Les trous noirs font partie des prédictions les plus étonnantes de la relativité générale, ils méritaient bien une vidéo à eux !
Contourner la vitesse de libération
Comme je l’ai rappelé à la fin de la vidéo, l’argument que j’expose au début pour justifier l’existence des trous noirs n’est pas absolument correct. Comme souvent en physique, en raisonnant avec les mains on arrive à se faire une intuition de ce qui se passe, mais si on regarde dans le détail, l’argument ne tient pas. C’est d’ailleurs normal puisque ce raisonnement se base sur les équations de la gravité de Newton, et qu’on sait qu’en gravité newtonienne, les trous noirs n’existent pas ! Ce serait donc bien étonnant qu’on arrive à démontrer qu’ils existent sans faire appel à la relativité générale.
Alors voici la faille dans l’argument (faille que l’on voit d’ailleurs rarement exposée, alors faites passer le mot), et on verra ensuite comment faire mieux.
Je vous ai dit que la vitesse de libération de la Terre était d’environ 11 km/s. Mais en réalité, nul besoin d’atteindre cette vitesse pour se libérer de l’attraction terrestre. Cette vitesse n’est nécessaire que si vous voulez lancer votre fusée comme vous lanceriez une balle de tennis : en lui donnant une vitesse initiale, puis en n’ayant ensuite plus aucune force pour la propulser.
Mais si vous avez un moteur allumé qui fournit une force de poussée en permanence, il est parfaitement possible de s’extraire de l’attraction terrestre à une vitesse inférieure à la vitesse de libération, et même d’ailleurs à une vitesse aussi faible que vous voulez ! Il suffit de se donner une toute petite vitesse initiale et de faire en sorte que la force du moteur compense ensuite à tout instant la force de gravité.
Donc il est parfaitement possible de quitter la Terre à une vitesse de 1 millimètre par seconde si ça vous chante (ça n’est pas forcément pratique ou intéressant, mais c’est faisable en théorie).
Morale de l’histoire : en gravité newtonienne, avec un moteur suffisant, on peut s’arracher de n’importe quel astre sans jamais avoir à atteindre sa vitesse de libération. Donc l’argument de la vitesse de libération s’effondre pour expliquer l’existence des trous noirs dans un cadre purement « newtonien » ! Même si vous êtes sur un astre dont la vitesse de libération est égale à 10 fois la vitesse de la lumière, vous pourrez vous en arracher : il faudra un moteur monstrueux, mais vous n’aurez jamais besoin d’aller plus vite que la lumière !
Maintenant qu’on a trouvé cette faille dans l’argument « avec les mains », on peut se demander pourquoi elle ne mettrait pas aussi en péril l’existence des trous noirs en relativité générale !
Alors dans la théorie de la relativité générale est-ce qu’on peut s’échapper d’un trou noir avec un moteur super-méga-giga-puissant ? Eh bien non !
Pour comprendre pourquoi même la plus puissante des fusées ne pourrait pas se sortir d’un trou noir, il faut abandonner l’idée que la gravité est une force normale. Et pour cela il va falloir mettre un peu les mains dans le cambouis, et traiter le problème avec les outils de la théorie de la relativité générale d’Einstein.
La théorie de la relativité générale
Pour commencer, revenons un instant à la théorie de Newton. Elle se base sur l’idée que la gravité est une force « comme une autre », qui agit sur les corps selon l’équation bien connue F = ma. Avant de passer à Einstein, rendons hommage à Newton : la mécanique newtonienne est l’une des théories physiques les plus efficaces jamais imaginées ! Elle fonctionne parfaitement pour prédire le mouvement de toutes sortes de corps, depuis les pommes qui tombent des arbres jusqu’au mouvement des planètes autour du soleil. Presque 350 ans après son invention, tout le monde continue de s’en servir avec bonheur.
Et pourtant, la théorie de Newton a quelques petites imperfections. Par exemple, elle prédit de manière inexacte la trajectoire de Mercure, la planète la plus proche du Soleil. Elle a également un défaut conceptuel : elle suppose que la force de gravité se transmet de manière instantanée en tout point de l’espace, ce qui ne colle pas tellement avec l’idée que rien ne puisse dépasser la vitesse de la lumière.
Au début du XXème siècle et après des années de travail, Einstein a proposé une nouvelle théorie de la gravité : la théorie de la relativité générale. Cette théorie adopte un point de vue radicalement différent de celle de Newton : pour Einstein, l’attraction gravitationnelle n’agit plus comme une force, mais est contenue dans la courbure de l’espace-temps.
Vous connaissez peut-être l’analogie du drap tendu : si vous posez une boule de pétanque sur un drap tendu, celle-ci va courber le drap. Si maintenant vous envoyez une bille sur le drap, elle suivra la courbure et se rapprochera de la boule de pétanque, comme si elle était attirée par elle. Comme souvent, cette analogie a ses limites, mais elle permet d’illustrer comment on remplace l’idée d’une force immatérielle par celle de courbure.
Ainsi dans la théorie d’Einstein, un objet soumis à la gravité va se déplacer en suivant la courbure de l’espace-temps. C’est ce qui se passe pour la pomme qui tombe de l’arbre ou la Lune qui tourne autour de la Terre.
A ce stade, vous pourriez penser que l’idée introduite par Einstein est seulement un changement de point de vue. On remplace l’action de la force de gravité par l’action de la courbure de l’espace-temps.
Mais ça n’est pas que ça, car la théorie de la relativité générale fait des prédictions quantitatives parfois différentes de celle de Newton. Ces différences se manifestent notamment quand les champs gravitationnels sont particulièrement forts, comme dans le cas de la planète Mercure, dont la trajectoire est justement bien mieux prédite par la relativité générale que ne le faisait Newton !
La courbure et la force
Dans le formalisme d’Einstein, un objet qui ne subit aucune autre force va se déplacer en se contentant de suivre la courbure de l’espace-temps, qui va refléter l’action de la gravité. Mais que se passe-t-il si on ajoute d’autres forces que la gravité, comme dans le cas d’une fusée équipée d’un moteur ?
Eh bien dans ce cas, notre objet ne suivra plus la courbure de l’espace-temps. Dans la théorie d’Einstein il existe un équivalent de l’équation F=ma, qui permet de quantifier comment la présence d’une force modifie la trajectoire d’un objet, c’est-à-dire dans quelle mesure il s’écarte de sa destinée normale, qui serait de suivre la courbure de l’espace-temps.
Cette situation peut être mise en parallèle avec la mécanique newtonienne :
Pour Newton, le destin normal (qu’on appelle le mouvement inertiel) d’un objet est la trajectoire rectiligne uniforme; et en présence de forces (gravité ou autres), l’objet est accéléré et sa trajectoire est modifiée selon F=ma.
Pour Einstein, le mouvement inertiel c’est la trajectoire qui suit la courbure de l’espace-temps (on appelle cela une géodésique); et en présence de forces (autres que la gravité !), cette trajectoire est modifiée selon un analogue de F=ma.
J’ai résumé la situation dans le tableau suivant
Pour bien comprendre le changement de perspective, considérez vous en train de tomber d’un avion sans parachute. Du point de vue de la relativité générale, vous ne subissez aucune force, vous vous contentez de suivre la courbure de l’espace-temps. Vous suivez votre trajectoire géodésique normale : votre accélération (au sens de la relativité générale) est nulle.
Maintenant imaginez-vous allongé sur votre lit. Vous êtes dans un champ de gravité et pourtant vous ne tombez pas en chute libre. Vous n’êtes donc pas dans la trajectoire géodésique qui suit la courbure de l’espace-temps. En effet vous subissez une force qui vous empêche de suivre cette trajectoire : la force de réaction de votre lit ! Du point de vue de la théorie de la relativité générale, si vous êtes statique dans un champ de gravité, vous subissez une accélération !
(bonne nouvelle, même si vous êtes affalé et immobile dans votre canapé, vous êtes en train d’accélérer !)
Cette petite histoire nous montre qu’avec la théorie de la relativité générale, certes la gravité n’est plus une force, mais il est quand même possible de s’y opposer ! Il suffit de subir une force (réaction du lit ou moteur de fusée) qui soit suffisante pour nous permettre de rester statique, ce qui – répétons le une fois de plus – est considéré en relativité générale comme une trajectoire accélérée puisqu’elle dévie de la trajectoire géodésique.
Rester statique près d’un trou noir ?
Nous avons vu qu’il est en un sens possible de contrer la courbure à l’aide d’une accélération (ou d’une force, c’est pareil), et de rester statique dans le champ de gravité d’une planète. Essayons maintenant d’appliquer cette idée au trou noir.
Pour cela, je vous propose l’expérience de pensée suivante. Vous disposez d’un vaisseau spatial équipé d’un moteur aussi puissant que vous voulez. Vous vous laissez descendre lentement vers le trou noir en ajustant la force de votre moteur pour être à tout instant quasiment statique, de sorte que votre vitesse par rapport à l’horizon soit toujours très faible. Vous vous approchez lentement de l’horizon, vous vous laissez passer très doucement de l’autre côté juste un chouilla, puis vous mettez le moteur à fond les ballons pour ressortir.
Alors, pourquoi est-ce que ça ne marcherait pas ?
Pour voir le problème, il faut explicitement calculer la force qu’il serait nécessaire de fournir pour se maintenir statique à une distance r du centre du trou noir. Pour le faire il faut se coltiner toutes les mathématiques de la relativité générale, mais je vous fait grâce et je vous donne la réponse. Cette force vaut
\(\displaystyle F = \frac{1}{\sqrt{1-\frac{R_S}{r}}}\frac{GmM}{r^2}\)
où r est votre distance au centre du trou noir et \(R_S = 2GM/c^2\) est le rayon de Schwarzschild du trou noir qui délimite son horizon.
Vous voyez que cette force ressemble beaucoup à la force de gravité de Newton \(GmM/r^2\), mais il y a juste un facteur supplémentaire devant :
\(\displaystyle \frac{1}{\sqrt{1-\frac{R_S}{r}}}\)
Or ce facteur a le mauvais goût de diverger quand le rayon r s’approche de la valeur \(R_S\) qui délimite l’horizon. Moralité : plus vous vous approchez de l’horizon, plus il est difficile de s’opposer à la courbure pour rester statique. Si vous vouliez rester statique au niveau de l’horizon, cela demanderait une force infinie. Donc même avec un moteur délivrant une force colossale, toute lutte est vaine…
Attention, notez bien : je ne suis pas en train de dire que la force gravitationnelle est infinie au niveau du trou noir. En relativité générale, la gravité n’est plus une force ! La gravité est dans la courbure de l’espace-temps. Par contre on voit que si on voulait s’opposer à la courbure au moyen d’une force comme celle délivrée par un moteur, alors au niveau de l’horizon, la force devrait être infinie.
Pour les fans : tout ça se calcule très bien. L’extérieur d’un trou noir est décrit par la métrique dite de Schwarzschild, et on peut calculer l’accélération permettant de rester statique à distance r dans une telle métrique (encore que ce ne soit pas un calcul que j’aie vu si souvent que ça). Le truc qui n’est pas si trivial, c’est de définir ce qu’on entend par « statique ». Intuitivement, ça veut dire « qui ne change pas au cours du temps ». Sauf qu’en relativité, la notion de temps devient franchement glissante, puisque le temps absolu n’existe plus. Si on arrive à donner un sens à tout ça dans la métrique de Schwarzschild, c’est parce que celle-ci est « asymptotiquement plate », c’est-à-dire que très loin du trou noir, l’espace-temps est essentiellement plat. Donc les coordonnées d’espace-temps d’un observateur situé à l’infini permettent de définir ce qu’on entend par « statique » : qui ne bouge pas tel que le jugerai un observateur situé très loin du trou noir.
Dans le trou noir
Nous venons de voir qu’au niveau de l’horizon, la courbure est si forte qu’aucune force ne peut s’y opposer. Et dans le trou noir, c’est en quelque sorte encore pire. L’espace-temps est tellement recourbé que le temps et l’espace se mêlent d’une manière étrange.
Pourquoi ne vaut-il mieux pas se débattre une fois dans le trou noir, comme je le dis dans la vidéo ? Dans le cas où on ne fait rien, on tombe en chute libre le long de la géodésique, qui par définition est la trajectoire qui maximise le temps propre. Toute autre trajectoire aura un temps propre inférieur, c’est-à-dire que le temps paraîtra plus court vu de l’observateur. C’est comme le paradoxe des jumeaux : l’observateur non-accéléré aura l’impression de vivre plus longtemps. Donc si vous vous débattez, vous aurez l’impression d’atteindre plus vite la singularité que votre voisin qui a choisit de se laisser tomber en chute libre.
Contrairement à la gravité, en relativité générale la force de marée est toujours une « vraie » force. En particulier au niveau de l’horizon du trou noir, la force de marée décroit gentiment quand la masse du trou noir augmente. Pour un trou noir très gros, la force de marée au niveau de l’horizon est faible, donc on ne se fait pas du tout spaghettifier à cet endroit là (et pour autant, je le répète, il faudrait une force infinie pour rester statique).
Donc on peut très bien entrer dans un trou noir sans se faire spaghettifier (après à l’intérieur, c’est autre chose !). Inversement on peut très bien se faire spaghettifier aux abords d’un corps massif qui ne serait pas un trou noir. Bref la spaghettification n’est ni nécessaire, ni spécifique du trou noir !
(PS pour les habitués des lieux, j’ai recyclé des vieux billets pour écrire ce texte…)
100 Comments
« Et pour cela il va falloir mettre un peu les mains dans le cambouis, et traiter le problème avec les outils de la théorie de la relativité générale d’Einstein. » Mais on adore le cambouis en science !
Excellente vidéo et savoureux complément, cela permet de poser proprement et conceptuellement ce qui diffère entre la théorie newtonienne de la gravitation et la relativité générale. Vivement d’autres sujets de ce type illustré en vidéo.
Très bon complément à la vidéo, juste une question :
Si on reprend l’équation que tu nous a donné, alors une fois le rayon Schwarzschild passé, il faut une force imaginaire pour se maintenir statique. Je ne vois pas quelle signification ça pourrait bien avoir, à moins que l’équation ne soit valable que pour une distance positive?
je voulais dire une distance au centre de gravité du trou noir supérieure au rayon de Schwarzschild
si on passe le rayon de Schwazschild Rs est toujours egale a R ( mon propre opinion )
Je ne pense pas que tu aies compris la question posée par Léonard. En fait il faut juste regarder avec la formule de la force que David a donné ce qui se passe quand mathématiquement r>Rs.
Quand r est légèrement supérieur à Rs, on a r très proche de Rs donc si on va au-delà du rayon de Schwaszchild à juste un chouilla plus loin on aura toujours du mal à s’échapper du trou noir car la valeur de Rs/r será très proche de 1 (et donc on aura à nouveau cette force qui tend vers l’infini avec du « 1/0 »).
Cependant à partir du moment où l’on s’éloigne plus de Rs, donc r>>Rs, on aura Rs/r << 1 et le terme racine(1-Rs/r) va tendre vers 1.
Et du coup en multipliant par le reste de l'expression on retrouve la fameuse force de gravitation de Newton : F=1*((GmM)/r^2)
Ce qui est logique vu qu'on s'éloigne du trou noir et son horizon des évènements, et il ne restera donc plus que son influence gravitationnelle à grande distance (du coup on voit que le théorème de Newton est en quelque sorte une approximation de la relativité générale pour des corps suffisamment éloignés de corps très massifs tels que le soleil ou les trous noirs).
Et voilà comment les corps suffisamment loin de l'horizon des événements ne sont influencés que par la masse du trou noir tout comme si l'on remplacerait le soleil par un trou noir de même masse, aucun astre du système solaire ne se ferait "aspirer" et on continuer à tourner invariablement autour… Bien qu'on aurait évidemment aucune source de lumière suffisante pour abriter la vie bien sûr.
Alors Léonard je m’excuse j’avais mal répondu à ta question, j’avais compris une fois le rayon de Schawszchild passé mais en allant vers l’extérieur du trou noir.
En fait si l’on reprend l’équation et qu’on prend r 1. Et je comprends que ça pose problème car il n’est effectivement pas possible mathématiquement d’avoir une racine de quelque chose négatif (avec le 1-truc supérieur à 1).
En fait ça n’a plus de sens de parler de cette force pour rester statique une fois à l’intérieur du rayon de Schawszchild.
C’est ce que démontre cette formule lorsque l’on l’applique dans le rayon de Schawszchild. Cette force n’existe tout simplement plus, elle ne peut plus exister, et j’imagine qu’il y aurait d’autres formules à utiliser pour la dilatation de l’espace-temps que David n’aurait pas indiqué pour expliquer le fait que lorsqu’on essaie de s’échapper on accélérerait le temps. En tout cas c’est très intéressant tout cela et tout ce que je dis est à prendre avec des pincettes je ne fais que de dire ce que j’en pense, et j’espère avoir pu éclaircir le point que tu indiques.
Je ne pense pas avoir vu de distance négative dans ma vie, tout comme des racines de nombre négatifs. La relativité générale ce n’est quand même pas le même niveau d’absurdité que la mécanique quantique d’ailleurs…
Oups, je pense que quelques petites choses que j’ai écrites ont sauté.
Je ne voulais pas marquer « quand r 1 » mais « quand r1 »
Voilà qui est mieux.
OK j’abandonne ça ne marche pas.
Je vais alors l’écrire en toutes lettres : « quand r inférieur à Rs on a donc Rs / r est supérieur à 1 »
Enfin, j’espère que ça va passer !
Bonsoir, quatre réflexions.
1) Si un corps est au repos, pourquoi devrait-il tomber ? En quoi « courbure » signifie « mouvement obligatoire » pour un corps au repos, comme dans votre exemple de l’homme sur le lit ? Par quel mécanisme, en ôtant le lit par dessous l’homme, le courbement perturbe l’inertie de l’homme par rapport à la Terre ? Le visualisez-vous ? Moi pas. Plus qu’une courbure, il semblerait que vous parlez du courant d’un fleuve invisible, intangible et intarissable toujours en action allant vers le barycentre.
2) Et si c’est cette courbure qui met en branle un corps au repos, pourquoi ce corps ne suit pas une trajectoire courbe ? Exemple : si l’on place un verre à 30.000 km au-dessus d’une planète sans atmosphère et sans rotation sur soi-même, le verre va y tomber tout droit et pas selon une courbe ! Où est-elle alors finie la présence physique de cette courbe ?
3) J’avais appris, moi, en lisant le professeur Maffei (très bon pédagogue d’astrophysique, regretté) et si mes souvenirs sont bons, que l’horizon d’un trou noir ne serait pas la circonférence en franchissant laquelle on n’a plus de chance de rebrousser chemin, mais la circonférence qu’un rayon de lumière partant du centre du trou noir n’arriverait jamais à franchir car il se courberait autant qu’il décrirait une parabole dont le sommet est un point de cette circonférence-horizon et depuis lequel sommet le photon du rayon de lumière retomberait comme le fait un balle de fusil par rapport à l’attraction terrestre. Donc, pour ne plus pouvoir sortir de l’horizon, il faudrait arriver jusqu’au centre dudit trou, quoi qu’il soit : surface, singularité, quasi-singularité, etc..
4) Si je suis très doucement attiré par un trou noir supermassif et suis autant doucement amené à franchir sa ligne d’horizon d’événements (je l’ai apprise avec ce nom : « horizon des événements »), il me suffirait d’un poussée douce plus un cran de poussée en plus, mais à l’inverse, pour pouvoir revenir en arrière après avoir dépassé de, mettons, 5 centimètres l’horizon. Cela démentit que ce serait un point de non-retour car, même si vous parlez de courbure, son action reste douce comme vous le dites. Cette objection conforte l’idée d’horizon exposée au point « 3) ».
Au revoir.
Marco
Bonsoir,
un corps « immobile » se meut tout de même dans l’espace temps, précisément car le temps lui même n’est pas « immobile », et s’il est laché d’un avion, sa trajectoire géodésique est la chute libre, s’il est immobile dans l’espace, il ne suit pas la trajectoire naturelle dans l’espace temps déformé par la terre. Il est donc accéléré.
Désolé,
mais je viens de ne pas comprendre votre réponse par rapport à ma question : où est-il le courbement dans une chute libre pure ? Le voyez-vous où ? Pouvez-vous me le montrer ?
Marco
Il est droit dans un espace courbé qui exclue l’ impacte d’ aprés la resistance magnetique qui se comporterait comme un fluide si il devait impacter et comme un solide de densité irréductible en cas de répulsion giratoire ( effet centrifuge vs impacte ) relatif comme l’ atmosphere par exemple où la chaleur monte puis se dilate dans un espace lui meme dilaté en densité et se rétracte en plasma froid plus haut encore car moins dense floor mdr
La courbure n’est pas une courbure de l’espace mais de l’espace-temps. C’est subtil et surtout pratiquement impossible à visualiser autrement qu’avec des équations. Lorsque vous tomber en chute libre, votre trajectoire dans l’espace est rectiligne, certes, mais si on pouvait dessiner cette trajectoire en quatre dimensions (dans l’espace-temps donc), vous constateriez que c’est une courbe.
Si vous limitez le mouvement à une seule dimension de l’espace (une bille tombant dans un tube, par exemple), vous pouvez tracez cette trajectoire avec la position de la bille en x et le temps en y : vous n’obtenez pas une ligne droite mais une parabole : une courbe. Si vous déformez les axes x et y (l’espace et le temps, donc) avec la même courbure, la trajectoire devient rectiligne : une géodésique dans un espace-temps courbé. Voici une vidéo youtube qui tente de montrer comment ça fonctionne : https://www.youtube.com/watch?v=DdC0QN6f3G4
En bref, la gravité déforme l’espace-temps de sorte que votre « vitesse dans le temps » change et devient de la vitesse dans l’espace (on est d’accord, la « vitesse dans le temps », ça ne veut pas dire grand chose 😉 mais ça peut aider à comprendre).
Pour ce qui est de l’horizon d’un trou noir, la courbure y devient si importante qu’il est nécessaire d’avoir une vitesse plus importante que la lumière pour la remonter. En reprenant l’analogie foireuse ci-dessus, votre « vitesse dans le temps » se transforme plus vite en vitesse dans l’espace que vous ne pouvez le compensez, même en allant à la vitesse de la lumière.
Merci de vos réponses, Ianjk,
qui rajoutent quelques renseignements en plus au débat, par rapport à David, le faisant avancer.
Mais vos considérations devraient s’appliquer aussi à toute source d’accélération, et pas seulement à la gravité. En outre, dans votre vidéo, le vecteur de la force élastique de réaction de la branche ne faisant pas tomber sa pomme change de direction spatiale ! au fil du temps dans le modèle d’Einstein : il ne reste pas dirigé vers le haut du graphique mais vers un point ; or, dans la réalité le vecteur est toujours parallèle à soi-même, si l’on exclut la rotation terrestre qui est un cas particulier. Comment répondez-vous à cela ?
Mais revenons aux trous noirs : peu importe qu’il s’agisse d’une commutation entre le temps (qui ralentit) et l’espace entre l’objet tombant dans le trou noir et ce dernier (qui diminue), ce qui est ce que vous voulez dire (ou pas ?), le problème sont les infinis ! Face à une masse bien finie du trou noir (parfois même moins que quatre Soleil), vous parlez de : densité infinie due à un collapse irréfrénable ; de force infinie pour s’extraire du trou noir et par conséquence ou de force gravitationnelle infinie ou de courbure infinie (qui pour moi n’a pas de sens en soi, mais passons…) ; de temps infini, vu de l’extérieur, pour atteindre même pas le trou mais son horizon des événements. Tout cela, quelles qui soient vos mathématiques et vos prémisses (de Relativité), c’est très très suspect, et probablement à rejet en bloc. Quoi qu’il soit l’agent qui provoque le raccourcissement de la distance entre objet tombant et trou noir, un tel agent doit avoir une force (ou courbure pour vous) déterminée, donc non infinie, et par conséquence il existera toujours en théorie une force plus grande pouvant la contraster, pour sortir du trou ; la nature rejette les infinis et n’a pas d’impasses absolues !
Quant au discours de la vitesse de la lumière, cet argument n’aurait de sens (en encore… il ne suffirait pas) que si je traverse l’horizon à la vitesse de la lumière (vers le trou). Mais si je le traverse tranquillement à la vitesse d’un train, par rapport au trou noir, comment tout d’un coup (après passage à l’horizon) je devrais atteindre une vitesse des milliers de fois plus rapide (« c ») pour pouvoir rebrousser chemin ? Et si au lieu de rebrousser chemin je virais doucement et suffisamment sur ma gauche… je finirais par sortir d’un autre point de cette circonférence d’horizon (l’autre bout de corde de circonférence), éventuellement en poussant la manette mais sans arriver à la vitesse de la lumière.
Je vous rappelle que c’est David lui-même qui nous rappelle qu’il y a d’autres moyens pour sortir d’un champ gravitationnel sans besoin d’atteindre forcément la vitesse de fuite, ici posée égale ou majeure de « c ». Donc l’astronef pourrait bien contourner cette limite de la vitesse de fuite majeure de « c », par une poussée des fusées assez longue et puissante. Votre discours ne vaut que pour les objets, tels les photons ou autres, devant s’arracher du trou noir par une seule impulsion initiale de force et puis basta : c’est pourquoi la lumière souvent n’y arrive pas, elle succombe et le trou s’assombrit beaucoup. Mais c’est tout.
Franchement, je comprends parce que Hawking a dit que les trous noirs n’existent probablement pas. Car ce n’est pas tant une question de Relativité générale, quant de l’existence d’infinis !
Marco
Et une autre objection, Lanjk,
si la courbure de la pomme qui tombe (dans votre vidéo) est seulement temporelle, dans l’attraction terrestre, comment se fait-il qu’elle devient spatiale au lieu que temporelle, dans l’attraction d’un trou noir ? Ne s’agit-il pas de puits gravitationnels dans les deux cas ?
Marco
Euh…excusez-moi. Il me semble y avoir une différence entre la courbure de la géométrie de l,espace-temps et la trajectoire courbe d’un objet qui la traverse. La trajectoire « courbe » de l’objet dépend de sa vitesse propre; plus cette vitesse est grande, plus la courbure de la trajectoire s’allonge; autrement dit: on tombe « moins directement » au centre de gravité. Je ne vois pas tellement de problème pour un objet sans vitesse propre décelable (au repos) à tomber « plus directement » sur ce centre.
Bonjour,
Michael a raison. Je vais essayer de présenter les choses différemment, si je peux : quand vous êtes couché sur votre lit, vous êtes immobile dans un espace à 3 dimension, mais l’espace-temps comporte 4 dimensions : 3 dimensions spatiales, une dimension temporelle. Pour représenter votre trajectoire dans un espace à quatre dimension, vous allez rester immobile selon 3 des quatre coordonnées, mais mobile dans le cas de la 4e qui est le temps puisque le temps s’écoule. Ainsi, en restant allongé sur votre lit, vous « bougez » dans l’espace-temps, donc vous avez une trajectoire.
Le problème c’est qu’aucun cerveau humain n’est équipé pour se représenter une trajectoire dans un espace à 4 dimension, sans parler de figures géométriques plus complexes.
En plus, dès que vous avez de la matière (en fait une densité d’énergie non nulle : E=mc²…), donc de la gravité, cet espace est courbe, voilà pourquoi on parle de géodésique. Dans un espace sphérique à deux dimensions, par exemple la surface de la terre, si vous vous déplacez tout droit, c’est à dire par la trajectoire la plus courte entre deux points, vous faite en fait un arc de cercle : c’est la géodésique. C’est la trajectoire d’un avion en vol tout droit à son altitude de croisière. Pourtant, vous avez l’impression qu’il va tout droit parce que la terre est suffisamment grande pour que vous ne ressentiez pas le fait que l’avion décrit un arc de cercle.
Si votre espace à 3 dimension n’est pas sphérique, par exemple la surface d’une montagne, le plus court chemin d’un point à un autre, la géodésique, est une figure très complexe. Dans un espace à quatre dimensions courbé, ce qui se passe quand il y a de la matière, et bien c’est encore plus impossible à se représenter que quand il est plat.
Pour le cas d’un corps sphérique tout seul, on peut calculer la forme que prend l’espace-temps : c’est l’équation de Schwartshild. Votre mouvement en chute libre donc sans force (pas de gravitation ici, elle a été remplacée par la courbure de l’espace), il faut calculer une géodésique dans l’espace à 4 dimension avec des conditions initiales données. Dans le cas de votre 2, vos yeux et tous les yeux situés dans un espace inertiel par rapport à la masse centrale verra une trajectoire en ligne droite dans notre espace à 3 dimension et un observateur humain sur l’objet qui tombe aussi. Par contre, ces gens ne mesurerons pas les durée de la même façon. Mais si vous pouviez représenter la trajectoire dans l’espace-temps, ce qui est impossible sauf avec des équations, vous verriez que c’est une géodésique.
Pour le 3 je ne me prononcerais pas définitivement, mais il me semble équivalent de dire « la circonférence en franchissant laquelle on n’a plus de chance de rebrousser chemin », pour un corps pesant, et « la circonférence qu’un rayon de lumière partant du centre du trou noir n’arriverait jamais à franchir », donc pour un corps sans masse qu’est le photon. En effet, une hypothèse de la théorie générale de la relativité (comme de celle de Newton d’ailleurs) dit que la masse inertielle (c’est à dire la capacité de résistance à une changement de quantité de mouvement : F=mA) et la masse gravitationnelle (celle qui créée la force d’attraction gravitationnelle chez Newton et celle qui courbe l’espace chez Einstein) sont égales. Cette hypothèse est vérifiée à une précision de 10^-13, une expérience est en train d’être montée pour vérifier ça à 10^-15 près (ou pas, ce serait un pan ouvert pour une nouvelle physique) .
Pour le 4, c’est encore une histoire de courbe dans la 4e dimension… l’expression « douce » n’est qu’une image fausse pour expliquer qu’on ne se spaghettifie pas, mais qui ne marche plus pour expliquer qu’on peut « remonter la pente ». Vous notez que l’on dit l’horizon « des événements ». Sans le dire, il explique dans la vidéo pourquoi on appelle ça comme ça : passé l’horizon (des événements), l’espace se met à s’écouler comme du temps. C’est une façon de voir que l’on ne peut plus sortir, quoiqu’on fasse.
Si vous voulez aller plus loin sur la métrique de Schwartschild, essayez de chercher sur Google des « diagrammes espace-temps » qui montrent ça. Un lien vers une série de vidéo que je trouve bien faites, mais malheureusement en Anglais. Pour comprendre, il est à mon avis nécessaire de regarder les vidéos précédentes, dont il donne les liens au cours de la vidéo, il suffit de cliquer.
Pour conclure, je trouve que ce qui rend frustrant (mais excitant) la théorie de la relativité, c’est que, contrairement à toute la physique d’avant, on n’est plus capable de faire des dessins (même dans sa tête) qui soit une représentation exacte ou même une bonne approximation, de ce que disent les équations. Et c’est encore pire (encore mieux!) avec la physique quantique!
Le lien vers la série de vidéos : https://www.youtube.com/watch?v=KePNhUJ2reI&t
Bonjour, c’est très bien expliquer et on apprend tout les mois.Je te souhaite une bonne vacances.
Bonjour, déjà merci pour cette vidéo super intéressante :-). J’aurai juste deux petites questions, qui risquent de paraitre un peu beaucoup bêtes ^^.
Premièrement, comment se fait-il qu’un observateur extérieur puisse toujours nous voir tomber une fois que nous avons passé le rayon de Schwarzschild, alors que la lumière, passé cette limite, ne peut plus s’échapper ?
En second lieu, d’après la vidéo de ‘Le sense of wonder » sur le soleil, je crois comprendre que l’augmentation de la densité aurai (si j’ai bien compris) pour conséquence l’augmentation de la température. Cela signifie-t-il que la température d’un trou noir serait très grande ? Et pourquoi ? (je veux dire, instinctivement, si je comprime des atomes je vais limiter leur agitation, et non pas la stimuler)
Bonjour,
L’observateur resté à distance du trou noir voit son camarade en train de tomber vers l’horizon. Il ne le verra jamais traverser cet horizon et encore moins sa chute après l’horizon. Ce qui peut paraître bizarre c’est que l’observateur continue à voir son camarade tomber vers le trou noir alors que ce dernier a déjà passé l’horizon. Ceci s’explique par le fait que leurs temps propres respectifs se sont complètement désynchronisés.
Pour la température d’un trou noir, il ne faut plus raisonner avec l’agitation thermique des particules vu que ces particules n’existent plus. La matière est dans un état non décrit par la physique actuelle car il faudrait comprendre comment la relativité générale et la mécanique quantique s’imbriquent l’une dans l’autre pour pouvoir le faire.
« Premièrement, comment se fait-il qu’un observateur extérieur puisse toujours nous voir tomber une fois que nous avons passé le rayon de Schwarzschild, alors que la lumière, passé cette limite, ne peut plus s’échapper ? »
🙂 🙂 Et vlan! J’adore.
Si l’observateur exterieur voit éternellement tomber son camarade dans le trou noir, alors pourquoi n’en est-il pas de meme pour les étoiles et autres planetes qu’il a absorbé depuis le début de son existence ? Comme le camarade qui tombe éternellement, ces objets doivent aussi etre visibles éternellement, bien qu’ils aient déja passés l’horizon. Or lorsque l’on regarde un trou noir, on ne voit rien.
Bonjour j’ai une remarque/question qui concerne la force a fournir si on se trouve sur la ligne d’horizon. Est-ce que cela veut dire qu’atteindre la ligne d’horizon (depuis l’extérieur) nécessite une énergie infinie aussi?
Deux autres réflexions, Monsieur Louapre.
5) Si l’accélération pour rebrousser chemin et franchir, vers l’extérieur, cette sacrée ligne d’horizon devait être infinie pour savoir contrecarrer l’accélération de gravité en chute libre dedans le trou noir, cela signifierait que cette accélération de gravité doit être à son tour forcément infinie. Mais cela est deux fois absurde : d’abord parce qu’une telle valeur sort du domaine à la fois du calcul et de la physique telle que nous la concevons ; puis parce qu’une accélération infinie détermine, dans un temps différent de zéro mais aussi court qu’il soit, une vitesse infinie ; ce qui, outre à porter à l’absurdité précédente, viole aussi votre (pas le mien) cher postulat de l’ « indépassabilité » de la vitesse de la lumière.
6) Si, comme vous le dites aussi dans votre vidéo, on ne verrait jamais notre copain astronaute franchir la ligne d’horizon en chute vers l’intérieur, alors un trou noir ne devrait être jamais ! noir, car la surface de l’étoile collapsant et s’approchant au rayon de Schawrzschild, devrait, elle aussi, rester visible pendant un temps infini, comme notre copain astronaute aventureux s’approchant au même rayon ; et donc, en tant que visible, elle devrait rayonner vers nous, en effaçant tout aspect noir du trou.
En réalité, dans votre exposé vous avez oublié que quand une formule, comme celle que vous montrez dans votre vidéo, porte comme résultat un infini (accélération ou force infinie), elle est à écarter tout bêtement du calcul, car les infinis en physique sont signe d’une mauvaise application mathématique ; correcte qu’elle soit la formule de départ. Mais je ne devrais être pas moi à apprendre ceci à un diplômé ou docteur ès Physique, excusez-moi la hardiesse.
Marco
Sur le 5) : en relativité générale, l’accélération quand on subit une chute libre est *nulle*, y compris quand on franchit l’horizon (et donc elle n’est pas infinie !). Relisez le billet, en RG, on compte uniquement les forces hors gravité pour écrire F=ma, et le a se mesure par rapport à la trajectoire géodésique (chute libre)
[sinon je vais bien !]
Eh, je me suis posé la même question que le point numéro 6. Un avis là dessus David ?
Voilà, merci du confort,
en attendant que David nous réponde car la réponse à Dorian, encore que juste, ne suffit pas à satisfaire ma demande et la vôtre.
Marco
D’abord, une remarque positive sur vous :
j’ai remarqué que dans cette dernière vidéo vous êtes enfin plus dubitatif concernant l’existence des trous noirs. Au début de notre échange, fin 2013 je crois, je contestais votre certitude concernant l’existence des trous noirs et vous opposiez un refus net. Aujourd’hui, peut-être sous l’effet Hawking qui est venu entre-temps, vous êtes devenu plus prudent sur leur existence ; même si je crois que le pire c’est de leur attribuer de fantomatiques propriétés frôlant l’absurde (comme : un temps de chute apparent infini), plutôt qu’une certaine forme de leur existence qu’il doit y avoir et je le crois (à la fois pour les stellaires et les supermassifs).
Je vous fais noter que vous ne répondez pas à mes 5 autres questionnements.
Mais venons et restons sur votre réponse. Tout d’abord, vous avez beau dire qu’en relativité générale un corps en chute libre ne subit pas d’accélération, elle reste sous nos yeux quand même : le corps augmente sa vitesse de chute au fil du temps, il ne chute pas avec une vitesse constante, et au pays du dictionnaire scientifique cela s’appelle bien « accélération », toute prémisse einsteinienne que vous aimiez faire.
Je reconnais avoir fait un petit quiproquo : vous ne parliez effectivement pas de « accélération infinie » mais de : « force infinie », dans le billet (« cela demanderait une force infinie », citation). Or, quelques parts vous affirmez que parler de force ou d’accélération ça revient au même quant aux effets pratiques, ce qui est correct. Voilà la source de mon équivoque ; pardon.
Cependant tout cela ne change rien : vous parlez bien d’une force infinie pour dégager ainsi une accélération infinie ayant vecteur dirigé dans le vers opposé à celui du trou noir et pas vers le trou noir : donc vous ne parlez pas d’accélération de gravité infinie, je vous le reconnais et me corrige, mais d’une contre-accélération de gravité infinie qu’on devrait essayer d’obtenir pour sortir de l’horizon. Or, cette contre-accélération infinie est, elle aussi, le fruit d’un calcul et on revient alors à ma critique du base : tout renseignement issu d’un calcul nous donnant une valeur infinie est à regarder avec suspicion maximale, voire mieux : à écarter. Par conséquent, si la force nécessaire à s’extirper de l’horizon n’est pas infinie et même pas limitée à « c » comme la vitesse, on pourra toujours trouver (en théorie) une force aussi grande donnant une accélération suffisante pour contrecarrer exactement, puis dépasser, celle d’un puits gravitationnel de trou noir ; et ce, que l’on se trouve à peine sous l’horizon ou même directement à la surface du trou noir ! (Pour vous, je « blasphème » la Relativité générale, je sais).
Avec la lumière la chose change un peu car la lumière atteint toujours la même vitesse dans le vide quelle qui soit sa force génératrice (comme toute onde, en principe) : donc si elle se trouve émise selon une direction formant un angle avec un rayon sortant du centre du trou noir et passant par sa source d’émission, elle devrait retomber sur le trou noir comme une balle de fusil car sa vitesse est inférieure à celle de fuite du trou noir : elle ne pourrait pas s’en échapper, c’est bien vrai. La lumière oblique ne sortirait donc pas mais elle se limiterait à atteindre une hauteur maximale qui elle !! constitue l’horizon des événement. Mais qu’en est-il de la lumière émise exactement, ou presque (cône très étroit), selon la direction du rayon de l’astre ? Eh bien, comme la lumière dans le vide ne peut jamais être ralentie mais seulement étirée dans sa longueur d’onde, elle sortirait du trou noir de façon d’autant plus décalée vers le spectre des radio-ondes que la gravité, et donc la masse, du trou noir est grande. Mais il en sortira quand même ! Selon ce raisonnement, on devrait toujours trouver avec les radiotélescopes (principe de falsifiabilité) au moins un quelque rayonnement de très basse fréquence sortant directement du trou noir, et pas de son environnement, encore que sa grande majorité (lumière oblique) y resterait effectivement piégé dedans (d’où la couleur noire due à la fois à l’étirement et à l’affaiblissement du rayonnement de ce corps).
Autre cas : une particule matérielle recevant sa poussée une seule fois au moment de son départ et pas outre : donc sans moteurs ou autres fusées la propulsant en continu. Or, cette particule ne pourrait jamais s’échapper du trou noir, car elle retomberait toujours sur lui, soit comme un balle de fusil, si lancée obliquement, soit comme une pièce de monnaie qui retombe sur la main l’ayant lancée, si lancée selon le rayon du trou. Cette particule aura un horizon toujours plus bas que celui de la lumière, d’où il convient de prendre celui de la lumière (oblique) comme référence. Mais bon, tout cela fait abstraction d’une éventuelle atmosphère, en chute mais bien présente, sous l’horizon du trou, atmosphère qui vous ne pouvez pas exclure et qui pourrait complètement changer la donne d’un dépassement d’horizon. Bref, cette angoisse des physiciens/ennes ne voyant pas de moyen de sortie aucun, depuis un trou noir, sauf la radiation de Hawking, me semble injustifiée.
Pour donner un coup mortel à votre horizon, il suffit de dire que je suis en droit de franchir l’horizon à ma vitesse préférée car vous admettez que tant que j’en suis au de ça, je peux régler ma vitesse (en disposant d’énergie à volonté). Bien. Je franchis cette ligne, d’épaisseur inconnue au demeurant, avec une vitesse d’escargot, je fais 5 centimètres en 15 minutes au de là de l’horizon et puis j’imprime une force faible suffisante à porter ma vitesse d’escargot à zéro puis à en invertir le vers : c’est impossible que je ne puisse alors refranchir la ligne car rien ne me l’empêcherait (ou bien, trouvez-moi quoi).
D’ailleurs, Monsieur David, pourriez-vous me dire quelle épaisseur fait-elle cette ligne fatale d’horizon ? La longueur de Planck ? Elle ne peut pas être égale à zéro autrement cette ligne n’existerait pas ! En revanche, ma ligne d’horizon (qui serait celle lue sur un bouquin du professeur Maffei ou selon comme je l’ai gardée à l’esprit) aurait bien une épaisseur : celle au peu près de la longueur d’onde de la lumière émise de biais, mesurée (la longueur d’onde) au moment où elle atteint son hauteur maximale avant de rechuter. Voyez-vous que ma ligne d’horizon, encore que virtuelle, est bien réelle car elle a bien une épaisseur (pouvant être même de milliers de kilomètres selon la fréquence de l’onde). Quant à la vôtre, d’épaisseur (d’horizon j’entends, ne pensez pas malicieux)… j’attends votre réponse. En attendant, elle m’apparaît aussi virtuelle qu’irréelle !
Marco
Accélérer, c’est dévier de la trajectoire inertielle.
En physique newtonienne, la trajectoire inertielle est la trajectoire rectiligne uniforme.
En relativité générale, la trajectoire inertielle est la géodésique.
Vous critiquez la relativité, libre à vous. Mais étudiez là à fond et en détail avant de le faire. Sinon vous vous contentez de critiquer sa version « vulgarisée », ce qui ne peut constituer une démarche scientifique.
Sur trajectoire rectiligne ou courbe,
une accélération demande une énergie et augmente une vitesse, donc ça change rien à mes objections : un calcul vous conduisant à un besoin de contre-accélération infinie est très probablement à rejeter et ce doit être le message que Dame Mathématique vous envoie pour vous informer que certaines bases de la Relativité générale sont erronées à fond. Et puis, dites-moi au moins quelle est l’épaisseur de cet horizon, non ? Je suis curieux. Surtout que sur ce détail pourrait trébucher votre conception relativiste de trou noir.
Je vous assure que, si je pouvais demander à mes parents l’argent pour me payer un prof de physique en cours particulier, ou bien à mon porte-monnaie quand je gagnais un peu ma vie, ou bien gratuitement en échange de compagnie (à quelque prof retraité), je passerai mes journées en entier à me pencher sur les maths relativistes. Mais tout seul, je n’y arrive point. J’ai besoin de relation humaine pour poursuivre, comme dans ce blog. Je fais donc ce que je peux. En plus, Dr. Goulu m’a banni de son blog, connu bien après le vôtre, mais j’ignore absolument le pourquoi. Je suis triste et perplexe pour cela. S’est-il vexé puisque je lui avais dit que votre blog est plus vivant que le sien, car nous arrivent les notifications de votre blog en boîte mél alors que ce n’est pas le cas dans le sien et que je lui avais conseillé de vous imiter juste en cela ? À présent, il ne me reste que le vôtre.
Marco
Dans la partie de l’univers qui est « plat » (où on ne tombe pas), pour accélérer « infiniment », un simple petit moteur à poussée constante est suffisant. Il ne suffit que d’avoir constamment du carburant pour faire marcher le moteur jusqu’à la fin des temps. Ce qui nous donne une « accélération infinie ».
Ce qui n’est pas du tout le cas lorsqu’on s’éloigne d’un centre de gravité à partir d’un point où la courbure est trop prononcée. C’est un peu comme de monter une côte avec sa voiture; quelle que soit la puissance du moteur, il y a une limite à l’angle possible d’être gravie par la voiture.
Bonjour Marco. Tu dis:
« Tout d’abord, vous avez beau dire qu’en relativité générale un corps en chute libre ne subit pas d’accélération, elle reste sous nos yeux quand même : le corps augmente sa vitesse de chute au fil du temps, il ne chute pas avec une vitesse constante,… »
La vitesse n’est pas constante à une seule condition: c’est que dans une déformation de la géométrie de l’espace-temps, la métrique, elle, soit constante. Ce que je ne pense pas être le cas puisque la métrique d’un volume d’espace-temps est la seule chose qui puisse être déformée. Je pense que tu y viendras bientôt suite au téléchargement que tu m’as indiqué. 🙂
La réponse à votre point 6) est donné par la notion de Décalage d’Einstein, c’est à dire le décalage vers le rouge par effet gravitationnel. Je cite ici l’article de Wikipédia sur le sujet : « Une fréquence produite dans un champ de gravitation est vue décalée vers le rouge (c’est-à-dire diminuée) quand elle est observée depuis un lieu où la gravitation est moindre. » C’est exactement le cas pour notre trou noir. Et notre vue se limitant à un domaine très restreint de fréquence, les objets tombant vers le trou noir deviennent de plus en plus rouge, puis disparaissent de notre vue.
Eh non,
car je ne me référais pas seulement à notre vue animale, je me référais à toute sorte de vue : via des antennes notamment. Car ils nous disent et répètent qu’aucun information, même radio, ne sort pas du trou noir alors que, même décalée vers les Ulf les plus longues, une onde radio est toujours une information ; ce qui contredit votre explication : un trou noir devrait émettre pendant un temps infini une onde de plus en plus longue. Que répondez-vous à cela ?
Marco
Emettre une onde pendant un temps infini requiert une énergie également infinie. Or l’émission initiale s’est faite avec une énergie finie, qui devient donc de plus en plus « diluée ». Non seulement l’onde se décale vers le rouge, mais elle s’affaiblit de plus en plus.
Bonjour lanjk
Vous dites:
» Or l’émission initiale s’est faite avec une énergie finie, qui devient donc de plus en plus « diluée ». »
Faudrait être plus précis pour explique votre « dilution »; parce qu’en fait, la densité énergétique s’accroît au fur et à mesure que l’on « tombe » dans un trou noir. C’est le processus contraire à celui produit par l’expansion qui dilue la densité énergétique de l’univers depuis le Big bang.
De plus si le « rayonnement » ne peut s’échapper du trou on ne peut certainement pas percevoir un décalage énergétique.
Je pense que David Louapre a raison, avant de critiquer il faut comprendre. Dans ce que vous dites, il y a plein d’interrogations légitimes pour quelqu’un qui n’a pas étudié à fond ce sujet, très complexe, mais le problème, c’est votre ton : posez des questions plutôt que de critiquer.
Vous n’avez pas l’argent ou le temps pour prendre des cours? Pour l’argent, pas de problème : c’est mon cas, j’ai étudié ça en amateur (pendant plusieurs années…). Je pense comprendre à peut près tout et pourtant, je ne me permettrait pas de critiquer. Pas encore passé assez de temps, de très loin. Si vous parlez anglais, je vous conseil les cours de Susskind (gratuits sur YouTube) faits pour les non physiciens. Mais il faut s’accrocher! Et ce n’est qu’une initiation!
Pour le temps, personne ne peux rien pour vous : soit vous y passez du temps, soit vous croyez les professionnels qui, eux, y ont passé le temps nécessaire. Il a fallu près de 70 ans pour que les physiciens de niveau prix Nobel comprennent la théorie dans son ensemble. Et à plusieurs ! Grâce à eux, on comprends mieux et on peut aller plus vite. Mais pour aller en profondeur et se permettre de critiquer, il faut aller plus loin que la vulgarisation.
Critiquer en partant de la vulgarisation, c’est comme disserter sur le style de Zola en ayant lu 3 ou 4 résumés de bouquins. C’est bien de lire ces résumés, ça permet d’ajouter à sa culture, mais cela ne permet pas d’émettre la moindre critique intelligente sur son oeuvre.
Monsieur David ne répond pas. Mmmh…..
j’espère qu’il ne soit pas mort dans les attentats, lui vivant à Paris. Pourriez-vous nous dire si vous vivez toujours ou pas, David?
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Merci pour cette vidéo et ce beau billet qui vient la compléter. Comme souvent, ce genre de sujet amène des réponses qui permettent d’envisager encore plus de nouvelles questions. C’est l’histoire sans fin de la science ! Voici donc ce qui s’agite dans ma tête …
Petite présentation : Je suis un atome, j’ai une masse, et j’orbite a bonne distance d’un trou noir depuis des lustres. J’ai travaillé dur pour avoir une belle orbite circulaire. Les millions d’années passent et se ressemblent, je décide de pimenter ma vie ! Que va-t-il se passer dans ces différents cas ci-dessous ?
1. Je décide d’accélérer dans le sens opposé a mon déplacement naturel (orbite circulaire). A priori je crée sans le savoir encore (je ne suis qu’un atome après tout) une orbite elliptique. Normalement je me trouve, de fait, a l’apoastre de ma nouvelle orbite elliptique, et, « diametralement » opposée se trouve mon périastre. Jeune et inconscient je descends mon périastre qui se retrouve a une altitude plus faible que le rayon de Schwarzschild. Je serai a mon periastre dans … un temps certains … mais suis-je officiellement désorbité ? Je ne retrouverai donc plus jamais mon apoastre préféré et si confortable hors de l’horizon ?
2. Autre cas, autre folie. Cette fois je reduis mon orbite petit a petit pour quelle reste circulaire et je m’arrete lorsque je frole des doigts le rayon de Schwarzschild (et les doigts d’un atome c’est pas long !). En toute logique, ma vitesse orbitable autour de mon trou noir augmente a mesure que mon orbite se ressere. Est-ce qu’au rayon de Schwarzschild ma vitesse orbitale serait celle de la vitesse de la lumiere ??? De sorte que si je voulais ressortir de ce manège circulaire qui finit par donner le tournis même a l’atome le plus téméraire, il me faudrait effectivement pas une grosse impulsion (deltaV), mais qu’aussi petite qu’elle soit, cette impulsion me ferait depasser la vitesse de la lumiere ce qui me demanderait en fin de compte une énergie infinie, impossible a fournir, d’où le point de non retour !?!
3. Finalement je ne franchis pas le rayon de Schwarzschild : je le frôle sans rentrer dans l’horizon. Je tends une tige vers l’intérieur de l’horizon. Au cas où cela ait de l’importance, mon centre de masse (moi + tige) se trouve a l’exterieur de l’horizon mais il y a pourtant un bout de tige qui semble l’avoir franchi cet horizon. Que se passe-t-il ? J’imagine bien qu’on ne peut pas retirer la tige … sinon je serais l’atome le plus malin de l’univers qui arrive a se jouer de brillantes théories que je ne comprends meme pas … Mais pourquoi ne puis-je pas retirer cette sacrée tige ?
– Est-ce que l’espace, le temps et la physique a l’intérieur de l’horizon font que la moindre particule du système « moi + tige » acquiert une inertie infinie par rapport au reste du système qui n’a pas encore traversé l’horizon ? De ce fait, le centre de masse du systeme pourrait etre intégralement porté par cette premiere particule qui entrainera tout le reste du système a traverser l’horizon ? … a moins qu’on lache la tige 🙂
– Dans ce cas, la spaghuettisation pourrait éventuellement débuter avant la traversée de l’horizon … mais en tout cas pas apres ? Au plus tard elle débuterait au rayon de Schwarzschild non ???? Dans la vidéo tu dis que la spaghuettisation pourrait debuter avant ou apres le passage de l’horizon.
Que de questions etranges 🙂 Par avance merci pour toute réponse ou orientation vers une lecture fructueuse mais pas calculatoire parce que ce n’est pas mon domaine et je ne connais pas les outils mathématiques.
1) exact. Votre orbite est devenue une spirale, et pas une ellipse. Pour que l’orbite soit une ellipse, la vitesse au périastre devrait être plus grande que celle de la lumière. Comme votre atome ne peut pas être accéléré à cette vitesse (et encore moins au-delà), l’orbite ne peut pas être maintenue.
2) c’est à peu près ça. En fait, il y a une autre limite pour un trou noir en rotation, l’ergosphère, qui est la limite au-delà de laquelle il faudrait aller plus vite que la vitesse de la lumière pour ne pas tourner autour du trou noir. Incidemment, un trou noir en rotation produit une sorte de force centrifuge qui compense son attraction, de sorte que son horizon est plus petit. Et s’il tourne suffisamment vite, il n’y a plus d’horizon : on a une « singularité nue » (le centre du trou noir devient visible). On suppose qu’un mécanisme encore inconnu rend la chose impossible.
3) la spaggetification (ça s’écrit comment ce truc ?) dépend de la densité du trou noir. Avec un trou noir galactique par exemple, elle n’a pas forcément lieu à l’horizon.
Il est difficile de dire exactement ce qui se passe. Je pense que, les atomes de la tige étant liés par une interaction électromagnétique (donc un échange de photons), comme les photons ne peuvent plus sortir de l’horizon, il n’y a plus d’interaction (enfin si, l’effet tunnel reste possible) et le bout de la tige se détache, tout simplement.
Je ne suis pas certain qu’il soit pertinent de prolonger les raisonnements physiques au-delà de l’horizon. Mathématiquement, on peut prolonger les équations, mais physiquement, c’est délicat dans la mesure où tout ce qui s’y passe ne peut avoir aucun effet sur le reste de l’univers. Il y a des paradoxes à ce propos d’ailleurs.
Bonjour lanjk
« Incidemment, un trou noir en rotation produit une sorte de force centrifuge qui compense son attraction, de sorte que son horizon est plus petit. Et s’il tourne suffisamment vite, il n’y a plus d’horizon : on a une « singularité nue » (le centre du trou noir devient visible). On suppose qu’un mécanisme encore inconnu rend la chose impossible. »
Je vais tenter de vous faire connaître ce mécanisme inconnu.
Un trou noir est une « déformation de la géométrie de l’espace »; tout comme une galaxie mais en plus « prononcé ». Prenons une galaxie qui est un volume d’espace habité par des étoiles en orbite. Est-ce que cette galaxie tourne?
La réponse est…non ce volume d’espace ne tourne pas.
Les étoiles, gaz et poussières qui orbitent à l’intérieur de ce volume galactique le font à cause de leur vitesse propre. C’est cette vitesse individuelle qui décide là où ils (elles) orbitent. Il n’y a donc aucun lien entre ces « objets » et le centre de gravité de la galaxie. De plus, la géodésiq
Excuse-moi mes doigts sont devenus fous sur le clavier.
Je disais donc que …je ne me souviens plus.
Mais comme tous les objets en orbite autour du centre galactique lui sont indépendant, ils n’entraînent pas du tout le support de leur trajectoire (surtout qu’ils n’y prennent pas d’appui). Un peu comme les chevaux dans une course ne font pas tourner la piste de course (même s’ils les sabots y prennent appui).
La question étant: Est-ce que le volume d’espace d’un trou noir peu tourner? Je ne le pense pas; donc il n’y a aucun effet centrifuge qui puisse se manifester près ou dans un trou noir.
Je viens d’avoir une réflexion un peu idiote (mais peut être pas tant que ça) : « Peut on sortir d’un trou noir en le « détruisant » ? »
C-à-d : Je suis dans l’horizon de Schwarzschild, et j’arrive par un quelconque moyen à faire en sorte que le trou noir perde en densité, par exemple en dispersant sa masse sur une plus grande surface (à l’aide d’une sorte de méga-explosion, ou bien en soufflant dessus très très fort pour que la masse se disperse) .
Du coup la densité diminuant au fur et à mesure, le rayon de Schwarzschild augmente et à partir d’un certain point critique, l’objet physique n’a plus assez de densité pour répondre à la définition d’un trou noir, du coup le rayon de Schwarzschild finit par disparaître, et je peux alors repartir tranquilou.
Du coup la destruction du trou noir pourrait être déclenchée à partir d’un élément extérieur au rayon de Schwarzschild (provenant d’un pote qui essaye de me sauver).
Bref, ça pourrait expliquer une partie du scénar d’Interstellar.
A part ça, je me posais aussi les questions suivantes : « Peut on sortir d’un trou noir, à l’aide d’un autre trou noir ? » (genre on est coincé dans deux trous noirs en même temps, mais ces deux trous noirs s’éloignent l’un de l’autre), ce qui m’a ensuite amené à « Qu’est ce qui passe si deux trous noirs se rencontrent partiellement ? »
Mais je suis vite arrivé à la conclusion suivante : si deux trous noirs se « rencontrent », ils deviennent alors « inséparables », un peu comme deux flaques d’huile qui se rassemblent dans de l’eau (phénomène observable quand on cuit des pâtes), et du coup pour en sortir, ça n’en serait que plus difficile.
Plus globalement, un cas qui serait intéressant à étudier, c’est de savoir que ça donnerait si on se retrouvait pile à l’intersection de deux rayons de Schwarzschild (voire plus) de plusieurs trous noirs différents, du coup on atteindrait une sorte de « point d’équilibre ».
Non tant que vous dispersez la matière en la « réorganisant » mais derrière l’horizon, vous ne changez pas le rayon de Schwarzschild qui ne dépend que de la masse totale.
au moins j’aurai tenté ^^
Bonjour eskivor;
la réflexion n’est pas du tout idiote; elle est mal informée.
Vous dites:
« C-à-d : Je suis dans l’horizon de Schwarzschild, et j’arrive par un quelconque moyen à faire en sorte que le trou noir perde en densité, par exemple en dispersant sa masse sur une plus grande surface (à l’aide d’une sorte de méga-explosion, ou bien en soufflant dessus très très fort pour que la masse se disperse) . »
La mauvaise information est qu’il n’y a pas de matière au fond d’un trou noir; il n’y a que de l’énergie de masse. Pour lui faire perdre sa densité il vous faudrait employer une « fontaine blanche ». Et la seule qui ait existé jusqu’à présent est le Big bang.
Si vous réétudiez la production d’un trou noir, vous remarquerez qu’elle doit traverser les limites de Chandrasekhar. Ces limites et celles qui les suivent vous démontrent que l’affaissement graduel d’un trou noir détruit sucessivement la matière pour la changer en particules de plus en plus primaires. Le résultat final est l’absence totale de matière et, peut-être même d’énergie. Car un trou noir est simplement une déformation maximale d’un volume d’espace-temps. C’est une « géographie » (topologie) effondrée de l’espace-temps. Un trou noir est « passif » et non « actif ». Il n’attire rien. Il est simplement là où il est. C’est comme un trou dans le plancher au centre de votre salon tout simplement. Si vous voulez vous le représenter plus précisément, incliner graduellement le plancher de votre salon vers le trou. Cela ne lui donnera pas d’énergie pour autant.
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Cette démonstration que la force nécessaire pour « sortir » du trou noir serait infinie sur l’horizon me tarabuste. Il me semble qu’il en découle naturellement (mais je dois reconnaitre que ce mot signifie pour moi « newtonnement ») que les forces de marée au voisinage de l’horizon sont infinies aussi, non ? A-t-on le droit d’identifier la force de marée à la force qu’une partie d’un corps exerce sur une autre pour qu’elles restent ensemble ?
Et, tant que j’y suis, il me semble qu’il y a bien quand même au moins une chose qui « sort » du trou noir, c’est l’information sur sa masse. Et si cette masse augmente (par accression du voisinage, par exemple), une onde gravitationnelle doit bien être générée, et sortir, non ?
J’ai aussi un soucis avec ce qu’écrit David sur la force de marée.
En méca newtonnienne, la forme de marée est de l’ordre de GM l / d^3, avec l la taille du corps et d la distance à la masse ponctuelle. Donc effectivement, un objet d’un mètre n’a rien à craindre à l’approche d’un trou noir de 1 milliards de masse solaire dont le rayon de Schwarzschild est d’à peu près 1,5 milliards de km.
Mais ce résultat découle directement de la formule d’attraction des corps de Newton : a = mG/d2 ; si on rajoute le terme en (1 / sqrt (1 – r / rs)) de David, à proximité du rayon de Schwarzschild on est écartelé.
Ou alors, il faut comprendre que si on se laisse glisser (sans résister aucunement à la gravitation) on ne ressent pas la gravité et donc pas de force de marée.
Mais dans ce cas, pourquoi y aurait-il une force de marée, même à 1cm du trou noir ?
Bon, en fait tout était dans le texte de David : la marée en RG est due au fait que deux points de l’espace n’ont pas la même courbure et donc ne suivent pas la même trajectoire.
Il ne me semble pas trouver de réponse à ma question dans le texte de David : le fait qu’il se trouve un terme (R-r) au dénominateur indique que la force nécessaire pour s’extraire du trou noir tend vers l’infini. Cette force est celle qui s’exerce entre une partie du spaghetti qui est à 1mm de l’horizon sur la partie qui est 1mm plus bas : ça pète. Et c’est une raisonnement de relativité généralisée, il me semble.
De même, quid de l’information « gravitationnelle » qui « sort » du trou noir ?
Non, non… C’est la force nécessaire pour s’extraire du TN.
Il n’y a pas de force qui s’exerce sur l’objet due à la gravité, juste une déformation de l’espace qui attire l’objet vers le centre du TN.
Désolé, henriparisien, je ne comprends pas ce que tu me réponds : on amène le bout d’un spaghetti à frôler l’horizon du trou noir, en le tenant par l’autre bout (peu importe comment « on » se tient là). Que l’on dise que ça résulte de la gravité ou de la courbure de l’espace-temps, le calcul de David dit que pour que le « bout » du spaghetti reste là, sans tomber, il faut lui appliquer une force infinie, alors que ça n’est pas vrai pour le millimètre d’avant. Je ne sais pas comment être plus clair…
Si le bout de spaghetti décide de ne pas tomber et allume son moteur, il va se déchirer puisque le bout qui touche le trou noir ne va pas bouger et l’autre va s’éloigner.
Mais s’il ne fait rien, il va tranquillement descendre vers le trou noir. C’est le truc de la RG : il n’y a pas de force de gravité.
Bonjour l’AMI Yves.
J’avais le même problème que la science, avec mon épouse, avant mon divorce. J’avais une maîtresse et parfois j’adressais une remarque à l’une qui aurait dû être à l’autre et vice-versa. Aussi longtemps que la science se servira de la gravitation newtonienne en même temps que l’einsteinienne, elle s’attirer ce genre de problème.
Les force de marée de newton sont complètement différente de celle d’Einstein. Ces dernières n’attirent pas et n’agissent pas. Pour vous en faire une image, prenez deux verres à vin qui représentent deux déformations spatiales et portez un toast en appuyant les bords de verres l’un à l’autre. Chez Einstein, le point de contact des bords de verres s’unissent et les verres se rapprochent; de sorte que la jonction des bords des deux coupes de vin « descend » plus bas que le bord de chacune des coupes (évidemment, le centre des pieds des coupes se rapprochent; comme, en fait, le centre de gravité de la déformation spatiale du Soleil se rapproche de celui de Jupiter). Conséquemment, si une coupe est vide, le vin de la coupe pleine coulera dans la coupe vide. C’est là l’effet de marée dans la RG. C’est pourquoi l’océan « coule » vers la Lune et le Soleil chaque jours, successivement.
Pour la gravitation de Newton, ne prenez pas de coupes a vin vous allez les briser.
merci
Bonjour,
Super vidéo et super billet.
Du coup si je comprends bien et que je veux expliquer pourquoi on ne peut se sortir d’un trou noir, on peut dire :
J’admets qu’en RG, le fait de se tenir statique sur la géodésique est une accélération.
Donc pour l’exemple de la Terre, le fait de se tenir statique à sa surface (ne pas « tomber » a travers le sol en suivant la géodésique) revient à accélérer à une vitesse théorique de 11km/s-1 ** du point de vue de la géodésique.
Cette accélération est fournit par le sol qui me soutient.
** 11km/s-1 => j’ai pris ce chiffre de façon totalement arbitraire pour illustrer mes propos
Pour l’exemple d’un TN, le fait de se tenir statique à une certaine distance de celui-ci revient à dire que qu’on subit une accélération de Nkm/s-1 où N grandit au fur et à mesure que l’ont se rapproche dut TN.
Donc plus je me rapproche du TN plus N tant vers l’infini.
Arriver au niveau de l’horizon ma vitesse théorique, du point de vue de la géodésique, est égale à la vitesse de la lumière.
Selon la RG il n’est pas possible d’aller plus vite que la lumière.
Cela explique donc pourquoi il faudrait une énergie infinie pour se tenir au niveau de l’horizon, et encore plus en dessous. Et cela explique aussi pourquoi la lumière elle-même ne peut s’en échapper.
J’ai bien compris ?!
PS : Il n’y a pas absolument « rien » qui s’échappe d’un trou noir, toujours si j’ai bien compris ce que j’ai pu lire ailleurs.
Lors de l’absorption d’une étoile (ou tout autre astre assez gros) ses particules sont accélérées à très grandes vitesse, proche de celle de la lumière.
Ces particules, qui sont encore assez loin de l’horizon, possède donc une énergie suffisante pour se libérer de l’attraction du TN, elles « remontent » vers les pôles et jaillisse sur forme de jet d’énergie.
Cet objet céleste est appelé un « Quasar »
Nicolas
Bonjour BHeaDMaN
Je ne comprend pas ce que vous admettez:
vous dites: « Donc pour l’exemple de la Terre, le fait de se tenir statique à sa surface (ne pas « tomber » a travers le sol en suivant la géodésique) revient à accélérer à une vitesse théorique de 11km/s-1 ** du point de vue de la géodésique.
Cette accélération est fournit par le sol qui me soutient. »
Au départ, la Terre s’est formée par accrétion. Ce qui signifie que, peu à peu, des poussières sont tombées vers le centre de gravité où elles se sont « accumulées ». Leurs chutes furent stoppées par la présence des autres poussières qui s’y étaient précipitées précédemment. La poussière à vos pieds est tombée ce matin se dirigeant, elle aussi, vers le centre de gravité terrestre. Elle fut bloquée par la poussière qui s’y précipitait déjà avant elle. J’imagine que lorsque vous sautez d’un tabouret, avant que vos pieds n’atteignent le sol, vous voulez vous rendre jusqu’au centre de gravité terrestre comme les autres poussières. Non je ne veux pas prouver que « tu es poussière et bla-bla-bla »; mais il est évident que votre vitesse propre (votre énergie cinétique personnelle) vous dirigeait vers ce centre de gravité, puisqu’il « n’attire pas ».
Donc ce qui vous retient à la surface du sol est tout simplement votre énergie cinétique (vitesse propre) qui est bloquée dans son mouvement. Évidemment cette énergie cinétique, au moment du blocage, se transforme en énergie de masse qui est votre participation à la poussée sur le centre de gravité terrestre. Ce qui lui donne son énergie de masse ou si vous préférez, son énergie qui lui permet d’augmenter l’intensité de sa déformation spatiale ambiante.
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Trés appétissant video et complement bon travail de vulgarisation
Seulement voilà,
probablement est tout faux, vu le nombre de contraditions et le cadre simpliste.
Marco
Marco, un peu d’humilité vous ferait envisager la possibilité que le problème n’est pas la RG mais votre incompréhension.
Ah bon ?
C’est moi le dépourvu d’humilité ? Bien, alors qu’on me réponde, à moi et à un autre ici qui avait soulevé la même objection : s’il faut un temps infini pour atteindre ce sacré horizon, vu de l’extérieur, alors l’étoile-mère du trou noir devrait y mettre un temps infini pour collapser en trou noir et donc sa radiation s’éteindrait seulement après un temps infini, autrement dit : jamais ! (Vu que vous aimez autant jouer à ce jeu dangereux des infinis…). Cela veut dire que l’étoile émettra toujours une radiation, même si pas dans les fréquences du visible, tout au long de sa chute infinie en attendant de se compacter au-delà de son propre horizon de trou noir. Or, on nous dit qu’un trou noir ne rayonne pas de rayonnement électromagnétique alors qu’ici on en a bien un. Voilà une première contradiction dont on est en deux à attendre la solution de vous les sages de la Relativité, si tant est qu’elle existe.
Deuxième contradiction : comment une masse finie, à l’attraction gravitationnelle jusque-là finie, peut engendrer tous ces infinis seulement en collapsant : densité infinie, énergie infinie pour s’extraire de la zone interne de l’horizon, temps de chute infini… ouehé ! On parle de quatre à cinq masses solaires, au bout du compte… et même avec 5 millions, on n’est bien loin du compte pour arriver à des masses infinies et donc à des effets infinis !
Caractère simpliste : d’après vous le trou noir, est-il un sage petit cercle ou point pur (singularité), entouré de vide ? Mais non ! Il peut regorger d’une atmosphère très dense et celle-ci pourrait servir de base de lancement pour un photon très près de l’horizon qui en sortirait ! Si je me porte avec un aérostat à la plus haute altitude possible sur Terre, il me suffira une vitesse de libération moindre, et c’est David qui nous l’apprend, donc à ce pareillement pourrait se prêter une atmosphère dans le trou noir (c’est-à-dire comprise entre l’horizon et la singularité).
Par ailleurs, David passe sous silence, ou ne sait pas, que le trou noir au centre de notre galaxie, qu’il cite, émet de la lumière clignotante ; or, on attribue cette lumière à quelques choses qui est encore en deçà de l’horizon, pour ne pas toucher au modèle accepté, mais qui peut le dire avec exactitude pour le moment ? Personne. Donc David aurait dû nous en informer pour être correct, s’il en est au courant, puisque cette lumière pourrait être le symptôme d’un modèle de trou noir relativiste erroné. Pareil pour les jets sortant des pôles de certains centres galactiques occupés probablement par de trous noirs : sortent-ils du disque d’accrétion (version officielle) ou du trou lui-même (version hérétique) ? Tant qu’on n’aura pas assez résolu avec les télescopes, on ne pourra pas, je crois, trancher.
Marco
Vous voyez, vous ne répondez pas à ces objections,
dont une contradiction majeure dans votre tableau du trou noir. Si vous et David étiez vraiment dans la maîtrise de la Relativité générale d’Einstein et alias (car Albert se fit aider par des mathématiciens), vous vous feriez un plaisir de résoudre ces contradictions, contradictions légitimes auxquelles vous devriez faire face de façon logique, indépendamment si votre interlocuteur est formé en Relativité ou non. J’attends toujours… Et ce n’est pas seulement moi que je les ai évoquées. Comment une étoile peut s’effondrer en trou noir si son temps d’effondrement serait infini du moment où un rayon de Schwartzschild se produit en son intérieur d’abord ?
Marco
Bonjour Marco
, je ne suis pas un spécialiste de la relativité général mais je suis en désaccord avec ces contradictions que tu mentionnes par rapport à la relativité général.Procédons dans l’ordre:
1)L’horizon est une limite imaginaire qui n’a de sens que par rapport à un trou noir pré-existant. Aussi le fait qu’il faille un temps infini pour atteindre l’horizon de l’extérieur ne signifie pas que le trou noir ai mis un temps infini à se former! C’est selon moi ce lien un peu précipité qui est responsable de la première contradiction
2)L’infini n’existe pas dans la nature (en tout cas pas en terme d’énergie ou de masse), on l’utilise cependant comme approximation dans certain modèle physique où des quantités colossales interviennent. Dans le cas du trou noir comme dans d’autres situations les infinis évoqués sont approximatifs. Exceptés le temps infini que l’on est supposé mettre pour atteindre l’horizion et la densité infini du trou noir qui relèvent plus de la notion de limite que de l’ approximation si j’ai bien compris le propos tenu.
Caractère simpliste: Je ne suis pas très renseigné sur l’atmosphère des trous noirs ni leur « aspect réel » mais on peut malgré tout excuser David par rapport à ce genres d’omissions, le format de la vidéo impose des choix dans les sujets à traités.
Je reste ouvert à toute critique de ma réponse, j’ai répondu avec ma logique plus qu’avec de solides connaissance ce qui explique de possibles incohérences.
Bonsoir Marco,
Je trouve vos interrogations très pertinentes et justifiées.
Sachez que nous partageons les mêmes, bien que ma compréhension de ces phénomènes et théories soit très limitée car très récente… Je « découvre »…
Et pour ajouter encore une épice à ce plat déjà très piquant, j’aimerais revenir très brièvement sur la définition même de la lumière (je cite Wikipedia).
— « La lumière est un phénomène physique, un transport d’énergie sans transport de matière »
Qui plus est constituée de photons ou paquet d’onde… de masse nulle !
* Que reste-t-il comme formule ou loi pouvant justifier qu’un corps céleste d’une masse « m », ou courbure de l’espace temps, puisse attirer un photon ? Si quelqu’un a ou connait la démonstration mathématique je suis preneur.
Car il est alors possible de calculer une masse théorique à partir de laquelle un astre va piéger la lumière ?
On en déduit donc une masse théorique de formation d’un trou noir ?
* Si la plupart de nos curieux s’intéresse aux trous noirs les plus gigantesques, peut-être qu’une information capitale se trouve dans le plus petit d’entre eux ?
Tenter un calcul de la masse du plus petit « observable » et la comparer à celle d’étoiles très compactes, en déduire une valeur approximative a partir de laquelle un trou noir se forme (à condition qu’il ne soit uniquement question de masse…). Des travaux de la sorte existent-ils ?
— « L’affirmation « la vitesse de la lumière est constante », n’a de sens que « dans le vide », ce qui est souvent sous-entendu »
* Mais qu’en est-il du milieu d’un trou noir ? Vide absolu ? Atmosphère (sous une forme encore inconnue, comme un nuage de neutrons par exemple) ?
L’idée d’un aspirateur cosmique surpuissant où tout « disparait » ne me plait pas je l’avoue, ça sonne comme une fausse note. On perçoit naturellement que rien ne disparait (tout se « transmet », y compris l’énergie).
La matière (masse) y est attirée soit, c’est indéniable.
En revanche pour ce qui est des rayonnements (y compris la lumière), ne seraient-ils pas déviés (un peu comme suggéré lors des premières tentatives d’observation directe de trous noirs) et non piégés sous l’effet d’un champ « photomagnétique » ? (généré par les conditions extrêmes d’un milieu constitué de neutrons très « énergiques » ?) Ce qui explique par ailleurs la tâche sombre d’un trou noir.
Et pourquoi pas même des rayons lumineux « accélérés » à la lisière de l’horizon des évènements (…oui j’ai osé !!) ?
Encore une fois le « milieu » d’un trou noir n’étant pas défini, on peut tout supposer ?
Albert l’a dit lui-même : « On ne peut résoudre un problème avec les modes de pensée qui l’ont engendré. »
Pardonnez mes bêtises… 😉
Lou.
« La matière (masse) y est attirée (par un trou noir) soit, c’est indéniable. »
Au contraire, c’est complètement faux! La gravitation « n’attire » absolument RIEN! La gravitation est une déformation spatiale comme un tas de sable dans un salon est une déformation du plancher (sauf que c’est contraire). Lorsque vous passez sur le tas de sable, vous montez; dans le cas contraire, vous tombez. Ni le tas de sable, ni son contraire, ne vous a attiré; vous n’aviez qu’à passer ailleurs!
Mais si vous insistez pour y passer, assumez car vous allez tomber à cause de votre propre vitesse de déplacement et non parce que vous y avez été « attiré ».
Superbe video, je prefere meme ta maniere d’expliquer a celle de epenser.
J avais une question : tu parles des vitesses auxquelles on pourrait s’extirper ou pas de la gravitation d’un corps que tu calcules avec les equations de newton je crois, mais cela ne vaut t-il pas que pour des objects sans autre energie que leur energie cinetique (cad juste des objets non motorisés qui serait propulsés) ?
Voilà, c’était l’une des objections que j’avais formulées,
car la lumière n’est pas « motorisée », comme tu le dis, et donc on ne peut pas appliquer le discours sur la limite de « c » aux objets ayant des fusées, de la poussée propre en cours de movement et pas juste qu’au départ comme la lumière. Mais t’inquiète pas, David et l’autre Thibaut, savent juste sermonner sur l’ignorance d’autrui mais ne satisferont pas à ta, et avant : ma, question….
Moi aussi, je goûte mieux David qu’E-penser.
hum, je pensait juste que les limite decrites dans la video s’appliquent a des object sans motorisation, et qu’il serait intéressant d’avoir les calculs avec des vaiseaux, mais cela n’empeche pas qu’un object motorisé n’ira jamais plus vite que c, même avec une surdose d’énergie imaginaire. Dans ce cas la, sa masse du vaisseau augmenterai probablement tandis que sa vitesse resterai plafonné a c.
Le problème n’est pas justement de dépasser la vitesse « c », Keopsis.
Ce problème reste pour tout objet ou rayonnement n’ayant qu’une poussée initiale depuis la surface du trou noir ou depuis une zone équivalent en gravité assez forte, et puis basta. Mais là nous parlons d’objets disposant d’une force d’arrachement continuelle : dans ce cas la vitesse de libération n’est plus « c » mais bien moindre et on peut sortir de l’horizon sans ! atteindre « c » ; surtout si l’on vient de le franchir vers l’intérieur et qu’il suffit juste de rebrousser chemin pendant quelques mètres pour le franchir à nouveau mais vers l’extérieur. Se limiter à penser à une seule vitesse de libération (égale à « c ») est, à mon avis, l’erreur majeure d’une telle description du trou noir.
La deuxième erreur est de ne pas y voir une complexité, par exemple en imaginant une atmosphère très dense sous l’horizon et au-dessus de lui, permettant comme un tremplin aux photons de fuir le trou noir.
Marco
Il y a des vents solaires dûent aux energie en déplacement e=m…
Vents de photons *
La poussée générée par un moteur peut être traduit comme une force et donc s’adapter aux équations newtoniennes!
« mais cela ne vaut t-il pas que pour des objects sans autre energie que leur energie cinetique »
Je ne connais pas d’autre « moteur » que celui de l’énergie cinétique individuelle (vitesse propre) puisque les « volume de matière » (et non les masses) ne s’attirent pas. Une exception qui donne une propulsion à un objet est lorsqu’il approche derrière une planète, la vitesse de la déformation spatiale de la planète s’ajoutera à la vôtre. Si vous l’approchez par devant sa vitesse bloquera la vôtre et s’en soustraira. Si je me rappelle bien, c’est là, la seule occasion possible d’un changement de vitesse d’un objet.
C’est d’ailleurs pour ça que la gravitation d’une galaxie n’a rien à voir et n’a aucune influence sur la vitesse des étoiles qui sont en orbite. Lâchez Newton une fois pour toutes.
Bonjour, pouvez-vous m’éclairer sur pensée qui pique ma curiosité. Si aucune particules n’arrive à revenir une fois l’horizon d’un trou noir franchi, ne serait-il pas imaginable via de l’intrication quantique de récupérer des données sur une particule ayant franchis cet horizon? Autrement dit qu’est ce qui empêcherait dans ce cas les données que comporte l’état de la particule intriquée de passez d’une particule A derrière l’horizon à une particule B intriquée avec A restée à l’extérieur?
PS: Merci pour ces vidéos et billets intelligents sur des sujets passionnants.
Pour intriquer tu dois mettre les deux en interaction locale d’ abord ensuite tu dois l’ envoyer dans un trou noir à des centaines d’ années lumieres donc bon … avec un mini trou noir au cern pendant un court moment peut etre !
Excellente note additionnelle. Je n’avais jamais fait attention au fait que l’argument de la vitesse de libération (combiné avec la relativité restreinte) avait une telle faille !
Bonjour,
Pour la partie avec la gravitation newtonienne et le moteur : Il est dit que « avec un moteur suffisant, on peut s’arracher de n’importe quel astre sans jamais avoir à atteindre sa vitesse de libération. » Ainsi, on pourrait échapper à la force d’attraction d’un trou noir, soit. Mais ce moteur devrait tout de même « battre » la vitesse de libération, non ?
Si, avec une force d’attraction de 100m/s je me déplace à 100m/s alors, sans force d’attraction, je serai capable de ma déplacer à 200m/S ?
Alors si ce moteur est capable de s’échapper à la force d’attraction d’un trou noir, cela ne signifie-t-il pas qu’il se déplace au delà de la vitesse de la lumière ?
Je suppose évidemment que la réponse à la question est non, et que mon raisonnement est faux. Cependant, j’aimerai bien comprendre en quoi.
En tout cas, merci pour cette vidéo et ce billet très intéressant =)
« Si, avec une force d’attraction de 100m/s je me déplace à 100m/s alors, sans force d’attraction, je serai capable de ma déplacer à 200m/S ? »
Sans gravitation (et non force d’attraction) avec un moteur t’ayant permis de faire de 100m/s en gravitation, tu subirais une « accélération » constante.
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Mais qu’arrive-t-il si un trou noir est la conséquence d’un affaissement de la métrique d’un volume d’espace?
L’affaissement de cette métrique possède sa limite qui est celle de la distance de Planck; non?
Ce qui laisse entrevoir la possibilité que la processus de formation d’un trou noir est exactement le processus inverse de l’expansion de l’univers. Curieux tout de même?
Bonjour,
Il y a trois choses que je n’ai jamais compris avec les trous noirs, enfin disons que j’ai compris quelque chose mais ça me semble incohérent avec le reste, et donc je ne sais pas si c’est quelque chose de connu et que les gens passent sous silence ou quelque chose que je n’ai pas compris et de trop stupide pour que les gens en me répondent pas.
Habituellement soit je n’ai pas de réponses soit mes posts se font virer quand je pose ces questions :
1. La singularité.
D’où vient l’idée qu’il y a effondrement gravitationnel en un point unique ? Une fois une certaine densité les pressions de dégénérescence qu’il y a dans une étoile à neutron ne suffisent plus à éviter l’effondrement. Mais qui dit qu’il n’y a pas un autre mécanisme encore inconnu qui se manifeste vu que personne n’a de résultats expérimentaux dans un sens ou l’autre ? En quoi penser que des fermions puissent se superposer dans le même endroit semble plus logique qu’un mécanisme encore inconnu ? Alors que normalement c’est un comportement qu’on attendrait plutôt de bosons, non ? Ou alors on dit implicitement que la physique quantique telle qu’on l’a connaît n’a plus court à cet endroit.
2.Le rayonnement Hawking
Comment peut on appliquer la physique quantique au voisinage de l’horizon d’un trou noir -voir remarque du point précédent- alors qu’aucune expérience de physique quantique n’a été faite ailleurs que sur terre ? Qui dit que la courbure n’a pas d’influence ? Ne faut-il pas attendre au moins des expériences sur un objet terrestre satellisé autour du soleil pour pouvoir en conclure quelque chose ?
3. La formation des trous noirs
Un observateur tombant dans un trou noir ne dépasse jamais l’horizon pour un observateur lointain. Il met un temps infini pour sa chute. De là j’en déduis que quand il y a effondrement gravitationnel d’un astre qui n’est pas un trou noir et qui pourrait le devenir, pour un observateur lointain le temps nécessaire pour qu’un horizon se forme est infini. De là impossibilité d’avoir des trous noirs, à part les primordiaux, de notre point de vue d’observateur terrestre lointain.
J’ai une interrogation sur le ralentissement lorsqu’on approche de l’horizon : pour un observateur lointain, un objet qui tombe vers l’horizon ralentit de plus en plus et ne semble jamais l’atteindre (il doit aussi baisser en luminosité et se décaler vers les bases longueurs d’onde).
Je ne vois que deux manières de comprendre cela :
1) L’objet tombe en vérité « à vitesse normale » (pour l’observateur) et traverse l’horizon comme si de rien n’était, mais les rayons lumineux qu’il émet en arrière (avant de traverser l’horizon) ont de plus en plus de mal à s’extraire, et mettent de plus en plus de temps à atteindre l’observateur lointain (jusqu’au temps infini). Donc dans la réalité, l’objet a traversé l’horizon, et c’est juste que l’observateur ne reçoit pas les « bonnes images » (illusion d’optique en quelque sorte)
ou
2) Par rapport à l’horloge de l’observateur lointain, le temps au voisinage de l’horizon ralentit de plus en plus jusqu’à s’arrêter, et c’est cela qui explique que la lumière émise par l’objet en arrière, vers l’observateur, mette de plus en plus de temps à lui parvenir. Mais ce ralentissement fait que, pour l’observateur l’objet ne traverse réellement jamais l’horizon. Ce qu’on voit de l’extérieur est la réalité.
A vrai dire, elles semblent toutes deux assez foireuses… comment présenter correctement les choses ?
Bonjour David,
Premièrement merci pour cette vidéo comme d’habitude accessible et fluide dans son explication.
Deuxièmement, je souhaiterais soumettre une suggestion pour une suite logique à cette vidéo qui pourrait être un approfondissement : reprendre les informations supplémentaires fournies par S.Hawking dans son livre « Dernières nouvelles des trous noirs ». Je pense notamment au principe de supertranslation (ou qu’on pourrait appeler vulgairement principe holographique) et l’idée selon laquelle les informations tombées dans un trou noir seraient stockées selon ce principe, en moins de dimensions qu’elles ne l’étaient initialement.
Je trouve cette idée et ses perspectives très intéressantes mais cela nécessite une vulgarisation assez pointue j’imagine.
Ensuite, autre sujet qui n’a rien a voir : j’aimerais connaitre un ouvrage (livre, cours sur internet,…) sérieux et accessible, me permettant de comprendre l’influence de ces 2 paramètres sur l’écoulement du temps propre (entre 2 personnes):
– l’influence de la vitesse
– l’influence de la gravité (ou courbure de l’espace-temps)
Je suis intéressé par un tel ouvrage/cours pour comprendre l’inégalité triangulaire dans un espace minkowskien (qui est l’inverse de celle d’un espace euclidien).
J’aimerais grâce à ce cours par exemple calculer la variation de temps propre entre 2 personnes dans ces deux cas:
– cas ‘simple’ d’une restant sur terre, l’autre restant en orbite
– cas ‘plus complexe’ de deux personnes tombant dans un trou noir : l’une suivant une géodésique, l’autre faisant tout pour maximiser sa trajectoire le plus loin possible du centre du trou noir.
Cela me permettrait de répondre a ces questions que je me pose :
– Comment la vitesse/la gravité influent sur la dilatation du temps propre et lequel des 2 paramètres influe le plus sur celui-ci ?
– Comment arriver à se représenter que en tombant dans un trou noir la personne suivant la géodésique arrivera plus tard au centre que celle essayant ‘de se débattre’ ?
Merci d’avance
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Hello, j’arrive avec un peu de retard, mais juste pour dire que si tu mets ‘les mains dans le cambouis’, ça donne encore une démonstration avec les mains 😉
Comment après formation d’un trou noir peut-on le voir “grossir”? En effet, quelqu’un qui va vers un trou noir se verra engloutir par celui-ci après avoir été ou non “spaghettifié”, mais pour un observateur lointain ce pauvre homme n’atteindra l’horizon du trou noir qu’en un temps infini. Dès lors comment est-il possible que l’on puisse constater le phénomène ? Le rapprochement d’un objet de n’importe quelle masse (chute universelle) on le verrait jamais rentrer dedans, et tous les objets s’accumuleraient à l’horizon du trou noir et rayonneraient un spectre que l’on serait susceptible de détecter… non ?
Je comprends donc la formation d’un trou noir mais pas son évolution, quelqu’un pourrait-il me donner des pistes pour d’éventuelles explications? Merci d’avance 🙂
Bien déjà les termes d’ infini et détéction doivent etre tempérés; la durée de vie du trou est indéfinie car il pourrait très bien se voir modifier de forme et le fait que l’ on ne puisse observer directement tous les effet d’ un trou vivant, dépend surtout de la nouveauté des théories à son égard.
La rétine est un trou noir et pourtant nous n’ observons pas infiniment la lumière qui y est absorbée, seulement un amas de coloration dense pour lequel les environnements ne nous semble pas déformés à notre échelle, voire à notre compréhension.
L’ interpretation du mouvement des objets lointains autour des trous du cosmos est plus aisée.
Il faut aussi prendre en compte les très nombreuses fréquences de lumière que nous ne captons pas naturellement (infrarouges et ultraviolets).
Pour terminer, il n’ y a pas que de l’ absorbtion de matière inérante aux trous, il y a aussi et surtout, de la gravitation tel une étoile d’ un système à un degrès gigantesque comprennant l’ attraction démesurée de galaxies gravitantes ainsi que la déviation des objets voyageants sans pour autant les absorber.
Voilà ce que j’ ai compris du phénomène … puis voilà comment l’ on peut identifier ces drôles d’ objets parmi les astres … et à partir de supertelescopes …
bonjour! dans cette video, on aperçoit un diagramme que l’on rencontre souvent mais je n’ai jamais trouvé d’éxplication qui me permette de le comprendre. peut tu faire un billet la -dessus? ce serait super!!!
merci
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Bonjour,
J’ai une question relative à la singularité centrale du trou noir, et sur sa réalité physique. La solution de Schwarzschild est une solution à l’équation du champ dans le vide, avec comme hypothèse une métrique invariante dans le temps et invariante par rotation et donc décrit l’espace vide autour d’une matière à répartition sphérique. Ce qui me dérange ensuite, c’est de pousser le modèle jusqu’à r = 0. Cela me fait penser à un exo qu’on donne aux étudiants sur la force de gravitation de newton à l’intérieur d’une planète : si on pousse la force en 1/r2 jusqu’en r = 0, on a une singularité ! Elle disparaît évidemment quand on s’aperçoit qu’on est à l’intérieur de la matière en dessous du rayon de la planète. De la même façon, la singularité centrale du trou noire me fait penser à un modèle qu’on pousse jusqu’au bout, alors qu’on en n’a pas le droit, et ainsi que la singularité centrale n’est pas physique : si on se trouve dans une région de l’espace qui n’est pas vide, l’équation du champ n’est plus Rμν = 0 et la solution n’est plus celle de Schwarzschild, non ?
Me trompe-je ? L’interaction électromagnétique, ainsi que les interactions nucléaires ne deviennent-elles pas prédominantes quand on cherche à décrire ce qui se passe pour des coordonnées radiales faibles ? (tenseur Tμν≠0)
Bonjour à tous,
Je vais probablement poser une question bête mais bon:
Au centre d’un trou noir ou d’un soleil, la gravité ne devrait-elle pas être nulle ? Puisque la masse n’est plus « vers le bas » mais répartie tout autour de façon « homogène » ?
Par analogie, la courbure de l’espace-temps s’annule t-elle au cœur du trou noir plutôt que de tendre vers l’infini ?
Moi ce que je me demande : est-ce que les trous noirs ‘bougent’ dans l’espace? Qu’ils puissent être sensible à la gravité universelle. Ou bien ils sont statiquent puisque doté d ‘une force gravité quasi-infini? Et quand deux trous noirs s’attirent pour fusionner, en réalité c’est qu’ils absorbent l’espace entre eux; donnant l’illusion qu’ils se rapprochent l’un l’autre?
C’est dommage, les images ont disparu de ce billet de blog !