Une chaîne d'atomes chauffée, alignés en ligne, se comporte comme un minuscule trou noir. Cette chaîne est une rangée de particules, chacune ressemblant à un petit aimant. À température ordinaire, les petits aimants se retournent de manière chaotique, mais si on les refroidit, ils s'alignent dans un ordre unique. Les physiciens ont découvert que lorsqu'on chauffe ce système simple, il reproduit les étranges propriétés des trous noirs.
Le point clé est un signal envoyé le long de la chaîne. Dans une chaîne froide, il se propage librement d'une extrémité à l'autre. Mais dès qu'on la chauffe, le signal commence à « rester coincé » : une partie est absorbée, comme la lumière tombant dans un trou noir. Plus la température est élevée, plus l'absorption est forte. C'est le premier signe que l'analogue d'un horizon des événements — la frontière au-delà de laquelle rien ne revient — apparaît dans le système.
Le deuxième signe est l'atténuation. Si on perturbe une chaîne chauffée, elle n'oscille pas éternellement, mais se calme selon une loi particulière — exponentielle, comme le son d'une cloche qui s'éteint. Les trous noirs ont des « sonneries » similaires — les modes quasi-normaux : après une perturbation, un trou noir « sonne » puis s'apaise. Dans la chaîne, on observe la même loi d'atténuation, et son rythme dépend de la température.
Le troisième signe est le saut d'entropie. L'entropie est une mesure du désordre. Un trou noir possède une fameuse transition de phase : à une certaine température, ses propriétés changent brusquement. Dans la chaîne, lorsqu'on la chauffe, l'entropie change également brusquement, et la température de ce saut coïncide avec la température de transition du trou noir.
Ainsi, un système simple de petits aimants devient un pont entre le monde quantique et celui des trous noirs. Il permet de « toucher » un trou noir en laboratoire, sans partir dans l'espace lointain. Peut-être que de telles chaînes aideront à percer le mystère de la nature quantique de l'espace et du temps.
L'entropie d'un trou noir ne dépend pas de son volume, mais de la surface de son horizon — comme si toute l'information sur le trou était inscrite sur sa coquille, et non à l'intérieur.
Dans le film « Interstellar », le trou noir Gargantua déforme le temps — les chaînes quantiques pourraient être un premier pas vers la compréhension d'une telle physique en laboratoire.