînes oscillant en harmonie, attachées l’une à l’autre – et pas dans le chaos, qui est ce que nous avions jusqu’à maintenant.

Et maintenant, les scientifiques semblent avoir finalement mis la main sur la preuve mathématique que l’univers peut être mesuré selon les deux approches – celle qui incluse la gravité et qui ne fonctionne pas. Si elles sont aussi identiques qu”elles semblent, Maldacena, lui-même, prédit que nous pourrions un jour utiliser la théorie quantique seule juste pour expliquer la nature de tout dans l’univers.

Maldacena a déjà exprimé son enthousiasme des calculs de Hyakutake, disant qu’ils semblent corrects. Il a dit à « Nature » que «toute la séquence de documents est très agréable car il teste la double [nature de l’univers] dans les régimes où il n’y a pas de tests analytiques.”

Ils ont confirmé numériquement, peut-être pour la première fois, quelque chose que nous étions assez sûr d’être vrai, mais c’était encore une conjecture – à savoir que la thermodynamique de certains trous noirs peut être reproduite à partir d’un univers de moindre dimension, a déclaré Leonard Susskind , un physicien théorique à l’Université de Stanford, en Californie, qui a été l’un des premiers partisans de la théorie de l’univers comme étant un hologramme.”

LES SCIENTIFIQUES CONFIRMENT QUE LA RÉALITÉ EST UNE ILLUSION 3D, NOTRE UNIVERS EST UN HOLOGRAMME

Aaron O’Connell donne du sens à un objet quantique visible sur une vidéo :

TROU NOIR (1/2) – LE MONDE EST-IL UN HOLOGRAMME ?

L’étude théorique de l’évaporation des trous noirs a suggéré voilà 20 ans que l’espace et son contenu en matière pouvaient être décrits par un hologramme. Une équipe de physiciens japonais a montré que, grâce aux ordinateurs, elle pouvait aller un peu plus loin dans la description quantique des trous noirs. Les résultats obtenus confirment pour le moment que l’univers pourrait être vu comme un hologramme.

Notre monde est-il donc une illusion ? Futura-Sciences explore la signification réelle du travail des physiciens japonais en deux articles.

Représentation d’artiste de la conjecture de Maldacena, encore appelée correspondance AdS/CFT. Elle relie la théorie des cordes dans un espace-temps anti-de Sitter à cinq dimensions (plus cinq autres dimensions spatiales supplémentaires compactifiées, par exemple sous forme de sphère) possédant une frontière spatiale plate.

Un trou noir dans cet espace-temps anti-de Sitter (la sphère rouge au centre du schéma) est en correspondance avec une sorte de gaz de quarks-gluons existant dans un espace-temps plat sur cette frontière (les trois quarks sur la surface du schéma).

Ce qui se passe dans un espace-temps courbe en cinq dimensions décrit par la théorie des cordes serait équivalent à ce qui se déroule dans un espace-temps plat à quatre dimensions contenant des champs de Yang-Mills analogues à ceux de la chromodynamique quantique.

On retrouve l’idée d’hologramme avec un objet physique en d dimensions, que l’on peut en réalité décrire comme un objet à d-1 dimensions.

Au début des années 1990, le prix Nobel de physique Gerard ‘t Hooft et Leonard Susskind ont commencé à affirmer qu’un des ingrédients fondamentaux pour construire une théorie quantique de la gravitation était l’idée que, d’une certaine façon, le monde pouvait être décrit comme une sorte d’hologramme.

Ils étaient arrivés à cette conclusion en tentant de résoudre le fameux paradoxe de l’information révélé par les travaux de Stephen Hawking sur l’évaporation quantique des trous noirs. Tout est parti en réalité des réflexions de John Wheeler et surtout de Jacob Bekenstein lorsque ce dernier a proposé de considérer la surface de l’horizon des événements d’un trou noir comme une mesure de l’information perdue lorsqu’un objet matériel tombait dans un trou noir.

JEAN-PIERRE LUMINET EXPLIQUE LA THÉORIE DU RAYONNEMENT DE HAWKING

Présenté par Hubert Reeves et Jean-Pierre Luminet,Du Big Bang au Vivant “ est un projet TV-Web-cinéma qui couvre les plus récentes découvertes dans le domaine de la cosmologie. Dans cette vidéo, Jean-Pierre Luminet explique la théorie du rayonnement des trous noirs de Stephen Hawking et le fameux problème du paradoxe de l’information.

Tout objet matériel contient une information, celle contenue dans sa structure, mais lorsqu’il passe sous l’horizon d’un trou noir, l’information n’est plus disponible pour un observateur extérieur. Cette perte équivaut à l’apparition d’une quantité qui a fait couler beaucoup d’encre en physique : l’entropie.

TROU NOIR ET THÉORIE DE L’INFORMATION

Selon Bekenstein (et la découverte du rayonnement des trous noirs a accrédité cette idée), la surface de l’horizon des événements permet donc d’associer une entropie à un trou noir. Pour ‘t Hooft et Susskind, cela voulait dire que l’information perdue concernant un objet en 3D tombant dans un trou noir était caractérisée par un objet en 2D, à savoir la surface de l’horizon de ce trou noir.

Formulée d’une autre façon, la combinaison des lois de la mécanique quantique et de la relativité générale conduit à penser que l’information physique concernant une portion en 3D de l’espace se retrouve codée sur une frontière en 2D de cette espace. Cela évoque bien un hologramme en 2D qui contient toute l’information nécessaire pour reconstruire une image d’un objet en 3D. Gerard ‘t Hooft et Leonard Susskind baptisèrent cette conjecture le principe holographique.

Leonard Susskind a commencé sa vie professionnelle à 16 ans comme plombier. Né en 1940 dans une famille pauvre à New York, il a été contraint très jeune de prendre le rôle de son père malade. Cela ne l’a pas empêché de suivre plus tard des études d’ingénieur, puis de se consacrer à la physique la plus théorique, celle des particules élémentaires, des trous noirs et des supercordes, dont il a été à chaque fois un contributeur essentiel, rivalisant avec Stephen Hawking et Edward Witten. © Université Stanford

Associer une entropie à un trou noir soulève de nombreux problèmes. La relativité générale classique implique qu’un trou noir doit être exactement décrit par trois paramètres :

sa masse, son moment cinétique et une combinaison de charges électriques et magnétiques.

On ne peut pas considérer qu’il s’agit d’une description effective comme l’est celle de l’équation de Navier-Stokes pour un fluide qui le traite comme un milieu continu et néglige le fait qu’il est constitué d’atomes.

Or, pour associer une entropie à un trou noir, il faudrait que l’on puisse considérer qu’il est lui-même composé de systèmes physiques plus petits décrits par un très grand nombre de paramètres. C’est ce que permet de faire la théorie des cordes, qui est, avec la gravitation quantique à boucles (loop quantum gravity ou LQG en anglais), l’une des deux théories quantiques de la gravitation les plus prometteuses.

En reprenant les analyses de Bekenstein, le prix Nobel de physique Gerard ‘t Hooft a montré que si on divise la surface d’un trou noir en carrés dont la longueur des côtés est donnée par la longueur de Planck, alors chaque petite plaquette possédant une surface dite de Planck-Wheeler (10-70 m2 environ) peut stocker un bit d’information sous forme de 0 ou de 1.

Tout se passe donc comme si l’information perdue pour un observateur extérieur, et portée initialement par la structure en 3D des objets traversant l’horizon du trou noir, était maintenant codée sur une surface en 2D : exactement comme dans un hologramme. © Gerard ‘t Hooft

ENTROPIE ET TROU NOIR SUPERSYMÉTRIQUE

En 1996, Andrew Strominger et Cumrun Vafa sont arrivés à déduire la formule de Hawking-Bekenstein pour l’entropie d’un trou noir en partant d’abord d’un gaz de supercordes et de D-branes (D renvoi au mathématicien Dirichlet, et pas à des dimensions spatiales).

Il s’agit d’objets de dimension généralement supérieure à 1 aussi contenus dans la théorie des cordes, par exemple des membranes en 2D et non plus des cordes en 1D (on parle aussi de p-branes pour décrire ces objets, avec p pouvant aller de 0 à 5 par exemple). Les systèmes physiques contenus dans ce gaz portaient des sortes d’équivalents des charges électriques, celles que l’on trouve dans le cadre des théories dites supersymétriques. Les interactions entre ces particules étaient considérées initialement comme faibles, ce qui permettait d’obtenir une description simple de ce gaz dans un espace-temps plat. On pouvait ainsi calculer relativement aisément une entropie pour ce gaz.

En rendant fortes les interactions entre supercordes et D-branes au moyen de la théorie, le gaz s’effondrait pour donner un trou noir. Mais il s’agissait d’un trou noir très particulier, en 5D, dit extrémal (en termes techniques, si l’on note M la masse et Q la charge électrique totale d’un trou noir extrême, on a la relation M2 = GQ2, où G est la constante gravitationnelle de Newton) et surtout supersymétrique, donc pas directement lié aux trous noirs que l’on rencontre dans la nature.

L’avantage pour les calculs avec ce genre d’objet, c’est que l’on est sûr que l’entropie de ce système physique ne change pas lorsque le gaz devient un trou noir, un résultat hautement non trivial.

Andrew Strominger, né en 1955, est un physicien américain à qui on doit d’importants travaux sur la physique des trous noirs et sur la théorie des supercordes. Ses résultats les plus célèbres portent sur l’entropie des trous noirs en compagnie du physicien d’origine iranienne Cumrun Vafa. © Université Harvard

THÉORIE DE SUPERGRAVITÉ

Le trou noir supersymétrique obtenu était décrit par une extension de la théorie d’Einstein, l’une des théories dites de supergravité. Cette théorie de supergravité émerge elle-même de la théorie des cordes.

Si l’on considérait un trou noir de très grande taille, on pouvait trouver une solution simple contenue dans cette théorie de supergravité. Mais si l’on considérait des trous noirs de très petite taille, se rapprochant des distances où des effets quantiques entrent en jeu, la théorie des cordes imposait des corrections qui compliquent la description physique. Il faudrait en tenir compte pour un trou noir en train de finir de s’évaporer. Malheureusement, cela conduit à des calculs considérablement plus complexes.

Strominger et Vafa se sont donc contentés de prendre un gaz conduisant à un trou noir supersymétrique extrême de grande taille, exactement décrit par une théorie de supergravité, et ils ont comparé la formule de l’entropie du gaz à celle du trou noir : elles concordaient parfaitement.

On pouvait aller un peu plus loin.

Un trou noir extrême ne peut pas s’évaporer, mais si l’on considérait un trou noir presque extrême, alors il se mettait à émettre du rayonnement Hawking. De nouveau, on trouvait un bon accord entre les calculs faits d’abord avec des supercordes et des D-branes. Ce qui se passait lorsqu’un trou noir rejoignait le monde des particules élémentaires en fin d’évaporation restait cependant hors de portée des calculs de l’époque.

Or, pour espérer résoudre le paradoxe de l’information, il fallait pouvoir décrire complètement l’évolution d’un trou noir, du début à la fin du processus d’évaporation.

Dennis Gabor (1900-1979) était un physicien hongrois. Il est connu pour ses travaux ayant conduit à la découverte de l’holographie, pour laquelle il a reçu le prix Nobel de physique en 1971. © Fondation Nobel

TROU NOIR QUANTIQUE ET PARDOXE DE L’INFORMATION

Mais au fait, qu’est au juste le paradoxe de l’information ?

Imaginez le rayon laser d’un graveur de CD chauffant un morceau de charbon. Contrairement à la lumière du laser, presque monochromatique, celle émise par le charbon chauffé sera composée d’un très grand nombre de longueurs d’onde différentes. Le rayonnement du morceau de charbon peut en effet être considéré comme celui d’un corps noir avec un spectre continu. Si les photons initiaux du laser ont presque tous la même longueur d’onde et qu’ils constituent un ensemble considéré comme pur selon la terminologie des physiciens, les photons réémis par le morceau de charbon seront constitués d’un mélange hétéroclite possédant de grandes différences du point de vue des longueurs d’onde.

Ce rayonnement peut être vu comme très désordonné par opposition à la régularité de celui du laser. Si de plus le graveur de CD était en train de transmettre la bande-son d’Iron Man, celle-ci serait inaudible dans le rayonnement thermique final du morceau de charbon.

Il n’en est rien pour un observateur microscopique utilisant les lois de la mécanique quantique. Pour lui, de subtiles corrélations dans les états des photons émis par le morceau de charbon sont bien présentes et son assimilation à un corps noir n’est qu’une approximation, excellente mais fausse : il est toujours possible d’écouter la bande originale du film de Marvel, si l’on s’y prend bien.

RÉSOUDRE LE PARADOXE DE L’INFORMATION

Dans le cas d’un trou noir s’évaporant par effet Hawking, les lois de la mécanique quantique exigent l’apparition d’un spectre de corps noir. Le problème est que l’existence d’un horizon, et aussi d’une singularité à l’intérieur de celui-ci, impose que le trou noir rayonne avec un spectre de corps noir parfait durant la très grande majorité de son existence, et enfin que son état final lié à la singularité soit trop chaotique pour retenir l’information qui ne s’est pas échappée par rayonnement Hawking durant son évolution.

On aboutit ainsi au paradoxe de l’information.

Si d’un côté, les lois de la mécanique quantique exigent que l’information ne soit jamais perdue dans l’évolution d’un système physique, appliquées à un trou noir, elles exigent que le CD d’Iron Man qui aurait été avalé par le trou noir ne puisse jamais être écouté en enregistrant et en analysant le rayonnement Hawking.

Pour résoudre le paradoxe de l’information, il faut disposer de ce qu’on appelle une version non perturbative des équations de la gravitation quantique.

Il existe deux approches en ce sens avec :

  • La théorie des cordes : la correspondance AdS/CFT (anti-de Sitter/conformal field theory correspondence)
  • La théorie matricielle BFSS (pour Banks, Fischler, Shenker et Susskind).

C’est à partir de la seconde que l’on a effectué des calculs sur ordinateur qui confortent l’hypothèse que l’information n’est pas détruite par un trou noir, comme on va le voir dans la deuxième partie de cet article.

TROU NOIR (2/2) – LE MONDE EST-IL UN HOLOGRAMME ?

Dans un précédent article, nous avons fait connaissance avec le principe holographique et le paradoxe de l’information découlant de la théorie quantique de l’évaporation des trous noirs.

Pour tenter de faire la lumière sur ces questions, des chercheurs japonais ont soumis le principe holographique à des tests théoriques sur ordinateur via la théorie des cordes et ses multiples formulations.

Le succès de ces tests implique-t-il vraiment que le monde dans lequel nous vivons est aussi illusoire qu’une image holographique, et qu’il possède en réalité au moins une dimension spatiale de moins ? Cet article complète le précédent en tentant de répondre à cette question.

Une solution au problème du paradoxe de l’information avec l’évaporation quantique des trous noirs a été proposée quelques années seulement après le papier révolutionnaire de Strominger et Vafa, datant de 1996. Elle repose sur les travaux du jeune physicien argentin Juan Maldacena. Le chercheur considérait initialement des trous noirs en dix dimensions d’espace-temps plat (sauf là où se trouve un trou noir) et, à l’aide de la théorie des cordes, étudiait le comportement des champs de particules se propageant à proximité de leur horizon.

Ses calculs suggéraient un résultat étonnant si l’on plaçait ces trous noirs à l’intérieur d’un modèle d’univers à cinq dimensions d’espace-temps macroscopiques, caractérisé par une géométrie dite anti-de Sitter et auquel étaient ajoutées cinq dimensions spatiales supplémentaires compactifiées selon des sphères (comme dans les théories de Kaluza-Klein). Les détails des phénomènes se déroulant dans cet univers, décrit par la théorie des cordes, étaient codés par le comportement de certains champs existant sur une frontière à l’infini de cet univers. De nouveau, on se retrouvait confronté au principe holographique de ‘t Hooft et Susskind.

UN DICTIONNAIRE ENTRE GRAVITATION ET CHAMPS DE YANG-MILLS

Ces champs, ressemblant à ceux de la chromodynamique quantique, se propageaient uniquement sur cette frontière, dont la géométrie est plate et en quatre dimensions d’espace-temps seulement. En généralisant cette constatation, Maldacena aboutissait à sa célèbre conjecture stipulant que les équations de la théorie des cordes à 10D, décrivant n’importe quelle situation de gravitation quantique dans un espace-temps anti-de Sitter, sont reliées mathématiquement aux équations en espace-temps plat en 4D décrivant un champ de force analogue à celui décrit par les équations de Yang-Mills de la QCD existant sur la frontière de cet espace-temps.

À ceci près que ces équations doivent être supersymétriques et posséder une symétrie supplémentaire liée à l’invariance par des transformations dites conformes. Celles-ci, dans un plan par exemple, ne respectent pas forcément les distances pour des figures géométriques, mais conservent les angles.

Juan Maldacena est un brillant théoricien des cordes né en Argentine. Il est devenu célèbre en proposant une formulation non perturbative de la théorie des cordes, connue sous le nom de correspondance AdS/CFT. Elle implique que l’espace-temps courbe de la théorie des cordes peut être décrit comme une théorie quantique des champs en espace-temps plat. Il est professeur à l’Institute for Advanced Study (Institut d’étude avancée) de Princeton, qui est l’un des plus prestigieux laboratoires au monde. © Université d’État de New York à Stony Brook

L’aspect le plus spectaculaire de la conjecture dite aujourd’hui de Maldacena, ou encore de correspondance AdS/CFT (pour anti-de Sitter space/conformal field theory en anglais), le fait que la gravitation en espace-temps courbe à dix dimensions puisse être reliée à des sortes de champs électriques en espace-temps plat à quatre dimensions semble difficile à comprendre.

On peut peut-être s’en faire une petite idée si l’on considère une surface courbe en deux dimensions et si l’on projette ses lignes de niveau sur un plan. La modification de leur forme renseigne sur les modifications de courbure de la surface en deux dimensions.

Si l’on considère que ces lignes de niveau sont des lignes de champs électriques et magnétiques, on peut comprendre d’une façon intuitive, à défaut d’être rigoureuse, comment la géométrie courbe de l’espace-temps peut être reliée à un champ de force non gravitationnel en espace-temps plat.

Toujours est-il que la conjecture de Maldacena établit une sorte de dictionnaire entre les propriétés d’un système physique en gravitation quantique décrit par la théorie des cordes et un autre système physique, bien plus simple celui-là, décrit quantiquement par une théorie de Yang-Mills.

Comme les théories de Yang-Mills sont ce qu’on appelle des théories de jauge, on parle de dualité entre théorie de jauge et gravité (gauge-gravity duality en anglais). Certains calculs très complexes en gravitation quantique peuvent, en théorie du moins, être menés de façon plus simple dans le cadre de cette théorie de Yang-Mills en espace-temps plat.

C’est particulièrement vrai pour le problème de l’évaporation quantique d’un trou noir. On peut arguer que puisque l’on sait que la théorie de Yang-Mills quantique conserve nécessairement l’information, il doit en être de même pour l’évaporation quantique d’un trou noir.

Représentation d’artiste de la conjecture de Maldacena, encore appelée correspondance AdS/CFT. Elle relie la théorie des cordes dans un espace-temps anti-de Sitter à cinq dimensions (plus cinq autres dimensions spatiales supplémentaires compactifiées, par exemple sous forme de sphère) possédant une frontière spatiale plate.

Un trou noir dans cet espace-temps anti-de Sitter (la sphère rouge au centre du schéma) est en correspondance avec une sorte de gaz de quarks-gluons existant dans un espace-temps plat sur cette frontière (les trois quarks sur la surface du schéma).

Ce qui se passe dans un espace-temps courbe en cinq dimensions décrit par la théorie des cordes serait équivalent à ce qui se déroule dans un espace-temps plat à quatre dimensions contenant des champs de Yang-Mills analogues à ceux de la chromodynamique quantique. On retrouve l’idée d’hologramme avec un objet physique en d dimensions, que l’on peut en réalité décrire comme un objet à d-1 dimensions. © Stan Brodsky

L’ÉVAPORATION QUANTIQUE D’UN TROU NOIR SUR ORDINATEUR

Malheureusement, là encore, les calculs concernant l’évaporation complète d’un trou noir via ceux que l’on peut faire en théorie de Yang-Mills restent compliqués. On ne sait pas décrire la fin de cette évaporation. Les chercheurs sont confrontés à des problèmes similaires avec la théorie de Yang-Mills décrivant les interactions fortes, la chromodynamique quantique (encore appelée QCD, quantum chromodynamics en anglais). Encore maintenant, il faut en passer par l’ordinateur pour, par exemple, calculer la masse du proton à partir des équations de la QCD, lorsqu’on est en régime de couplage dit fort entre les quarks dans un hadron.

Fort logiquement, un groupe de chercheurs japonais s’est demandé voilà quelques années si l’on ne pouvait pas utiliser l’ordinateur, via la dualité entre théorie de jauge et gravité, pour calculer ce qu’il advenait vraiment d’un trou noir quantique en train de s’évaporer.

Il s’agissait aussi de soumettre la conjecture de Maldacena à un nouveau test. Jusqu’à présent, personne n’a trouvé d’erreur dans le dictionnaire qu’elle établit entre différentes théories issues de la théorie des cordes et les prédictions de certaines théories de Yang-Mills.

À strictement parler, les physiciens japonais n’ont pas cherché à tester la conjecture de Maldacena dans sa forme originelle. Celle-ci s’est généralisée au cours des années. On a fait le lien avec une autre formulation de la théorie des cordes qui, elle aussi, connecte ce qui se passe dans l’espace-temps courbe à dix dimensions de la théorie des cordes avec des calculs faits avec une théorie de Yang-Mills en espace plat et en dimension plus basse.

Il s’agit de la théorie matricielle de Banks, Fischler, Shenker et Susskind (matrix theory en anglais, ou théorie BFSS). Elle utilise des sortes de particules ponctuelles que l’on appelle des D0-branes, qui sont un peu aux cordes et aux membranes à p dimensions ce que les quarks sont aux hadrons.

Willy Fischler a passé sa thèse sous la direction du prix Nobel de physique François Englert et de son collègue et ami Robert Brout, les codécouvreurs avec Peter Higgs du mécanisme de Brout-Englert-Higgs. Le physicien théoricien est aussi un passionné de médecine, et il est devenu paramédic voilà quelque temps. © Wikipédia, DP

SUPERGRAVITÉ ET THÉORIE MATRICIELLE

Pour savoir si la théorie BFSS est bien en mesure de décrire les étapes ultimes de l’évaporation d’un trou noir quantique, les chercheurs japonais ont mené des calculs sur ces trous noirs juste au-delà de l’approximation classique des trous noirs de Strominger et Vafa, afin de comparer les formules dans le cadre des deux théories censées être en relation de dualité.

Dans ce but, ils ont considéré un trou noir constitué d’un petit nombre de D0-branes, qui est un cas particulier de ce qu’on appelle des membranes noires en supergravité. La mécanique quantique via la théorie des cordes dans sa formation en 10D prédit une légère modification des équations de la supergravité dans le cas examiné par les chercheurs japonais. La résolution de ces équations, après des calculs formels fort longs, aboutit à une solution décrivant l’espace-temps courbe de la 0-brane noire « formée » de D0-branes. Il est ensuite facile d’en dériver l’entropie et l’énergie de cet objet qui commence à être soumis à des effets de gravité quantique.

Dans le cadre de la théorie BFSS, ce sont des calculs numériques basés sur le fameux algorithme de Monte-Carlo qui ont été effectués. Ces calculs sont menés directement avec des D0-branes dans un espace-temps plat. Cela faisait des années que les physiciens japonais travaillaient sur ces problèmes, et ils ont publiés de nombreux articles culminant aujourd’hui dans deux publications sur arxiv, faisant chacune le bilan des deux méthodes de calcul, en théorie BFSS en 2D d’un côté et en théorie des cordes en 10D de l’autre.

Les calculs concernant l’énergie d’un petit nombre de D0-branes se sont finalement révélés être en plein accord avec ceux concernant une 0-brane noire. Ce résultat a été commenté par Susskind en ces termes :

– « Ils ont confirmé numériquement, peut-être pour la première fois, quelque chose dont nous étions raisonnablement sûrs, mais qui était toujours une conjecture, à savoir que la thermodynamique de certains trous noirs peut être reproduite par un univers en dimension inférieure. »

Est-ce à dire que ces résultats impliquent que l’univers dans lequel nous vivons est une illusion sous forme d’hologramme ? Pas vraiment.

L’HOLOGRAPHIE, SIMPLE OUTIL DE CALCUL EN GRAVITATION QUANTIQUE

Déjà, il faut bien comprendre que l’on ne sait toujours pas si la théorie des cordes est la bonne théorie quantique unifiée des interactions et de la matière. Mais supposons que ce soit bien le cas.

Les différentes formulations qui incorporent le principe holographique, que ce soit la théorie BFSS ou la correspondance AdS/CFT, et qui sont censées être équivalentes à la théorie des cordes n’ont été testées que dans des situations qui ne correspondent pas à notre monde. Dit autrement, les équations découlant de ces formulations contiennent des mondes possibles qui partagent des points communs avec notre univers, mais qui ne lui sont pas identiques. Les solutions étudiées ont permis de tester les principes de la théorie des cordes dans des cas limites et de montrer la cohérence de la théorie…mais jamais dans des situations correspondant exactement au monde dans lequel nous vivons.

Surtout, le dictionnaire entre le monde en espace-temps plat et le monde courbe où se trouve la gravitation fonctionne dans les deux sens. Certains calculs sont plus simples avec la supergravité que dans la théorie de Yang-Mills duale, de sorte qu’aucun de ces mondes n’est plus fondamental que l’autre.

Enfin, ce n’est pas parce que l’on peut considérer des calculs plus simplement avec un espace-temps plat, sans gravitation et de plus basse dimension que celui de la théorie des cordes, qu’il en découle que la réalité est un hologramme. Pour reprendre la comparaison entre des lignes de niveau sur une carte et la topographie d’un terrain, il serait absurde de dire que la surface de la Terre n’est pas vraiment courbe parce qu’on peut la décrire avec une carte plane.


TOC TOC NÉO…

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Alain Simon
Membre
Alain Simon

En fait, cette théorie présente la structure d’un mythe, ce qui en souligne le caractère anthropomorphe.
http://www.entropologie.fr/2016/10/l-univers-holographique-un-mythe-moderne-suite.html

Alain Simon
Membre
Alain Simon

Cette théorie holographique a la structure d’un mythe. Ce qui n’enlève rien à sa valeur, mais permet de poser la question de son anthropomorphisme.
http://www.entropologie.fr/2016/10/l-univers-holographique-un-mythe-moderne-suite.html

Joseph Hallenbeck Lebowski
Invité
Joseph Hallenbeck Lebowski

En suivant une logique de conception “commune” de “l’évolution” de l’homme dans son environnement “admis”, vous pourriez considérer l’idée, en l’état actuel des choses, que dans 500 ans, les enfants des enfants etc de vos enfants auront dès 5 ans des jeux de projection de réalité virtuelle autonome avancée qui… Lire la suite »

Bastian
Membre
Bastian

Bonsoir,
Tes articles sont vraiment très fournis et très intéressant à lire, merci pour ce partage d’informations 🙂
Bonne soirée

JayMasta
Invité
JayMasta

Deja d’apres la relativité du temps .. nous n’observons JAMAIS le présent mais toujours le passé .. La lumiere renvoyé par les objetcs creer ainsi notre vision , sans lumiere aucune vision , donc oui notre monde est un hologramme .. du moins pour notre oeil … vu que dans… Lire la suite »

chapinou
Invité
chapinou

Purée je n’ai pas encore tout lu car il y a plein de trucs que je ne comprends pas!…
La dernière vidéo ” notre vie est un film”…Excellent!!!..Merçi…

xavier
Invité
xavier

merci pour cet article,

c’est vraiment un très bon article,
très complet, qui explique bien des choses, et fait même un peu chauffer la cafetière dans quelques moments de grande solitude face au génie qui sort de la tête de certains de ces grands découvreurs.