Questions sur la relativité & les trous noirs

[invitee8f478f4]

Salut à tous.
Avant de poser mes questions je préfère vous énoncer le contexte d'abord : je suis un jeune etudiant de 14 ans (en 3e, donc), et cela fait un certain moment déjà que je m'interesse à la physique et à l'astronomie, et il y a peu j'ai voulu lire Une brève histoire du temps de Hawking comme j'en avais beaucoup entendu parler sur des sites, mais bien que le livre soit ecrit de maniere à ce qu'il soit lisible pour tout le monde il y a toujours des notions que je ne comprends pas vraiment.

_Hawking dit que la decouverte que la vitesse de la lumiere est la meme pour tout observateur, indépendemment de son eventuel mouvement, nous a conduit à la theorie de la relativité. Cela veut donc dire que si je me mouvais à la meme vitesse que la lumiere et que j'allais dans la meme direction qu'elle, je la verrais (meme si je ne verrais rien du tout dans ce cas, mais imaginons) quand meme aller à 300 000 km/s ?

_Il est aussi dit (enfin representé), que les trous noirs sont des trous dans lesquels on peut tomber, mais pourquoi ne serait-il pas possible qu'ils soient des objets spheriques ou quasi-spheriques, comme les etoiles, avec une vitesse de liberation (je sais pas si j'utilise le bon terme) tellement elevée que meme la lumiere ne peut pas s'en echapper ?

_Encore une question sur les trous noirs : Hawking l'a sans doute expliqué bien clairement mais je n'ai toujours pas compris, comment cela se fait-il qu'ils emettent le fameux rayonnement de Hawking alors que, justement, sa vitesse de liberation ne lui permet pas de laisser une quelconque particule s'echapper ? Et je voudrais aussi demander si un de ces rayonnements a été detecté ?

J'aurais aussi d'autres questions, eventuellement, mais je me contenterais de ces trois-là pour l'instant pour ne pas abuser de votre patience.
Merci d'avance pour vos reponses.
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[bobdémaths]

Bonjour,

_Hawking dit que la decouverte que la vitesse de la lumiere est la meme pour tout observateur, indépendemment de son eventuel mouvement, nous a conduit à la theorie de la relativité. Cela veut donc dire que si je me mouvais à la meme vitesse que la lumiere et que j'allais dans la meme direction qu'elle, je la verrais (meme si je ne verrais rien du tout dans ce cas, mais imaginons) quand meme aller à 300 000 km/s ?

En gros, oui, si l'on passe sur le fait que tu ne pourrais pas atteindre toi-même la vitesse de la lumière. Mais si tu te déplaces à 299000 km/s, tu verras toujours la lumière se déplacer à 300000 km/s, et non pas à 1 km/s comme on pourrait s'y attendre.

_Il est aussi dit (enfin representé), que les trous noirs sont des trous dans lesquels on peut tomber, mais pourquoi ne serait-il pas possible qu'ils soient des objets spheriques ou quasi-spheriques, comme les etoiles, avec une vitesse de liberation (je sais pas si j'utilise le bon terme) tellement elevée que meme la lumiere ne peut pas s'en echapper ?

Les trous noirs sont des objets sphériques comme des étoiles. Les représentations sous forme de "trous dans un tissus à 2 dimensions" ne sont là que pour illustrer facilement les choses. Ton interprétation n'est pas trop fausse, même si elle est naïve. Elle rejoint celle de Laplace.

_Encore une question sur les trous noirs : Hawking l'a sans doute expliqué bien clairement mais je n'ai toujours pas compris, comment cela se fait-il qu'ils emettent le fameux rayonnement de Hawking alors que, justement, sa vitesse de liberation ne lui permet pas de laisser une quelconque particule s'echapper ? Et je voudrais aussi demander si un de ces rayonnements a été detecté ?

Ce rayonnement a une origine quantique. La physique quantique est un cadre théorique différent de celui de la relativité générale, qui décrit le monde d'une façon assez contre-intuitive. Par exemple, elle prédit que le vide n'est jamais complètement vide de particules, il y a toujours des créations de paires de particules - antiparticules qui s'annihilent aussitôt créées (ce qui fait qu'on ne les voit pas). Mais si une telle création de paire se produit juste à côté de l'horizon d'un trou noir, et que l'une des particules franchit l'horizon, rien ne peut détruire la particule restante. Celle-ci s'échappe donc : c'est le rayonnement Hawking. Tu vois que cela n'implique pas qu'une particule sort du trou noir, mais provient d'une région très proche de l'horizon.

Ces rayonnement sont extrêmement faibles, et ne peuvent donc pas être détectés à l'heure actuelle.

N'hésite pas à poser d'autres questions !

[vanos]

En gros, oui, si l'on passe sur le fait que tu ne pourrais pas atteindre toi-même la vitesse de la lumière. Mais si tu te déplaces à 299000 km/s, tu verras toujours la lumière se déplacer à 300000 km/s, et non pas à 1 km/s comme on pourrait s'y attendre.

De toutes façons 300000 km/s -299000 km/s = 1000 km/s et non 1 km/s.

[invitedd179422]

Bonjour,
Mais si une telle création de paire se produit juste à côté de l'horizon d'un trou noir, et que l'une des particules franchit l'horizon, rien ne peut détruire la particule restante. Celle-ci s'échappe donc : c'est le rayonnement Hawking. Tu vois que cela n'implique pas qu'une particule sort du trou noir, mais provient d'une région très proche de l'horizon.

c'est l'intrication des particules que tu es en train de décrire?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitee8f478f4]

Merci bobdémaths pour ta réponse. J'essaierai de m'interesser d'un peu plus près à la physique quantique, je pense que ça m'aidera à mieux comprendre toutes les notions abordées en physique.
Je me questionnais aussi sur la fréquence des ondes : par rapport à un corps statique, la frequence de l'onde et sa longueur sont relatives ? Donc on peut qualifier les petites longueurs d'ondes d'ondes à haute frequence ? Cette question est juste pour verifier si j'ai bien compris.
J'ai entendu dire que nous avons reçu des ondes radios venant d'autres galaxies, mais qui n'etaient pas des rayonnements radios à l'origine, et que c'etait l'effet Doppler ainsi que l'expansion de l'univers qui a fait que la frequence des ondes soit plus basse. Serait-il possible, meme si je ne pense pas que ces mouvements soient possibles, que deux corps s'eloignent l'un de l'autre en emettant des rayons gammas (qui ont une frequence plus haute que la lumiere visible si je ne me trompe pas) et que leur eloignement fasse que ces deux corps reçoivent les rayons gammas sous forme de lumiere visible ?

[inviteea98c9e1]

Oui, la longueur d'onde (notée lambda) est égale à la vitesse de la lumière c divisée par la fréquence de l'onde (notée nu).
Le petites longueurs d'ondes (l'ultraviolet ou les rayons gamma par exemple pour les ondes électromagnétiques) sont des ondes de très hautes énergies, car leurs fréquences sont très grandes.

L'effet Doppler, du à l'éloignement ou au rapprochement de deux objets (ici, les galaxies) se traduit par un décalage des longueurs d'ondes perçues - vers le rouge lorsqu'il y a éloignement, vers le bleu lorsqu'il y a rapprochement).
Mais ce n'est pas l'effet Doppler qui "produit" les ondes.

Eric

[inviteefd8627f]

c'est l'intrication des particules que tu es en train de décrire?

Non, je crois pas: il s'agit des fluctuations quantiques du vide, mises en évidence par l'effet Casimir.

[invitedd179422]

oui mais quand il dit "rien ne peut détruire la particule restante" ça veut pas dire qu'elles sont intriquées?

[inviteea028771]

oui mais quand il dit "rien ne peut détruire la particule restante" ça veut pas dire qu'elles sont intriquées?

Non.

En fait, en temps normal, les deux particules produites par la fluctuation du vide s’annihilent en un temps extrêmement bref après leur création. Mais dans le cas du rayonnement de Hawkins, une de deux particules franchit l'horizon du trou noir avant qu'elle ai eu le temps de rencontrer l'autre particule. Ainsi, l'autre particule se retrouve "isolée" et en dehors du trou noir : elle peut s'échapper

[invitee8f478f4]

Merci Eric, mais il reste tout de même une chose qui m'intrigue : qu'y a t-il de different entre les rayons X et la lumiere visible, mis à part leur longueur d'onde ? Les ondes en question sont differentes malgré qu'elles soient composées toutes les deux de photons ?

[Gilgamesh]

Merci Eric, mais il reste tout de même une chose qui m'intrigue : qu'y a t-il de different entre les rayons X et la lumiere visible, mis à part leur longueur d'onde ? Les ondes en question sont differentes malgré qu'elles soient composées toutes les deux de photons ?

Non, rien ne les distingue autre que la longueur d'onde.

[inviteea98c9e1]

Comme Gilgamesh te l'explique, les rayons X, les rayons gamma etc sont toutes des ondes électromagnétiques de même que la lumière visible.
Quand leur longueur d'onde se situe entre 400 et 800 nm, l'oeil humain les perçoit. En dessous, on trouve les ultra-violets, les rayons X et gamma, et au dessus, les infra-rouges.
Regarde cette photo :

http://www.google.fr/imgres?client=f...,r:9,s:0,i:138

Bonne journée
Eric

[bobdémaths]

De toutes façons 300000 km/s -299000 km/s = 1000 km/s et non 1 km/s.

Oui bien sûr, typo !

Pour les ondes électromagnétiques, elles sont toutes de même nature, la seule différence entre les rayons gamma et visibles est en effet la longueur d'onde (et donc la fréquence, l'énergie, et tout ce qui est relié). Mais les photons sont "les mêmes".

En effet, à cause de l'effet Doppler, les rayonnements provenant de galaxies lointaines sont décalées vers le rouge, c'est ce qui permet de mettre en évidence l'expansion de l'univers. On mesure même les distances entre nous et les galaxies très lointaines par le "redshift" z. Cela revient à dire "la galaxie A est à une distance telle que la longueur de la lumière qui est émise par elle nous parvient avec une longueur d'onde multipliée par 1+z". Donc le soleil est par exemple situé à z presque nul, alors que des objets très lointains peuvent se situer à z=5 ou plus.

[invitee8f478f4]

Je me permets de réecrire un message sur cette discussion pour poser une autre question, au lieu de créer de nouveau une discussion.
Quelle est la definition de la masse qui est admise aujourd'hui ? Dans la physique classique de Newton, elle designe la quantité de matieres d'un corps, mais à ce que j'ai compris cette definition etait fausse et on a adopté la definition d'Einstein, avec l'equivalence entre masse et energie. J'ai lu à l'instant sur d'autres discussions que la notion de masse relativiste etait obsolete, et que la masse est maintenantconsiderée comme invariante comme le disait la physique newtonienne, et cela m'a intrigué.

[invite60be3959]

Bonsoir,

Salut à tous.
Avant de poser mes questions je préfère vous énoncer le contexte d'abord : je suis un jeune etudiant de 14 ans (en 3e, donc), et cela fait un certain moment déjà que je m'interesse à la physique et à l'astronomie, et il y a peu j'ai voulu lire Une brève histoire du temps de Hawking comme j'en avais beaucoup entendu parler sur des sites, mais bien que le livre soit ecrit de maniere à ce qu'il soit lisible pour tout le monde il y a toujours des notions que je ne comprends pas vraiment.

_Hawking dit que la decouverte que la vitesse de la lumiere est la meme pour tout observateur, indépendemment de son eventuel mouvement, nous a conduit à la theorie de la relativité. Cela veut donc dire que si je me mouvais à la meme vitesse que la lumiere et que j'allais dans la meme direction qu'elle, je la verrais (meme si je ne verrais rien du tout dans ce cas, mais imaginons) quand meme aller à 300 000 km/s ?

_Il est aussi dit (enfin representé), que les trous noirs sont des trous dans lesquels on peut tomber, mais pourquoi ne serait-il pas possible qu'ils soient des objets spheriques ou quasi-spheriques, comme les etoiles, avec une vitesse de liberation (je sais pas si j'utilise le bon terme) tellement elevée que meme la lumiere ne peut pas s'en echapper ?

_Encore une question sur les trous noirs : Hawking l'a sans doute expliqué bien clairement mais je n'ai toujours pas compris, comment cela se fait-il qu'ils emettent le fameux rayonnement de Hawking alors que, justement, sa vitesse de liberation ne lui permet pas de laisser une quelconque particule s'echapper ? Et je voudrais aussi demander si un de ces rayonnements a été detecté ?

J'aurais aussi d'autres questions, eventuellement, mais je me contenterais de ces trois-là pour l'instant pour ne pas abuser de votre patience.
Merci d'avance pour vos reponses.

Je ne vais pas répondre à tes questions, ce qui a déjà largement été fait, mais je tenais à te féliciter pour la qualité de ton orthographe et de ta rédaction. Cela fait plaisir de voir qu'il existe encore des gens de 14 ans qui savent écrire!

[Deedee81]

Bonjour,

Je me permets de réecrire un message sur cette discussion pour poser une autre question, au lieu de créer de nouveau une discussion.
Quelle est la definition de la masse qui est admise aujourd'hui ? Dans la physique classique de Newton, elle designe la quantité de matieres d'un corps, mais à ce que j'ai compris cette definition etait fausse et on a adopté la definition d'Einstein, avec l'equivalence entre masse et energie. J'ai lu à l'instant sur d'autres discussions que la notion de masse relativiste etait obsolete, et que la masse est maintenantconsiderée comme invariante comme le disait la physique newtonienne, et cela m'a intrigué.

Le mieux est sans doute que tu parcoures l'article de Wikipedia :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Masse
(mine de rien la question ne se répond pas en une ou deux lignes, tout simplement parce que la masse intervient dans des tas de domaines différents où on manipule des concepts différents, des formalismes différents, etc...)

[invite6f9b65bb]

Bonjour

Je profite de la discussion pour poser quelques questions perso
Les particules / anti particules qui se créent, c'est quelle type de particules ? photon et anti photon (ça existe ça ?) ou autres ? ou toute la famille des particules ?
Est-ce que ce mécanisme peut être vu comme une création d'énergie ? ou alors cette énergie est prélevé sur l'énergie du vide ?

[Mailou75]

Salut,

photon et anti photon (ça existe ça ?)

Raté ! Je crois que le photon est le seul à être sa propre anti-particule

Est-ce que ce mécanisme peut être vu comme une création d'énergie ?

Le coupe particule/antiparticule est créé puis annihile "instantanément" (?) l'énergie est prélevée puis rendue, pas de création d'énergie

[invitee8f478f4]

L'existence de trous noirs primordiaux emettant le rayonnement d'Hawking afficherait un taux d'anti-particules, dans leurs environs, superieur aux autres regions de l'Univers ? Ou il y a plus de chances que ce soit l'anti-particule qui tombe dans le trou noir et que la particule s'eloigne de l'horizon ?

[mach3]

erreur... question mal comprise, j'efface ma réponse

[Gilgamesh]

Bonjour

Je profite de la discussion pour poser quelques questions perso
Les particules / anti particules qui se créent, c'est quelle type de particules ? photon et anti photon (ça existe ça ?) ou autres ? ou toute la famille des particules ?
Est-ce que ce mécanisme peut être vu comme une création d'énergie ? ou alors cette énergie est prélevé sur l'énergie du vide ?

Essentiellement des photons vu qu'ils sont les plus faciles à produire, et le photon est sa propre antiparticule. Mais de toute façon une antiparticule n'a en aucun cas une énergie négative. Pour créer un couple de particule - antiparticule de masse m et d'impulsion c il faut 2E avec E tel que
E² = m²c⁴+p²c²

c'est juste que l'émission d'une particule ou antiparticule (indifféremment) par l'horizon implique dans ce cas particulier l'absorption de sa comparse et que le bilan se traduit par une extraction d'énergie E par un genre de travail de la gravité qui implique un transfert de la masse du trou noir en énergie radiative impliquant tout le bestiaire des particules mais favorisant statistiquement selon la statistique de Maxwell Boltzmann les particules d'une énergie donnée, fonction de la température de l'horizon, inversement proportionnelle à la masse du trou noir.

[invite6f9b65bb]

Salut,
Raté ! Je crois que le photon est le seul à être sa propre anti-particule
Le coupe particule/antiparticule est créé puis annihile "instantanément" (?) l'énergie est prélevée puis rendue, pas de création d'énergie

Merci de ta réponse (caramba, pour l'anti photon je le savais, cerveau ramolli).
Oui, dans le cas de création / anniliation. Là je parlais du cas ou une des deux est absorbée par le trou noir.
Guilga y répond un peu plus bas, je vais aller approfondir.
...
Ayé
...
Merci des précisions Guilgamesh.