Systèmes qui simulent certains aspects de la gravité quantique ou de l'émergence de l'espace-temps en laboratoire.Les analogues de gravité quantique sont des systèmes de laboratoire qui imitent certains aspects de la gravité quantique ou de l'émergence de l'espace-temps, bien qu'ils n'impliquent pas de véritables champs gravitationnels. Ces analogues sont généralement construits à partir de systèmes de matière condensée, tels que des gaz atomiques ultrafroids, des fluides de lumière, ou même des ondes à la surface de l'eau, où les équations mathématiques régissant les excitations ressemblent à celles des champs dans un espace-temps courbe. En étudiant ces systèmes, les physiciens peuvent sonder des phénomènes autrement inaccessibles, comme le rayonnement de Hawking émis par des horizons artificiels ou la thermodynamique de l'espace-temps.
Le concept a été introduit par William Unruh en 1981, qui a proposé que les ondes sonores dans un fluide en mouvement puissent imiter la physique des trous noirs. Les réalisations expérimentales ont suivi des décennies plus tard, avec la première démonstration d'un analogue de trou noir sonore en 2009 par Jeff Steinhauer et ses collègues, utilisant un condensat de Bose-Einstein.
Le mécanisme clé repose sur l'analogie entre la propagation des ondes dans un milieu en mouvement et celle de la lumière dans un espace-temps courbe. Par exemple, dans un fluide s'écoulant suffisamment vite, les ondes sonores peuvent être piégées derrière un « horizon sonore » — un point où la vitesse d'écoulement dépasse la vitesse locale du son — reflétant ainsi l'horizon des événements d'un trou noir. Les fluctuations quantiques près de cet horizon peuvent produire des paires de phonons, analogues au rayonnement de Hawking. Dans d'autres configurations, des interactions soigneusement conçues dans des atomes ultrafroids ou des cristaux photoniques créent des métriques effectives qui simulent la courbure de l'espace-temps, permettant aux chercheurs d'étudier des phénomènes tels que la création de particules ou l'émergence de l'espace-temps à partir de l'intrication.
Ces analogues servent à tester les prédictions théoriques de la gravité quantique, comme le rayonnement de Hawking, dans des conditions de laboratoire contrôlées, et à explorer des modèles analogiques de phénomènes cosmologiques tels que l'inflation ou l'univers primordial.
En 2016, le laboratoire de Jeff Steinhauer au Technion a rapporté la première observation du rayonnement de Hawking spontané émis par un analogue de trou noir sonore, en utilisant un condensat de Bose-Einstein d'atomes de rubidium.
| K | variable | Leggett-Garg combination of correlation functions |
| C_{ab} | variable | Correlation function between measurements at times a and b — fonction de corrélation |
| C_{a'b} | variable | Correlation function between measurements at times a' and b — fonction de corrélation |
| C_{ab'} | variable | Correlation function between measurements at times a and b' — fonction de corrélation |
| C_{a'b'} | variable | Correlation function between measurements at times a' and b' — fonction de corrélation |
| k_{qJ} | variable | Quantum Jeans wavenumber — nombre d'onde reciprocal metre |
| m | variable | Particle mass — masse kilogram |
| \rho | variable | Mass density — masse volumique kilogram per cubic metre |
| G | constante | Universal constant of gravitation — constante gravitationnelle = 6.67430e-11 cubic metre per kilogram per second squared |
| \hbar | constante | Planck constant divided by 2π — constante de Planck réduite = 1.054571817e-34 joule second |
