Quel est le... "mouvement" d'un trou noir ?

[invite6fbb19b9]

Bonjour à tous,
c'est mon premier passage sur ce forum, disons que j'ai toujours plein de questions, et depuis le temps que j'y pense, je me suis enfin décidé à m'inscrire ici. J'espère que mes piètres questions d'amateur ne vous paraîtront pas trop ridicules... disons qu'avec le peu (doux euphémisme) de connaissance que j'ai, il m'est très difficile (enfin impossible plutôt) de raisonner par moi-même, une aide extérieure me serait d'un grand secours.

Pour commencer, lorsqu'on tient compte du mouvement d'un soleil dans sa galaxie, je me demande bien ce qu'ils se passe si ce soleil venait à former un trou noir. Ou même, un de ces fameux mini-trou noirs au sein d'un système solaire. Il me semblerait presque absurde de l'imaginer continuer tourner dans ce système solaire, influencé par une force de gravité bien inférieure à la sienne, alors qu'il influe lui-même le mouvement de tout ce qui s'en approche, lumière comprise. On pourrait donc très bien l'imaginer stationnaire, mais que veut dire cet étrange mot, "stationnaire", dans un univers en pleine expansion ? Quel serait le référentiel ? Est-ce que le trou noir se déplace de la même manière que le corps qui est à son origine ? Est-il stationnaire ? Et si oui, par rapport à quoi ?
Et... allez, tant qu'on y est, faisons-nous plaisir... s'il est en mouvement, l'est-il aussi sur lui-même ? Et est-ce que cette question a encore un sens, appliquée au trou noir ?
Merci d'avances pour vos réponses éclairées ! Les choses qu'on ne comprend pas sont toujours si intéressantes !
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[inviteede6f437]

Bonjours mkmk,

Très bonne curiosité.

''Les trou noir'' de Jean-Pier Luminet serrait un livre que tu saurais apprécier.

En premier lieu, il n'y a pas de soleil en dehors de notre système solaire, mais bien des étoiles dans des systèmes stellaire.

On peut, théoriquement, formé un trou noir avec n'importe quelle masse: Il suffit juste de comprimé asse la masse pour que la force gravitationnelle croit jusqu'à formé un horizon: Le rayon d'un trou noir (le rayon de Schwarzschild) est proportionnel à sa masse.

Si on comprimerais le soleil assez pour que l'effondrement gravitationnelle se crée (environ 3 km de rayon), le trou noir n'influencerait pas l'orbite des planètes autour. Car en créant le trou noir en diminuant le rayon de l'étoile, tu auras éloignée les planètes de la bordure de leur l'étoile central et la force de gravité décroit proportionelllement avec le carré de la distance.

Bref, C'est la masse du trou noir qui est dangereux pour nous.

[rikarena]

Salut. Bienvenu.

Si le soleil se changeait en trou noir du jour au lendemain, à masse égale il ne se passerait pas grand chose.
Les planétes continueraient de tourner au tour comme si de rien n'était.

La force que celui-ci exercerait sur les corps seraient la même.

En revanche plus on se rapprochera de celui-ci, plus la vitesse de libération augmentera.

Vitesse de liberation: racine carrée (2 GM/D) G la constante universelle, M la masse du corps , et D la distance.

On remarque qu'à un moment la vitesse de liberation depasse celle de la lumiére avec un D petit. C'est l'horizon du trou noir, à partir duquel rien ne peut en sortir.

Aprés la Relativité générale doit donner des résultats beaucoup plus précis.
C'etait histoire que tu comprennes que si une étoile s'effondre jusqu'à ce que son rayon soit inférieur à une certaine valeur il y a existence d'un trou noir.

Mais aprés c'est vrai que dans la litterature, les images etc... on voit des étoiles aspirées par un TN faisant de longues spirals.

Honnetement je connais pas tous les mécanismes. Je ne suis qu'en Licence 3 de physique.

Mais à mon avis il s'agit de TN supermassif où les étoiles aspirées n'ont pas une vitesse suffisante par rapport au TN.


Mais les trous noirs liés à un effondrement d'etoiles massives sont relativement innofensif pour le reste de la galaxie. Dans le sens ou à une distance éloignée gravitationelement il se comporte comme l'ancienne étoile.

Par contre il serait succeptible de " grossir " en apsorbant les nuages de gaz sur sa route.

Sinon tu te prends trop la tête sur les référentiels. Le TN conserverait exactement la même orbite que l'ancienne étoile par rapport au centre de la galaxie.

Et pour ce qui est de la dilatation de l'univers je n'ai pas trop compris.

Il faut comprendre qu'il n'y a aucune dilatation des corps solides.
La " force " ( ce mot ne correspond pas mais je le mets pour que tu comprennes) ne l'emporte pas sur la force gravitationnel. Ou sur toute autre force de cohésion.

Donc la dilatation s'opére sur l'espace à l'extérieur des corps. Et même à l'exterieur des galaxies. Car les interactions entre étoiles sont toujours préponderantes.


Un trou noir stationnaire? Cela veut dire que sa vitesse par rapport à un quelque chose est nulle.

Mais je ne vois pas de quelque chose qui pourrait avoir une vitesse nulle par rapport au trou noir. Tu veux peut-être parler de trou noir au centre de la galaxie?

Peut-être que le barycentre de la galaxie peut se trouver à l'intérieur... mais dans ce cas tous les astres qui composent la galaxie tournent autour.

Et un trou noir a un moment cinétique. J'imagine. Donc il doit etre en rotation...

[invite6fbb19b9]

Bonjour, merci pour vos réponses.
Oui, je sais bien qu'un trou noir n'absorbe pas ce qui se trouve en-dehors de son horizon, disons que j'avais peut-être une vision un peu simpliste du trou noir. Au fait, considérant le trou noir comme un "trou dans le continuum spatio-temporel", je l'imaginais échapper au contexte dans lequel il se trouve... un peu comme s'il y en avait un dans notre système solaire, je me demandais s'il tournerait toujours autour du soleil. Ou si au contraire sa force de gravité si imposante annulerait en quelques sortes celle qui le ferait tourner comme les autres astres de notre système. Et justement c'était là le paradoxe : s'il ne se déplaçait plus, pourquoi se déplacerait-il au sein de notre galaxie comme toutes les étoiles qui en font partie ? Ainsi de suite. Et comme il n'y a pas de coordonnée géographique absolue dans l'univers, comme on ne peut pas "quadriller" l'univers, à partir de quoi aurait-on pu prétendre qu'il soit totalement statique, par opposition aux autres corps, toujours en mouvement ? C'était pour cette raison que je parlais de référentiel ou d’expansion de l'univers, pour souligner que dans la mesure ou le "sur-place absolu" n'existe pas, ma vision du trou noir était paradoxale.

Concernant mon autre question où je demandais si le trou noir était en mouvement sur lui-même, je pense que cette image utilisée dans la SF où on y voit à l'intérieur de longues spirales s'en rapproche bien... quand on considère que notre soleil tourne sur lui-même, je me demandais, si celui-ci était plus gros (assez pour former un trou noir), si le trou noir lui-même poursuivrait toujours la même rotation sur lui-même. D'un côté ça pourrait sembler assez logique, d'une autre part, Stephen Hawking disait que la nature du trou noir est assez indépendant de celle du corps (ou des corps) qui l'a (ont) formé. Parce que le trou noir perd une grande proportion d'information de ce qui est à son origine.

MikaeruSama, je prends bonne note du livre de Jean-Pierre Luminet.

En tout cas merci de vos réponses.

[A voir en vidéo sur Futura]

[S321]

Au fait, considérant le trou noir comme un "trou dans le continuum spatio-temporel", je l'imaginais échapper au contexte dans lequel il se trouve...

Le problème c'est que ces mots de "trou dans le continuum spatio-temporel" donnent un résultat assez poétique et très impressionnant. Mais le fait est que s'ils veulent dire quelque chose, vous ne les comprenez pas.
Vous vous représenter le trou noir comme quelque chose que vous ne comprenez pas. C'est normal que vous ayez des difficultés à partir de là.

Vous pourriez plus simplement considérer un trou noir comme un corps céleste comme les autres.

Un peu comme s'il y en avait un dans notre système solaire, je me demandais s'il tournerait toujours autour du soleil.

Si le trou noir tourne autour du soleil où le soleil tourne autour du trou noir ne dépend que de la masse de celui-ci.

Ou si au contraire sa force de gravité si imposante annulerait en quelques sortes celle qui le ferait tourner comme les autres astres de notre système.

Un trou noir n'est pas nécessairement extrêmement massif. Si vous avez un trou noir qui fait une masse solaire, alors il va se comporter exactement comme le soleil d'un point de vu gravitationnel à grande distance.
C'est seulement à très courte distance que l'attraction gravitationnelle devient colossale, cette attraction étant inversement proportionnelle au carré de la distance entre les deux corps considérés.

Et justement c'était là le paradoxe : s'il ne se déplaçait plus, pourquoi se déplacerait-il au sein de notre galaxie comme toutes les étoiles qui en font partie ?

Ce n'est pas un paradoxe. Vous posez comme hypothèse que le trou noir est immobile, or il ne l'est pas. C'est juste que l'hypothèse est fausse.

Et comme il n'y a pas de coordonnée géographique absolue dans l'univers, comme on ne peut pas "quadriller" l'univers, à partir de quoi aurait-on pu prétendre qu'il soit totalement statique, par opposition aux autres corps, toujours en mouvement ?

Toute les théories physiques annoncent qu'il n'y a rien qui puisse être considéré comme absolument statique.
Si vous vous placez dans le référentiel d'un de vos corps en mouvement alors c'est ce corps en mouvement qui va être immobile et votre corps précédemment statique va être en mouvement.

Concernant mon autre question où je demandais si le trou noir était en mouvement sur lui-même, je pense que cette image utilisée dans la SF où on y voit à l'intérieur de longues spirales s'en rapproche bien...

Les spirales que vous voyez ne sont pas le trou noir mais son disque d’accrétion. C'est à dire de la matière autour du trou noir en train de s'y faire engloutir.
Ce disque d'accrétion à un mouvement de rotation, mais c'est le cas pour le trou noir lui-même aussi.
Ne serait-ce que par le principe de conservation du moment cinétique, lorsqu'une étoile qui tourne dégénère en trou noir il faut bien que quelque chose continue à tourner.

[rikarena]

A mon avis il veut peut être parler de ce qu'il y a à l'intérieur du TN.
Où on pourrait faire le raisonnement suivant:

Si l'interaction gravitationnel voyage à la vitesse de la lumière ( ce qui est vrai) alors ce qui est à l'intérieur du trou noir ne peut être lié par interaction à un corps à l'extérieur.

Moi le paradoxe je le verrais plustôt là.

[papy-alain]

Si l'interaction gravitationnel voyage à la vitesse de la lumière ( ce qui est vrai) alors ce qui est à l'intérieur du trou noir ne peut être lié par interaction à un corps à l'extérieur.

Ca ne veut rien dire. L'interaction gravitationnelle entre la Terre et le Soleil agit aussi à la vitesse c. Ca ne veut pas dire qu'il n'y a pas de lien entre les deux.

[xxxxxxxx]

Ca ne veut rien dire.

salut

en tout cas j'ai pas compris ce qu'il voulait dire si ça veut dire quelque chose

L'interaction gravitationnelle entre la Terre et le Soleil agit aussi à la vitesse c. Ca ne veut pas dire qu'il n'y a pas de lien entre les deux.

euh si ce lien c'est une sorte de corde "non matérielle" tendue entre le soleil et la terre et c'est bien pour ça qu'elle reste sur orbite

[papy-alain]

euh si ce lien c'est une sorte de corde "non matérielle" tendue entre le soleil et la terre et c'est bien pour ça qu'elle reste sur orbite

Oui, c'est ce que je disais. (relis lentement )

[xxxxxxxx]

oups oui

[rikarena]

Je n'affirme pas quelque chose. J'essayais de degager un petit paradoxe ( mais qui trouve surement son explication dans la RG).

Quand on a deux corps liés gravitationnellement, on applique la formule toute bête de Newton.

Mais comme toute interaction, celle-ci ne peut s'établir plus vite que la vitesse de la lumière.


Alors pour qu'il y ai liaison gravitationnelle d'un TN avec un autre astre ( le tout vérifiant la loi des actions réciproques).
Il faut qu'il y ai un couplage entre les deux corps. " l'un doit sentir l'autre".

Le paradoxe est le suivant:

comment un corps peut-il sentir l'influence d'un trou noir ( en considérant que la masse est située à l'interieur du trou noir) alors que les hypothétiques gravitons voyagent à c maximum?

la masse située à l'intérieur d'un TN ne devrait pas avoir d'influence sur les corps extérieurs vu que rien ne peut sortir du TN.

A moins qu'on considére que tout est projeté sur la surface du trou noir.

Je verrais bien une anologie avec les surfaces de GAUSS où la charge electromagnétique est concentrée sur la surface extérieur.

D'ailleurs en L2 on avait fait un exo où on retrouvait toutes les lois de gravitations et de mouvements des astres par les théorêmes de Green-ostrogradsky, de Stokes etc...

[papy-alain]

la masse située à l'intérieur d'un TN ne devrait pas avoir d'influence sur les corps extérieurs vu que rien ne peut sortir du TN.

L'erreur de ton raisonnement vient de là : rien ne peut sortir du TN sauf les gravitons (s'ils existent).
A longue distance, le TN produit un effet gravitationnel proportionnel à sa masse et inversement proportionnel au carré de la distance, comme n'importe quel autre astre.
Du point de vue de la RG, il ne faut pas voir cela comme une force, mais bien comme une déformation locale de l'espace-temps.
En supposant que les gravitons existent (ce qui reste à prouver), ils n'interagissent pas entre eux et peuvent donc sortir librement du TN.
Je n'ai pas de références à citer pour ma dernière phrase, mais elle résulte d'un raisonnement logique qui découle de l'observation.

[Andrei2010]

En supposant que les gravitons existent (ce qui reste à prouver), ils n'interagissent pas entre eux et peuvent donc sortir librement du TN.
Je n'ai pas de références à citer pour ma dernière phrase, mais elle résulte d'un raisonnement logique qui découle de l'observation.

... et qui est unanimement acceptée par la communauté scientifique.

[rikarena]

En raisonnant c'est tout à fait logique que les gravitons ne ressentent pas l'effet de la gravité.

Car si ils y étaient sensibles, ils ne pourraient jouer le rôle de vecteur de l'interaction gravitationnelle...

Mais pourquoi les gravitons sont hypothétiques?
En raison de la RG qui décrit la gravité comme n'étant pas une force?

[xxxxxxxx]

En raisonnant c'est tout à fait logique que les gravitons ne ressentent pas l'effet de la gravité.

Car si ils y étaient sensibles, ils ne pourraient jouer le rôle de vecteur de l'interaction gravitationnelle...

Mais pourquoi les gravitons sont hypothétiques?
En raison de la RG qui décrit la gravité comme n'étant pas une force?

Bonjour

Selon le peu ce que j'en comprends ils restent hypothétiques car on ne les détecte pas. Donc il est difficile d'affirmer définitivement l'existence d'un "objet" non observé.

En même temps on peut aussi se dire que s'ils n'ont aucune énergie (au contraire d'un photon ou d'une masse), mais sont juste une expression géométrique ? numérique ? de l'interaction gravitationnelle ils resteront à jamais indétectables, et donc le fait qu'on ne puisse en observer serait dans ce cas une situation normale.

Cordialement

[Gloubiscrapule]

Les gravitons dans le modèle sont des particules comme les autres, sans masse et sont donc sensible à la courbure de l'espac-temps, donc ils ne peuvent pas sortir du trou noir!
La courbure est déjà bien présente à l'extérieur du trou noir avant que la matière ne passe sous l'horizon, donc attraction il y a.

Les gravitons sont hypothétiques parce qu'ils résultent de la quantification de la relativité générale qui est encore hypothétique (non prouvé).

[papy-alain]

Les gravitons dans le modèle sont des particules comme les autres, sans masse et sont donc sensible à la courbure de l'espace-temps, donc ils ne peuvent pas sortir du trou noir!

Bonjour, Gloubi, bonjour à tous.

Comment peut on dire cela pour des particules dont l'existence est loin d'être évidente ?
D'autre part, si ces hypothétiques gravitons sont responsables de la déformation de l'espace-temps, comment pourraient ils agir de la sorte sans pouvoir parcourir les endroits induits par cette déformation ?

[Gloubiscrapule]

Joker:
Je m'avance sur des terrains glissants que je ne connait pas.

En gravité quantique, le graviton est une particule qui sert à modéliser l'interaction gravitationnelle, que la RG modélise par la courbure de l'espace-temps. Si j'ai bien compris on ne parle pas de courbure avec les gravitons, alors je sais pas ce qui se passe dans un trou noir, faudrait un expert de gravité quantique!

[Deedee81]

Salut,

faudrait un expert de gravité quantique!

C'est comme les gravitons, leur existence n'est pas encore prouvée

[vaincent]

Bonjour,

En supposant que les gravitons existent (ce qui reste à prouver), ils n'interagissent pas entre eux et peuvent donc sortir librement du TN.
Je n'ai pas de références à citer pour ma dernière phrase, mais elle résulte d'un raisonnement logique qui découle de l'observation.

Tu t'avances sur un terrain très glissant, et j'aurais plutôt utilisé un temps de conjugaison conditionnel qu'affirmatif ! Même s'il on ne dispose pas encore d'une théorie quantique de la gravitation satisfaisante on peut tout à fait construire des théories effectives basées sur la théorie quantique des champs. On pourra par exemple lire cet article très intéressant.

Ce qui apparait clairement c'est que le graviton est "self-coupling", il interagit avec lui-même(vertex à 3 ou 4 branches, cf. l'article pré-cité).

Donc les choses sont plus compliquées que tu le prétends ! Ce qui est certain, c'est que l'interaction gravitationnelle tient une place très particulière par rapport aux autres interactions fondamentales, car il y a un lien très fort (voire viscéral !) entre la gravitation et l'espace-temps lui-même, qui habituellement sert de cadre de fond aux autres interactions. Avec la gravitation les choses ont l'air de se mordre la queue si l'on construit pas une théorie "background independent". C'est pour cela que la gravité quantique à boucle me parait être un très bon axe de recherche au moins sur le principe de chercher à construire une théorie indépendante du fond.

[papy-alain]

Bonjour,



Tu t'avances sur un terrain très glissant, et j'aurais plutôt utilisé un temps de conjugaison conditionnel qu'affirmatif ! Même s'il on ne dispose pas encore d'une théorie quantique de la gravitation satisfaisante on peut tout à fait construire des théories effectives basées sur la théorie quantique des champs. On pourra par exemple lire cet article très intéressant.

Ce qui apparait clairement c'est que le graviton est "self-coupling", il interagit avec lui-même(vertex à 3 ou 4 branches, cf. l'article pré-cité).

Donc les choses sont plus compliquées que tu le prétends ! Ce qui est certain, c'est que l'interaction gravitationnelle tient une place très particulière par rapport aux autres interactions fondamentales, car il y a un lien très fort (voire viscéral !) entre la gravitation et l'espace-temps lui-même, qui habituellement sert de cadre de fond aux autres interactions. Avec la gravitation les choses ont l'air de se mordre la queue si l'on construit pas une théorie "background independent". C'est pour cela que la gravité quantique à boucle me parait être un très bon axe de recherche au moins sur le principe de chercher à construire une théorie indépendante du fond.

Cette mise au point me paraît pleine de bon sens.
En effet, il est à première vue difficile de concilier le modèle du graviton en tant que force, avec le modèle de la RG, pour lequel la déformation de l'espace-temps est justement tout sauf une force.
Encore faut il que le graviton existe...

[rikarena]

Ce que je ne comprends pas c'est si la gravitation n'est pas une force pourquoi a t-elle besoin d'une particule vecteur?

La matiére ne peut-elle pas se contenter de sentir elle même la courbure de l'espace temps??

J'ai du mal à cerner le rôle du graviton.

Faisons une expérience de pensée:

Imaginons un corps de grande masse apparaissant subitement dans l'espace ( sans chercher à savoir pourquoi , là n'est pas le problême).

Qu'elle serait la réponse de l'espace temps? La courbure apparaitrait à une vitesse infinie? le graviton suivraient les géodésiques à la vitesse c ?

Ou courbure de l'espace temps et graviton apparaitraient en meme temps?

[papy-alain]

Ce que je ne comprends pas c'est si la gravitation n'est pas une force pourquoi a t-elle besoin d'une particule vecteur?

La matiére ne peut-elle pas se contenter de sentir elle même la courbure de l'espace temps??

J'ai du mal à cerner le rôle du graviton.

Faisons une expérience de pensée:

Imaginons un corps de grande masse apparaissant subitement dans l'espace ( sans chercher à savoir pourquoi , là n'est pas le problême).

Qu'elle serait la réponse de l'espace temps? La courbure apparaitrait à une vitesse infinie? le graviton suivraient les géodésiques à la vitesse c ?

Ou courbure de l'espace temps et graviton apparaitraient en meme temps?

Je pense que le graviton pourrait être considéré comme un boson de jauge, au même titre que le gluon ou le photon, ce qui implique qu'il se déplace à la vitesse c.
D'autre part, supposer qu'il suive les géodésiques de l'espace-temps alors qu'il est censé être le vecteur de ces mêmes géodésiques, eh bien, c'est une bonne question

[vaincent]

Bonjour,

Ce que je ne comprends pas c'est si la gravitation n'est pas une force pourquoi a t-elle besoin d'une particule vecteur?

La relativité générale ne dit pas que la gravitation n'est pas une force, mais que l'on peut se passer de cette interprétation classique des choses. La gravitation est bien une force au sens où elle est susceptible de provoquer l'accélération d'objets(2nde loi de Newton).

La matiére ne peut-elle pas se contenter de sentir elle même la courbure de l'espace temps??

"sentir" sans interagir, est-ce-que la matière la sentirait de façon inné ? ou comme par magie ? Il faut bien qu'il y ai interaction pour qu'il y ai un changement de trajectoire. La courbure de l'espace-temps est une façon d'interpréter l'interaction matière-matière, ni plus ni moins.

[papy-alain]

Tout de même, ce devrait être une particule très bizarre, ce graviton, s'il existait. Le photon est la particule vectrice de l'interaction électro-magnétique. Le graviton est la particule vectrice de l'interaction gravitationnelle. Quand un photon est émis, il enlève de l'énergie à l'émetteur (atome ou particule). Quand un graviton est émis, il n'enlève rien. Un atome stable aurait donc la capacité d'émettre de l'énergie indéfiniment, alors qu'il n'en perd pas ??? Ou alors, on considère que le graviton ne transporte pas d'énergie. Mais dans ce cas, qu'est ce que l'énergie gravitationnelle ? Moi, je m'y perds dans tout ça.

[invite06459106]

Bonjour,

Un atome stable aurait donc la capacité d'émettre de l'énergie indéfiniment, alors qu'il n'en perd pas ???

Est-ce que cela existe un atome stable?

Mais dans ce cas, qu'est ce que l'énergie gravitationnelle ?

C'est une énergie potentielle, énergie gravitationnelle, ça veut pas dire grand-chose...voir meme rien....
Cordialement,

[invite06459106]

Faisons une expérience de pensée:

Imaginons un corps de grande masse apparaissant subitement dans l'espace ( sans chercher à savoir pourquoi , là n'est pas le problême).

Qu'elle serait la réponse de l'espace temps? La courbure apparaitrait à une vitesse infinie? le graviton suivraient les géodésiques à la vitesse c ?

Ou courbure de l'espace temps et graviton apparaitraient en meme temps?

La courbure devrait certainement apparaitre à une vitesse finie c.
Le graviton tout comme le photon, devrait avoir une impulsion qui lui donne sa vélocité c, maintenant en imaginant une masse parfaitement isolée,il y aurait courbure de l'espace-temps, mais y aurait-il des gravitons?
Cordialement,

[invite231234]

Salut à tous !

Le graviton ne représente pas une déformation spatio-temporelle quelconque, il n'apparait que transitoirement lors d'une déformation dynamique de l'espace-temps, là où normalement il représente un quantum d'excitation d'onde gravitationnelle.

@ +

[papy-alain]

Salut à tous !

Le graviton ne représente pas une déformation spatio-temporelle quelconque, il n'apparait que transitoirement lors d'une déformation dynamique de l'espace-temps, là où normalement il représente un quantum d'excitation d'onde gravitationnelle.

@ +

Mais comment peut on conclure à des notions aussi précises concernant une particule qu'on ne connaît pas, qu'on ne sait même pas si elle existe ?

[invite231234]

Mais comment peut on conclure à des notions aussi précises concernant une particule qu'on ne connaît pas, qu'on ne sait même pas si elle existe ?

C'est à cause de la TQC, elle postule que toutes excitation de champs représente une particule, alors pourquoi le champs gravitationnel ferait exception ?

@ +