{"id":2420,"date":"2016-08-20T18:21:47","date_gmt":"2016-08-20T18:21:47","guid":{"rendered":"https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/luminet\/?p=2420"},"modified":"2016-09-22T12:19:28","modified_gmt":"2016-09-22T12:19:28","slug":"lunivers-holographique-3-de-lentropie-a-lhypothese-holographique","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/luminet\/2016\/08\/20\/lunivers-holographique-3-de-lentropie-a-lhypothese-holographique\/","title":{"rendered":"L&#8217;univers holographique (3) : De l&#8217;entropie \u00e0 l&#8217;hypoth\u00e8se holographique"},"content":{"rendered":"<p style=\"text-align: justify\"><strong>Suite du billet pr\u00e9c\u00e9dent <a href=\"https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/luminet\/2016\/08\/07\/lunivers-holographique-2-gravite-quantique-facon-theorie-cordes\/\">L&#8217;univers holographique (2) : la gravit\u00e9 quantique fa\u00e7on th\u00e9orie des cordes<\/a><br \/>\n<\/strong><\/p>\n<p style=\"text-align: justify\">Dans le cadre de la th\u00e9orie des cordes, il s\u2019agissait dans un premier temps de retrouver les lois de la thermodynamique classique des trous noirs, c\u2019est-\u00e0-dire savoir calculer, en termes de m\u00e9canique statistique quantique, leur entropie et leur temp\u00e9rature en fonction de leur aire et de leur gravit\u00e9 de surface. La t\u00e2che n\u2019est pas ais\u00e9e. Comme en thermodynamique, l\u2019entropie mesure le nombre total d\u2019\u00e9tats microscopiques internes correspondant \u00e0 un \u00e9tat externe donn\u00e9 du trou noir, d\u00e9fini par ses trois param\u00e8tres (M, J, Q). Encore faut-il comptabiliser les \u00ab\u00a0vrais\u00a0\u00bb \u00e9tats microscopiques, c\u2019est-\u00e0-dire les degr\u00e9s de libert\u00e9 ultimes sur lesquels il faut calculer l\u2019entropie. Pour \u00e9valuer le contenu ultime en informations d\u2019un \u00e9l\u00e9ment de mati\u00e8re, c\u2019est-\u00e0-dire son entropie thermodynamique, il faut en toute rigueur conna\u00eetre ses constituants fondamentaux au niveau le plus profond de structuration. Dans le mod\u00e8le standard de la physique des particules, les quarks et les leptons semblent suffisants pour coder toute l\u2019information. Mais dans la th\u00e9orie des cordes et sa th\u00e9orie-m\u00e8re (M-theory), les quarks et les leptons sont des \u00e9tats excit\u00e9s de supercordes, qui deviennent alors les constituants les plus \u00e9l\u00e9mentaires du monde physique.<\/p>\n<figure id=\"attachment_2513\" aria-describedby=\"caption-attachment-2513\" style=\"width: 159px\" class=\"wp-caption alignright\"><a href=\"https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/luminet\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2016\/08\/Gerard_t_Hooft.jpg\" rel=\"lightbox[2420]\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\" wp-image-2513\" src=\"https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/luminet\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2016\/08\/Gerard_t_Hooft.jpg\" alt=\"Gerard 't Hooft, n\u00e9 en 1946 aux Pays-Bas, est professeur \u00e0 l'Institut de physique th\u00e9orique de l'universit\u00e9 d'Utrecht depuis 1977.\" width=\"159\" height=\"210\" srcset=\"https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/luminet\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2016\/08\/Gerard_t_Hooft.jpg 400w, https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/luminet\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2016\/08\/Gerard_t_Hooft-342x450.jpg 342w\" sizes=\"auto, (max-width: 159px) 100vw, 159px\" \/><\/a><figcaption id=\"caption-attachment-2513\" class=\"wp-caption-text\">Gerard &#8216;t Hooft, n\u00e9 en 1946 aux Pays-Bas, est professeur \u00e0 l&#8217;Institut de physique th\u00e9orique de l&#8217;universit\u00e9 d&#8217;Utrecht depuis 1977.<\/figcaption><\/figure>\n<p style=\"text-align: justify\">En 1993, Gerard t\u2019Hooft (futur laur\u00e9at du prix de Nobel de physique 1999 pour ses travaux sur l\u2019interaction \u00e9lectrofaible)\u00a0 fut le premier \u00e0 revisiter le travail de Hawking sur la thermodynamique des trous noirs dans le cadre de la th\u00e9orie des cordes. Il calcula que le nombre total de degr\u00e9s de libert\u00e9 dans le volume d&#8217;espace-temps int\u00e9rieur au trou noir \u00e9tait proportionnel \u00e0 la superficie de son horizon<a href=\"#_ftn2\" name=\"_ftnref2\">[1]<\/a>. La surface bidimensionnelle du trou noir peut \u00eatre divis\u00e9e en unit\u00e9s quantiques fondamentales appel\u00e9es aires de Planck (10<sup>\u201366<\/sup>\u00a0cm<sup>2<\/sup>). Du point de vue de l\u2019information, chaque bit sous forme de 0 ou de 1 correspond \u00e0 quatre aires de Planck, ce qui permet de retrouver la formule de Bekenstein-Hawking <em>S = A\/4<\/em> pour l\u2019entropie. Tout se passe comme si l\u2019information perdue pour un observateur ext\u00e9rieur \u2013 l\u2019entropie du trou noir &#8211; port\u00e9e initialement par la structure 3D des objets ayant travers\u00e9 l\u2019horizon des \u00e9v\u00e9nements, \u00e9tait cod\u00e9e sur sa surface 2D \u00e0 la fa\u00e7on d\u2019un hologramme, et t&#8217;Hooft en conclut que l\u2019information aval\u00e9e par un trou noir devait \u00eatre int\u00e9gralement restitu\u00e9e lors du processus d\u2019\u00e9vaporation quantique.<\/p>\n<figure id=\"attachment_2515\" aria-describedby=\"caption-attachment-2515\" style=\"width: 399px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><a href=\"https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/luminet\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2016\/08\/entropie-aireTN.jpg\" rel=\"lightbox[2420]\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"size-full wp-image-2515\" src=\"https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/luminet\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2016\/08\/entropie-aireTN.jpg\" alt=\"L\u2019entropie d\u2019un trou noir est proportionnelle \u00e0 la surface de son horizon. Un trou noir dont l\u2019horizon est constitu\u00e9 de A aires de Planck a une entropie de A\/4 unit\u00e9s. Une aire de Planck (10\u201366 cm2) est l\u2019unit\u00e9 quantique fondamentale de surface. Du point de vue de l\u2019information, tout se passe comme si l\u2019entropie \u00e9tait inscrite sur l\u2019horizon du trou noir et que chaque bit d\u2019information, sous forme de 0 ou de 1, correspondait \u00e0 quatre aires de Planck.\" width=\"399\" height=\"404\" \/><\/a><figcaption id=\"caption-attachment-2515\" class=\"wp-caption-text\"><strong>L\u2019entropie d\u2019un trou noir est proportionnelle \u00e0 la surface de son horizon.<\/strong> Un trou noir dont l\u2019horizon est constitu\u00e9 de A aires de Planck a une entropie de A\/4 unit\u00e9s. Une aire de Planck\u00a0 est l\u2019unit\u00e9 quantique fondamentale de surface. Du point de vue de l\u2019information, tout se passe comme si l\u2019entropie \u00e9tait inscrite sur l\u2019horizon du trou noir et que chaque bit d\u2019information, sous forme de 0 ou de 1, correspondait \u00e0 quatre aires de Planck.<\/figcaption><\/figure>\n<p style=\"text-align: justify\"><!--more--><\/p>\n<p style=\"text-align: justify\">C\u2019est dans le cadre encore plus g\u00e9n\u00e9ral de la th\u00e9orie M qu\u2019en 1996, Andrew Strominger et Cumrun Vafa sont parvenus \u00e0 calculer l\u2019entropie d\u2019un trou noir charg\u00e9 &#8220;extr\u00e9mal&#8221;<a href=\"#_ftn3\" name=\"_ftnref3\"><\/a> en dimension 5. Un trou noir charg\u00e9 extr\u00e9mal est d\u00e9crit par une solution de Reissner-Nordstr\u00f6m dans laquelle la masse M et la charge \u00e9lectrique totale Q du trou noir extr\u00eame sont li\u00e9es par la relation M<sup>2 <\/sup>= Q<sup>2<\/sup>. Pr\u00e9cisons que ce type de trou noir supersym\u00e9trique n\u2019a rien \u00e0 voir avec les trous noirs astrophysiques que l\u2019on rencontre dans la nature, mais il permet de simplifier les calculs! Strominger et Vafa ont donc consid\u00e9r\u00e9 le trou noir comme un gaz de cordes\u00a0; en comptant les \u00e9tats quantiques associ\u00e9s aux vibrations des cordes, ils ont pu retrouver la formule de Bekenstein-Hawking donnant l\u2019entropie d\u2019un trou noir en fonction de l\u2019aire de son horizon, sa temp\u00e9rature en fonction de sa gravit\u00e9 de surface, ainsi que les caract\u00e9ristiques du rayonnement de Hawking<a href=\"#_ftn4\" name=\"_ftnref4\">[2]<\/a>.<\/p>\n<figure id=\"attachment_2521\" aria-describedby=\"caption-attachment-2521\" style=\"width: 830px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><a href=\"https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/luminet\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2016\/08\/Fuzzball.jpg\" rel=\"lightbox[2420]\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"size-full wp-image-2521\" src=\"https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/luminet\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2016\/08\/Fuzzball.jpg\" alt=\"Un trou noir quantique peut \u00eatre consid\u00e9r\u00e9 comme un gaz de cordes confin\u00e9 dans l'horizon des \u00e9v\u00e9nements, et d\u00e9pourvu de singularit\u00e9 centrale. \" width=\"830\" height=\"424\" srcset=\"https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/luminet\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2016\/08\/Fuzzball.jpg 830w, https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/luminet\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2016\/08\/Fuzzball-450x230.jpg 450w, https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/luminet\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2016\/08\/Fuzzball-768x392.jpg 768w\" sizes=\"auto, (max-width: 830px) 100vw, 830px\" \/><\/a><figcaption id=\"caption-attachment-2521\" class=\"wp-caption-text\">Un trou noir quantique peut \u00eatre consid\u00e9r\u00e9 comme un gaz de cordes confin\u00e9 dans l&#8217;horizon des \u00e9v\u00e9nements, et d\u00e9pourvu de singularit\u00e9 centrale.<\/figcaption><\/figure>\n<p style=\"text-align: justify\">A la suite de ces r\u00e9sultats encourageants, de nombreux travaux ont r\u00e9ussi \u00e0 reproduire l\u2019entropie microscopique de trous noirs un peu plus g\u00e9n\u00e9raux, en 4 et 5 dimensions, affect\u00e9s de charges \u00e9lectriques et de moments angulaires proches de l\u2019extr\u00e9malit\u00e9<a href=\"#_ftn5\" name=\"_ftnref5\">[3]<\/a>. On pouvait d\u00e8s lors consid\u00e9rer l\u2019\u00e9vaporation d\u2019un trou noir comme l\u2019\u00e9mission de cordes ferm\u00e9es (des gravitons) \u00e0 partir d\u2019un syst\u00e8me de branes repr\u00e9sentant le trou noir.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify\">A ce moment, la th\u00e9orie des cordes semblait pr\u00eate \u00e0 r\u00e9soudre le paradoxe de l\u2019information des trous noirs, c\u2019est-\u00e0-dire prouver que le rayonnement de Hawking contient bien toute l\u2019information relative \u00e0 ses propri\u00e9t\u00e9s internes. Le programme s\u2019est toutefois r\u00e9v\u00e9l\u00e9 trop optimiste. On s\u2019est vite aper\u00e7u que tout contr\u00f4le calculatoire \u00e9tait perdu d\u00e8s qu\u2019on s\u2019\u00e9loigne significativement des conditions d\u2019extr\u00e9malit\u00e9, de sorte que le trou noir le plus simple du point de vue de la relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale, la solution de Schwarzschild, \u00e9chappe au calcul des micro-\u00e9tats \u2013 sans parler du trou noir astrophysique le plus r\u00e9aliste, d\u00e9crit par la solution de Kerr.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify\">Malgr\u00e9 tout, l\u2019id\u00e9e que la quantit\u00e9 d\u2019informations d\u00e9tenue dans un trou noir d\u00e9pende de l\u2019aire de son horizon des \u00e9v\u00e9nements et non pas de son volume suscita un extraordinaire engouement. Reprise et largement d\u00e9velopp\u00e9e par Leonard Susskind<a href=\"#_ftn6\" name=\"_ftnref6\">[4]<\/a>, elle est devenue connue sous le nom de <em>principe holographique<\/em>, avec la folle ambition de se g\u00e9n\u00e9raliser \u00e0 tout syst\u00e8me physique occupant un volume d\u2019espace-temps\u00a0: le principe postule alors que la physique compl\u00e8te \u2013 incluant les ph\u00e9nom\u00e8nes gravitationnels \u2013 dans ce volume peut \u00eatre enti\u00e8rement d\u00e9crite par une autre th\u00e9orie physique op\u00e9rant seulement sur sa fronti\u00e8re\u00a0!<\/p>\n<figure id=\"attachment_2522\" aria-describedby=\"caption-attachment-2522\" style=\"width: 660px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><a href=\"https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/luminet\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2016\/08\/BH-pomme-holographie.jpg\" rel=\"lightbox[2420]\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"size-full wp-image-2522\" src=\"https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/luminet\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2016\/08\/BH-pomme-holographie.jpg\" alt=\"Selon le principe holographique appliqu\u00e9 au trou noir, l'information contenue \u00e0 l'int\u00e9rieur du trou noir (par exemple dans une pomme) est enti\u00e8rement cod\u00e9e sur la surface du trou noir. \" width=\"660\" height=\"632\" srcset=\"https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/luminet\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2016\/08\/BH-pomme-holographie.jpg 660w, https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/luminet\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2016\/08\/BH-pomme-holographie-450x431.jpg 450w\" sizes=\"auto, (max-width: 660px) 100vw, 660px\" \/><\/a><figcaption id=\"caption-attachment-2522\" class=\"wp-caption-text\">Selon le principe holographique appliqu\u00e9 au trou noir, l&#8217;information contenue \u00e0 l&#8217;int\u00e9rieur du trou noir (par exemple dans une pomme) est enti\u00e8rement cod\u00e9e sur la surface du trou noir.<\/figcaption><\/figure>\n<p style=\"text-align: justify\">On pouvait d\u2019ores et d\u00e9j\u00e0 soup\u00e7onner que le principe holographique ne s\u2019applique pas \u00e0 notre univers dans son ensemble. A notre connaissance, ce dernier est un espace-temps \u00e0 quatre dimensions macroscopiques\u00a0; s\u2019il \u00e9tait holographique, un ensemble de lois physiques alternatives s\u2019appliquant sur sa fronti\u00e8re tridimensionnelle existerait quelque part et \u00e9quivaudrait \u00e0 la physique quadridimensionnelle usuelle. Mais quelle surface pourrions-nous prendre comme enveloppe de notre l\u2019espace-temps\u00a0? Le mod\u00e8le cosmologique standard est une solution de Friedmann-Lema\u00eetre ouverte, de courbure spatiale proche de z\u00e9ro et en expansion acc\u00e9l\u00e9r\u00e9e, et qui, contrairement au cas du trou noir, ne poss\u00e8de pas de fronti\u00e8re d\u00e9finie o\u00f9 placer une quelconque hologramme. De plus, la limite holographique sur l\u2019entropie d\u00e9duite des trous noirs est pulv\u00e9ris\u00e9e dans un univers spatialement homog\u00e8ne et isotrope en expansion\u00a0: l\u2019entropie d\u2019une r\u00e9gion d\u2019espace-temps non effondr\u00e9e en trou noir, remplie de mati\u00e8re et de rayonnement, est vraiment proportionnelle \u00e0 son volume, pas \u00e0 l\u2019aire de son enveloppe.<\/p>\n<figure id=\"attachment_1157\" aria-describedby=\"caption-attachment-1157\" style=\"width: 867px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><a href=\"https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/luminet\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2014\/11\/3FL.jpg\" rel=\"lightbox[2420]\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"wp-image-1157 size-full\" src=\"https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/luminet\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2014\/11\/3FL.jpg\" alt=\"3FL\" width=\"867\" height=\"542\" srcset=\"https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/luminet\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2014\/11\/3FL.jpg 867w, https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/luminet\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2014\/11\/3FL-450x281.jpg 450w\" sizes=\"auto, (max-width: 867px) 100vw, 867px\" \/><\/a><figcaption id=\"caption-attachment-1157\" class=\"wp-caption-text\">Les mod\u00e8les cosmologiques de Friedmann-Lema\u00eetre, homog\u00e8nes et isotropes, n&#8217;ont pas d&#8217;enveloppe 3D sur laquelle placer un hologramme.<\/figcaption><\/figure>\n<h5 style=\"text-align: justify\"><span style=\"color: #008000\"><strong><span style=\"color: #000000\">La suite est ici :<\/span>\u00a0 <a href=\"https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/luminet\/2016\/09\/13\/lunivers-holographique-4-conjecture-de-maldacena\/\" target=\"_blank\">La conjecture de Maldacena<\/a><\/strong><\/span><\/h5>\n<h6 style=\"text-align: justify\">R\u00e9f\u00e9rences<\/h6>\n<p style=\"text-align: justify\"><a href=\"#_ftnref2\" name=\"_ftn2\">[1]<\/a> Gerard &#8216;t Hooft, &#8220;Dimensional Reduction in Quantum Gravity&#8221;, <em>arXiv\u00a0:gr-qc\/9310026<\/em> (1993).<\/p>\n<p style=\"text-align: justify\"><a href=\"#_ftnref4\" name=\"_ftn4\">[2]<\/a> Andrew Strominger and Cumrun Vafa, &#8220;Microscopic origin of the Bekenstein\u2013Hawking entropy&#8221;, <em>Phys. Lett<\/em><em>. B<\/em> 379 (1996)\u00a0: 99\u2013104.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify\"><a href=\"#_ftnref5\" name=\"_ftn5\">[3]<\/a> Pour une revue : A. Dabholkar and S. Nampuri, &#8220;Quantum black holes&#8221;, <em>Lect. Notes Phys.<\/em> 851 (2012)\u00a0: 165-232.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify\"><a href=\"#_ftnref6\" name=\"_ftn6\">[4]<\/a> Leonard Susskind, &#8220;The World as a Hologram&#8221;, <em>Journal of Mathematical Physics<\/em> 36 (11) (1995): 6377\u20136396.<\/p>\n<!-- AddThis Advanced Settings generic via filter on the_content --><!-- AddThis Share Buttons generic via filter on the_content -->","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Suite du billet pr\u00e9c\u00e9dent L&#8217;univers holographique (2) : la gravit\u00e9 quantique fa\u00e7on th\u00e9orie des cordes Dans le cadre de la th\u00e9orie des cordes, il s\u2019agissait dans un premier temps de retrouver les lois de la thermodynamique classique des trous noirs, c\u2019est-\u00e0-dire savoir calculer, en termes de m\u00e9canique statistique quantique, leur entropie et leur temp\u00e9rature en &hellip; <a href=\"https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/luminet\/2016\/08\/20\/lunivers-holographique-3-de-lentropie-a-lhypothese-holographique\/\" class=\"more-link\">Continuer la lecture de <span class=\"screen-reader-text\">L&#8217;univers holographique (3) : De l&#8217;entropie \u00e0 l&#8217;hypoth\u00e8se holographique<\/span>  <span class=\"meta-nav\">&rarr;<\/span><\/a><!-- AddThis Advanced Settings generic via filter on get_the_excerpt --><!-- AddThis Share Buttons generic via filter on get_the_excerpt --><\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":2520,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":"","_links_to":"","_links_to_target":""},"categories":[58,27,4],"tags":[76,316,317,249,122],"class_list":["post-2420","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-astronomie","category-mes-publications","category-sciences","tag-entropie","tag-principe-holographique","tag-thooft","tag-theorie-des-cordes","tag-trou-noir"],"yoast_head":"<!-- This site is optimized with the Yoast SEO plugin v24.1 - https:\/\/yoast.com\/wordpress\/plugins\/seo\/ -->\n<title>L&#039;univers holographique (3) : De l&#039;entropie \u00e0 l&#039;hypoth\u00e8se holographique, par Jean-Pierre Luminet<\/title>\n<meta name=\"robots\" content=\"index, follow, max-snippet:-1, max-image-preview:large, max-video-preview:-1\" \/>\n<link rel=\"canonical\" href=\"https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/luminet\/2016\/08\/20\/lunivers-holographique-3-de-lentropie-a-lhypothese-holographique\/\" \/>\n<meta property=\"og:locale\" content=\"fr_FR\" \/>\n<meta property=\"og:type\" content=\"article\" \/>\n<meta property=\"og:title\" content=\"L&#039;univers holographique (3) : De l&#039;entropie \u00e0 l&#039;hypoth\u00e8se holographique, par Jean-Pierre Luminet\" \/>\n<meta property=\"og:description\" content=\"Suite du billet pr\u00e9c\u00e9dent L&#8217;univers holographique (2) : la gravit\u00e9 quantique fa\u00e7on th\u00e9orie des cordes Dans le cadre de la th\u00e9orie des cordes, il s\u2019agissait dans un premier temps de retrouver les lois de la thermodynamique classique des trous noirs, c\u2019est-\u00e0-dire savoir calculer, en termes de m\u00e9canique statistique quantique, leur entropie et leur temp\u00e9rature en &hellip; 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