Black Holes in String Theory : Guides to Quantum Gravity

Dans cette these, nous etudions les trous noirs et leurs proprietes microscopiques dans les extensions de la relativite generale qui se posent en tant que limites a basse energie de la theorie des cordes. La premiere question que nous allons traiter est de savoir comment les trous noirs liberent l'information lors de l'evaporation. Nous utilisons des techniques de l'information quantique et etudions la liberation de l'information de systemes qubits. Nous presentons ensuite un modele de cadre general pour capturer le processus d'evaporation Hawking et deduisons les contraintes sur l'evolution dictes par la condition de l'unitarite. Cela rend la conclusion de perte d'information dans le processus d'evaporation des trous noirs plus precise et soutient la these selon laquelle l'horizon doit etre remplace par une structure, ainsi appele fuzzball, qui transporte des informations sur les micro-etats des trous noirs. Cela pose immediatement la question de ce qu'est cette structure a echelle d'horizon? Nous poursuivons cette question dans le contexte de Supergravity. Nous construisons systematiquement une famille de micro-etats des trous noirs non-extremaux en placant des supertubes metastables dans certaines geometries supersymetriques qui sont completement lisses et possede la propriete `scaling'. Ces fuzzballs non-extremaux different de la solution du trou noir classique a l'echelle macroscopique de l'horizon, et pour certaines sondes les fluctuations entre les differents fuzzballs seront visibles que le bruit thermique loin de l'horizon. Si l'horizon du trou noir est remplace par une structure a echelle de l'horizon on peut se demander ce que l'experience d'un observateur tombant dans une telle structure est? Un recent Gedankenexperiment tres controverse suggere qu'un tel observateur brulera dans un `firewall' a l'horizon. Nous reformulons ce Gedankenexperiment dans le langage de la decoherence de la mecanique quantique et etudions le sort d'un paquet d'ondes tombant dans un trou noir. Alors que des paquets d'ondes de la taille de quanta de Hawking sortant du trou noir ne peuvent en effet pas tomber librement a travers la structure a l'echelle de l'horizon, il y a la possibilite que l'experience des observateurs macroscopiques interagissement fortement avec la structure peut avoir une autre description de chute libre a travers l'horizon d'un trou noir. Nous discutons en detail cette image de complementarite de fuzzball, recemment proposee, et la testons en utilisant nos micro-etats non-extremaux nouvellement construits. Leur construction utilise des solutions multi-centres supersymetriques. Lorsque les sondes membranaires sont placees dans ces geometries d'une facon supersymetrique ils capturent les memes informations que la solution de Supergravite - ceci est une caracteristique cle des solutions multi-centres supersymetriques. Nous examinons si cette propriete de non-renormalisation s'applique aussi bien pour des solutions extremaux `almost-BPS' ou la supersymetrie est brisee de maniere controlable. Nous constatons que malgre l'absence de supersymetrie, l'action de la sonde reproduit exactement les equations qui sous-tendent la solution de Supergravite en indiquant que ces equations ne recoivent pas de corrections quantiques.