Trous noirs pas très clairs

[Mandimby]

Bonjour,

J'aimerais bien trouver quelques éléments de réponse aux questions suivantes :

Tout objet ayant le malheur de se trouver à l'intérieur de l'horizon est attiré inexorablement vers la singularité :l'objet se comprime-t-il jusqu'à la taille d'un point?Quelles sont les transformations au niveau du trou noir(Ex:masse ...)?Un trou noir peut il tout engloutir?
Quelles sont les différences entre trou noir tout court et quantique(Ex:évaporation...)?Q ue se passerait-il si un trou noir quantique rencontre un objet macroscopique(Ex:être humain)?

Merci

[Deedee81]

Bonjour,

Tout objet ayant le malheur de se trouver à l'intérieur de l'horizon est attiré inexorablement vers la singularité :l'objet se comprime-t-il jusqu'à la taille d'un point?

En théorie, oui. Du moins pour la relativité générale.
Mais cela ne doit être valide que jusqu'un certain.... point
Mais jusqu'à une taille subatomique en tout cas.
Et avec des effets de marrée à peines concevables.

Evidemment, on va avoir du mal à aller vérifier

Quelles sont les transformations au niveau du trou noir(Ex:masse ...)?

Ca augmente ça masse
(sauf cas tordus, mais restons simples).
Ca peut modifier aussi sa rotation et sa charge
électrique (et rien d'autre, un trou noir est
entièrement caractérisé par ces trois paramètres).

Un trou noir peut il tout engloutir?

Oui, même les belles mères
Même les ondes gravitationnelles !

Quelles sont les différences entre trou noir tout court et quantique(Ex:évaporation...)?

Hé bien, à ma connaissance la seule différence est l'évaporation, justement.
Mais, bon, en sait-on vraiment plus ? La gravité et la
mécanique quantique posent encore quelques (!) problèmes
d'unification.

Sinon, attention, tout est quantique.
Et même un très gros trou noir est aussi quantique,
mais avec une évaporation infime, indétectable.

Que se passerait-il si un trou noir quantique
rencontre un objet macroscopique(Ex:être humain)?

Je suppose alors que tu veux surtout parler d'un "petit" trou noir ?
(comme je dis ci-dessus, il n'y a pas deux sortes
de trous noirs, seulement deux descriptions, quantique
et non quantique, des trous noirs).

S'il a une taille atomique, ma fois il ne se passerait pas
grand chose. Outre qu'il s'évaporerait très vite, son
attraction ne serait pas bien méchante. On ne
le sentirait même pas passer.

S'il a la taille d'un petit pois, gaffe, ce serait
aussi vilain que de se faire transperser par une balle
de révolver.

Et si c'est un plus gros, disons de la taille d'un ballon
de foot, on se ferait même carrément absorber. Quelle
mort horrible

[Mandimby]

Toutes ces réponses sont très interessantes merci!
Mais ce que je ne comprend pas ourquoi les trous noirs peuvent-ils s'évaporer alors que théoriquement rien ne peut "s'évader" d'un trou noir ?Est ce un coup de la mécanique quantique ou c'est moi qui ne comprend pas bien ce que veut dire ici "évaporation"?

[Garion]

En fait le vide est à l'échelle quantique le lieu de naissance/annihilation de couples de particules/antiparticules en continue.
Si cela se produit très près de l'horizon du trou noir, les effets de marées peuvent séparer le couple et une particule va vers le trou noir, tandis que l'autre s'échappe.
Je n'ai jamais très bien compris pourquoi on considère que c'est l'anti-particule qui va vers le trou noir tandis que la particule s'échappe, mais cela aboutit à un rayonnement extérieur et à la baisse de la masse du trou noir.
Plus le trou noir est petit, plus les effets de marées sont importants, donc plus il s'évapore vite.

Si quelqu'un pouvait m'éclaircir sur la "dissymétrie" particule / antiparticule de ce phénomène, ça m'intéresse. Je me doute que ça doit être lié au fait que ces particules sont virtuelles, mais bon...

[Coincoin]

Il n'y a pas de dissymétrie. C'est simplement que la particule ou l'antiparticule qui est à l'extérieur du trou noir repart avec une certaine énergie, qu'elle a piquée au trou noir.

[Garion]

Il n'y a pas de dissymétrie. C'est simplement que la particule ou l'antiparticule qui est à l'extérieur du trou noir repart avec une certaine énergie, qu'elle a piquée au trou noir.

Merci, mais c'est quand même flou pour moi.
Comment peut-on piquer de l'énergie dans le trou noir puisque rien ne peut en sortir.
En fait, je pense que je ne connais pas assez bien le phénomène de fluctuation quantique.
Quand un couple de particule/antiparticule est créé. Est-ce qu'elles s'annihile entre elle ou avec d'autres couples ?
Si c'est entre elles, est-ce qu'a leur création elles partent dans un sens opposé ? Dans ce cas qu'est-ce qui fait qu'elles se retrouvent ?
Et finalement, d'où vient leur énergie ? Elles ont toutes les deux une énergie positive, puisqu'a ma connaissance l'énergie négative n'existe pas.
J'imagine que cela provient de l'énergie du vide, mais dans ce cas là, l'énergie est piquée au vide, pas au trou noir.

Merci si vous pouvez m'éclaircir là dessus.

[Coincoin]

Regarde donc ici : http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89v...ent_de_Hawking

L'idée, c'est que la particule qui est capturée par le trou noir a une énergie négative, qui va faire baisser la masse du trou noir, tandis que l'autre particule, d'énergie positive, va pouvoir s'enfuir.

[Garion]

Merci pour le lien (je m'en veux de ne pas avoir eu le réflexe de chercher moi-même).

Toutefois je retombe un peu sur le même problème avec les explications :

"De façon heuristique, l'énergie de la paire particule anti-particule, mesurée par un observateur situé loin du trou noir est négative, du fait que les deux particules sont piégées dans le puits de potentiel du trou noir."

Pourquoi ?

"De façon schématique, il est possible que la répartition d'énergie au sein de la paire particule anti-particule donne à l'une des deux une énergie qui serait considérée comme positive par un observateur distant, c'est-à-dire lui permettant de s'échapper de son champ gravitationnel. Dans un tel cas, l'absorption de l'autre particule peut être vue comme l'absorption d'une particule d'énergie négative, produisant une diminution de sa masse."

Mais pourquoi ce serait la particule d'énergie négative qui serait absorbé et celle d'énergie positive qui s'échapperait ? Pourquoi pas le contraire ?
Dans ce cas là masse du trou noir diminuerai tandis que la particule d'énergie négative finirai par interagir avec une particule du reste de l'univers et ainsi ce serait l'énergie du reste de l'univers qui diminuerait.

Merci d'avance.

[Coincoin]

Dans le cadre de la mécanique newtonienne (pour faire simple), l'énergie potentielle de gravitation est -GM/r où M est la masse du trou noir, r la distance au centre et G la constante de gravitation. Un corps ayant une énergie positive aura alors suffisamment d'énergie pour s'échapper, c'est-à-dire aller en r=infini où l'énergie potentielle est nulle. Tandis que la particule d'énergie négative ne pourra pas sortir du puits de potentielle, comme un satellite en orbite autour de la Terre qui n'a pas assez d'énergie pour s'échapper.

[Deedee81]

Bonjour,

Mais pourquoi ce serait la particule d'énergie négative qui serait absorbé et celle d'énergie positive qui s'échapperait ? Pourquoi pas le contraire ?

Question intéressante et les calculs ne sont franchement
pas très éclairant. Voilà un truc pas trivial à
vulgariser.

Moi je trouve que l'explication utilisant le principe d'incertitude
est pas mal. Lorsqu'une paire particule/antiparticule
apparait puis disparait ("fluctuation" du vide), l'énergie
totale dépend de la durée de vie de la paire de particule.
Plus le temps est court (et donc précis, au pire
la durée de vie du couple) plus l'incertitude sur l'énergie
est élevée (principe d'incertitude de Heisenberg
appliqué au couple de variables énergie - temps).
Ce qui autorise l'existence de cette fluctuation.

Normalement, l'énergie d'une particule (non virtuelle)
est toujours positive. Toutefois, une existence très
courte (comme dans le cas d'une particule virtuelle)
peut impliquer de grandes fluctuation dans l'énergie
et éventuellement de l'énergie négative.
Ceci n'est vrai que si la particule n'existe qu'un
temps très court.

Si le couple est au bord de l'horizon, une particule
d'énergie négative peut être absorbée par le TN
et l'énergie positive s'échapper.

Pourquoi pas l'inverse ? Car la particule qui
s'échappe a alors une grande durée de vie et
son énergie ne peut être que positive (l'incertitude
sur l'énergie est alors très très faible, et comme
l'énergie c'est mc² + l'énergie cinétique, elle
est positive). L'inverse est tout simplement
interdit ou inexistant.

Pourquoi cela ne pose-t-il pas de problème pour
l'autre ? Car sa durée de vie est infime !!!!
Pour un observateur extérieur, cette particule
ne traverse même pas l'horizon. Elle se "fige",
son temps "s'arrête".
Pour la particule (ou un observateur collé à
la particule) elle passe l'horizon et fonce
sur la singularité en un temps très court
(du moins pour un TN de taille raisonnable,
pour les TN supermassifs ça peut prendre
des heures de calvaire )

Et comme le bilan, sur une longue durée
(toujours ce principe d'incertitude) ,
donne une énergie environ égale à zéro,
on n'aura jamais une particule d'énergie positive
tombant dans le TN (pour une fluctuation quantique,
bien sûr). Ceci justifie aussi qu'on n'observe
pas de très "longues" fluctuations sans TN
car la particule d'énergie négative ne peut
"vivre" que peu de temps.

Notons que la durée pour atteindre la singularité
justifie aussi qu'un TN massif évapore beaucoup moins.
Et pour un observateur extérieur, les effets de marrée
étant nettement plus faibles (près de l'horizon) pour
un TN très massif, la "pellicule" près de l'horizon
où l'on voit la particule se figer est plus fine
donc moins de paires produites.

P.S. : pour ce dernier paragraphe, je suis moins
sûr de la validité du raisonnement. Mais, bon, ça marche,
alors ne nous gênons pas, c'est de la vulgarisation

Voilà, c'est intuitif mais j'aime bien

[Acme]

Bonjour,

S'il a une taille atomique, ma fois il ne se passerait pas
grand chose. Outre qu'il s'évaporerait très vite, son
attraction ne serait pas bien méchante. On ne
le sentirait même pas passer.

Je pense que tu voulais dire microscopique ?

Parceque si on prend par exemple un trou noir (de Schwarzschild) de la taille d'un atome d'hydrogène :

Sa masse serait de :

Son temps d'évaporation serait de : , ce qui n'est pas spécialement très rapide.

Au niveau de l'horizon l'accélération de la pesanteur serait de : .

A 2m (un être humain) elle serait encore de : , bon il ne vaudrait mieux pas poser le pied dessus.

Il y aurait aussi un autre petit problème avec sa température de l'odre de : .

Mais bon, à part les trous noirs primordiaux, on ne sait pas comment il pourrait s'en former d'aussi petit.

[Deedee81]

Bonjour Acme,

Waw, costauds les chiffres. Merci de l'application numérique, c'est éclairant.

Et il y a aussi les destructeurs effets de marrées d'autant plus violents, à l'horizon, que le TN est petit. Je l'avais oublié ça.

Mais bon, à part les trous noirs primordiaux, on ne sait pas comment il pourrait s'en former d'aussi petit.

Bien entendu,
Et les trous noirs primordiaux restent hypothétiques.

Bon, sur ce, j'y vais.
A demain tout le monde