lumière et trou noir

[ptitenaive]

on entend souvent des journalistes ou des scientifiques expliquer qu'un trou noir est noir simplement parce qu'il est trop massif pour que même la lumière s'en échappe

pour moi c'est pas clair,je croyais que la lumière ne possédait pas de masse,donc en quoi le champ gravitationnel créé par un trou noir l'empeche de s'échapper?la gravitation s'applique aussi à des objets sans masse?

d'autre part,les trous noirs ne sont pas toujours si supermassifs que ça,on en détecte qui ont à peine plus massifs que le soleil
ça suffit pour empecher que quoi ce que soit s'en échappe?
il y a une question de densité qui se pose non?pourtant l'attraction est liée à la masse globale ce me semble,pas à la taille de la chose.
notre trou noir supermassif au centre de la voie lactée,par définition il est moins massif que la voie lactée entière
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[silberic]

Bonjour,

C'est juste que la vitesse de libération est supérieure à c... Donc la lumière ne peut effectivement pas en sortir.
Oui, la gravitation s'applique aux ondes électromagnétiques (et donc à la lumière), regarde par exemple les lentilles gravitationnelles...
Et la taille du trou noir ne change rien, le plus petit imaginable piégerait également la lumière.

[Amanuensis]

la gravitation s'applique aussi à des objets sans masse?

Oui. Dans la théorie moderne de la gravitation (la relativité générale), tout ce qui a une énergie est sensible à la gravitation ; la masse n'apparaît que comme un cas particulier.

il y a une question de densité qui se pose non? (...) pas à la taille de la chose.

Une combinaison différente de la masse et de la taille. La quantité représentative est la masse divisée par le rayon. (Alors que la densité c'est la masse divisée par le cube du rayon.)

[Pio2001]

il y a une question de densité qui se pose non?pourtant l'attraction est liée à la masse globale ce me semble,pas à la taille de la chose.

L'attraction à une certaine distance du centre ne dépend que de la masse, et non de la taille. Mais l'attraction dépend de distance à laquelle on se trouve. Au-dessus de la surface, l'attraction décroît en 1/r^2. Mais sous la surface, la pesanteur décroît aussi.
Les trous noirs ont la densité de matière la plus grande dans l'univers. On peut ainsi s'approcher très près du centre sans pénétrer à l'intérieur. Par exemple, si la Terre était un trou noir, elle ferait la même masse, mais ne mesurerait plus que 1 cm de rayon !
A 6000 km du centre, c'est-à-dire à la surface, la pesanteur est celle que l'on connaît. Et si c'était un trou noir, la taille serait différente, et cela ne changerait rien tant qu'on reste éloigné de 6000 km.

La différence, c'est qu'on peut se rapprocher encore tout en continuant à ressentir l'attraction de la totalité de la masse.
A 1cm du centre de la vraie Terre, la pesanteur est nulle, car toute la masse est répartie autour de nous. On est sous la surface.
Mais à 1 cm du trou noir - terre, les six mille milliards de milliards de tonnes se trouvent toutes du même côté, et toutes à 1 cm de nous. En fonction de la loi en 1/r^2, on ressent donc une force d'attraction gigantesque.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Zefram Cochrane]

Bonjour,

C'est juste que la vitesse de libération est supérieure à c... Donc la lumière ne peut effectivement pas en sortir.
Oui, la gravitation s'applique aux ondes électromagnétiques (et donc à la lumière), regarde par exemple les lentilles gravitationnelles...
Et la taille du trou noir ne change rien, le plus petit imaginable piégerait également la lumière.

Bonjour
Je croyais que le photon n'avais pas de masse?
Et si je ne suis pas a l'infini du TN, pourrais je voir a l'intérieur du TN?

[Gilgamesh]

Bonjour
Je croyais que le photon n'avais pas de masse?
Et si je ne suis pas a l'infini du TN, pourrais je voir a l'intérieur du TN?

Tu poses encore ce genre de question ?

[Gilgamesh]

on entend souvent des journalistes ou des scientifiques expliquer qu'un trou noir est noir simplement parce qu'il est trop massif pour que même la lumière s'en échappe

Ce n'est pas une question de masse mais de compacité. La compacité d'un astre dépend du ration M/R (masse sur rayon). Si le rayon est inférieur à une valeur appelle rayon gravitationnel ou rayon de Schwarzschild Rs, il se forme une surface de non retour, appelée horizon des événements située à la distance Rs du centre, et c'est la vrai définition d'un trou noir.

Rs = 2GM/c²
avec G la cte de gravitation
M la masse
et c la vitesse de la lumière

pour moi c'est pas clair,je croyais que la lumière ne possédait pas de masse,donc en quoi le champ gravitationnel créé par un trou noir l'empeche de s'échapper?la gravitation s'applique aussi à des objets sans masse?

Oui, parce que c'est une modification de la courbure de l'espace temps. Tous les objets se déplaçant dans l'espace temps vont voir leur trajectoire modifiée par la gravité.

Et les objets sans masse sont également source de gravitation. Ce qui compte, c'est leur énergie. Les photons ayant une énergie, ils courbent l'espace comme le reste, au prorata de leur densité d'énergie.

[Zefram Cochrane]

Je l'ai posée à silberic.
Qu'est ce qui justifie que puisque la vitesse de libération en deça de l'horizon d'un TN est supérieure à c implique que la lumière ne peut pas "en sortir"?

[Gilgamesh]

Je l'ai posée à silberic.
Qu'est ce qui justifie que puisque la vitesse de libération en deça de l'horizon d'un TN est supérieure à c implique que la lumière ne peut pas "en sortir"?

Tu sais très bien que c'est une façon approximative de dire la chose, en réponse à la question ingénue de ptitenaive.

Ca n'a pas vocation à ouvrir un débat.

[Zefram Cochrane]

Oui mais c'est une approximation fausse parce que la vitesse de libération ne s'applique pas au photons. Sans ouvrir de débat, il serait bon de réfléchir à une formule de language simple, compréhensible pour un novice, mais correcte à donner à cette question qui revient en réccurence, parce que répondre des cracks...

Cordialement,
Zefram

proposition : Une fois franchi l'horizon, un photon n'a plus d'avenir en dehors d'un TN.

[Zefram Cochrane]

Argh.... un photon n'a pas de temps propre

[Amanuensis]

Cela n'empêche d'avoir un avenir.

[silberic]

Oui, effectivement, c'est un abus de langage. Et je ne vois pas comment le formuler autrement... Mais tu as parfaitement raison

[silberic]

Oui mais c'est une approximation fausse parce que la vitesse de libération ne s'applique pas au photons. Sans ouvrir de débat, il serait bon de réfléchir à une formule de language simple, compréhensible pour un novice, mais correcte à donner à cette question qui revient en réccurence, parce que répondre des cracks...

Cordialement,
Zefram

proposition : Une fois franchi l'horizon, un photon n'a plus d'avenir en dehors d'un TN.

Oui, effectivement, c'est un abus de langage. Et je ne vois pas comment le formuler autrement... Mais tu as parfaitement raison

[Pio2001]

On peut revenir à la définition d'un trou noir : région où l'attraction gravitationnelle est si forte que rien ne peut s'en échapper, pas même la lumière.

[Smithfr]

Pour mieux comprendre la force de gravité, en particulier depuis la RG, il faut cesser de parler d'attraction. Il faut plutôt voir la masse (ou l'énergie) comme ayant une influence sur la structure de l'espace-temps, en la courbant. Plus il y a de masse (ou d'énergie) plus l'espace-temps est courbé localement et influence donc les trajectoires des objets passant à proximité. Ces derniers ne sont pas attirés par les objets massiques, ils ne font que suivre les trajectoires les plus courtes de l'espace-temps (localement courbé par la présence de masse/énergie), trajectoires appelées géodésiques. Si la compacité d'un objet dépasse un certain seuil, la courbure devient infinie, et toute particule (y compris les photons) passant à l'intérieur de Rs, suit cette courbure comme un puit sans fond.

[Zefram Cochrane]

Bonjour,
Pour l'observateur externe, le TN s'est formé à une date antérieure définie. J'ai un peu de mal à allier ce fait avec l'image d'un puit sans fond ( que je ne remets pas en cause n'est ce pas ) ?

Cordialement,
Zefram

[Amanuensis]

Pour l'observateur externe, le TN s'est formé à une date antérieure définie.

Juste pour indiquer que l'espace-temps de Schwarzschild, si souvent mis en avant quand on discute de trou noir, correspond justement à un trou noir éternel, qui n'a pas été formé à une date antérieure quelconque, quel que soit l'observateur externe.

[Ce qui ne veut pas contredire l'idée qu'il y a énormément à redire sur le message #16, mais parler de la date de formation n'est pas un axe très pertinent, àmha.]

[Smithfr]

Le puit sans fond n'est qu'une image pour symboliser la courbure infinie, mais en fait je voulais éviter de parler de singularité que la physique ne sait pas traiter.

[Deedee81]

Salut,

EDIT Désolé Smithfr, croisement où j'ai dit à peu près la même chose

Le puits sans fond, ce n'est qu'un dessin. On trouve ça aussi dans des articles qui ne sont pas de la vulgarisation mais la profondeur du puits représentent alors la valeur du potentiel (définit d'une manière appropriée) et non pas une profondeur réelle.

[Zefram Cochrane]

J'oublie souvent que le TN de Schwarzschild n'est qu'un modèle.

Cordialement,
Zefram

[Smithfr]

[Ce qui ne veut pas contredire l'idée qu'il y a énormément à redire sur le message #16,...]

j'essayais dans ce message de reformuler ce que j'ai compris de la gravité dans mes lectures ces dernières années. Je ne suis qu'autodidacte et aurais dû employer un peu plus le conditionnel dans mon message.
J'aimerais bien te lire à propos de ce qu'il y a "à redire".

[Amanuensis]

J'aimerais bien te lire à propos de ce qu'il y a "à redire".

Rien ou trop. Selon.

Rien si l'idée est de s'arrêter là, si l'audience est telle qu'une telle description suffit à étancher la soif à "comprendre la force de gravité", qu'il n'y a plus de questions après.

Beaucoup, trop pour répondre en quelques lignes, si l'idée est d'introduire à la Relativité Générale, de commencer à poser quelques marches solides pour s'enfoncer dans la complexité de la théorie.

Le message #1 donne le cadre, et c'est la première option, jusqu'à preuve du contraire. Mon commentaire était à prendre dans le contexte, à savoir une réponse à Zefram.

[Smithfr]

Rien ou trop. Selon.

J'aimerais surtout de ne pas avoir écrit d'énormité. Je n'ai aucune prétention à l'exhaustivité, mais en reformulant, j'ai l'espoir d'être corrigé par les spécialistes.

[Amanuensis]

Il n'y a pas d'énormité. Le vague des expressions et des mots, le côté "dessin illustratif qu'il ne faut pas prendre à la lettre", etc., l'en empêche.

Le problème est dans les interprétations qui peuvent être faites, dans les idées fausses que cela peut amener sur le sens des mots et expressions, etc. (Un exemple: les géodésiques suivies par les objets en chute libre ont une "longueur" se mesurant comme une durée, et sont les lignes maximisant la durée, et non la minimisant. Quelqu'un découvrant le concept de géodésique va l'associer avec l'idée "minimisation", idée qui sera contredite s'il approfondit le sujet...)

(Et je ne suis pas spécialiste ; je prétends juste arriver à une certaine compréhension des textes des spécialistes, compréhension à laquelle on ne peut pas accéder à partir d'une vulgarisation "conceptuellement floue". Mais il y a longtemps qu'aucun spécialiste n'intervient sur ce forum autrement qu'exceptionnellement...)

[Deedee81]

EDIT croisement avec Amanuensis qui a insisté sur l'aspect "vulgarisation floue" avec lequel je suis évidemment d'accord.
EDIT je ne suis pas spécialiste non plus, je n'ai eut qu'une toute petite formation en RG et le reste c'est aussi en autodidacte

Je ne préciserais que trois chose (j'ai bien dit précisé, pas corrigé) :

- une qu'on a déjà dit pour la "profondeur"
- La courbure infinie c'est au centre. Et il suffit qu'il y ait formation de l'horizon pour que ça devienne formation. Et la courbure n'est pas "tout de suite" infinie (les guillemets c'est dû au fait qu'un point de vue extérieur n'a alors plus de sens. C'est plutôt si l'on considère le temps propre d'une portion de matière du corps en effondrement. Mais la formation de la singularité est inéluctable (théorème de Penrose-Hawking, justement mis à l'honneur dans le dernier La Recherche).
- Cette représentation de l'entonnoir peut être réalisée de manière rigoureuse et on la trouve par exemple dans Gravitation de MTW. Mais comme ils le disent : ils le déconseillent car la représentation est trompeuse. Une représentation moins trompeuse, beaucoup plus pratique et à laquelle on s'habitue assez vite est la représentation de Penrose (diagrammes conformes... au sens des transformations conformes).
(curieusement, la présentation la plus complète que j'ai trouvé de ces diagrammes ce n'est pas dans un livre de RG mais dans un livre de gravitation quantique semi-classique, de Fulling si ma mémoire est bonne)

[Amanuensis]

- Cette représentation de l'entonnoir peut être réalisée de manière rigoureuse et on la trouve par exemple dans Gravitation de MTW.

Quelle page?

[boris72]

Bonjour, une question sans doute oiseuse à propos de la vitesse de libération d'un trou noir. Si j’ai bien compris, la vitesse de la libération à partir d’un corps dépend de la masse et de la distance au centre. Elle est égale à c au rayon de Schwarzschild.
Donc, y a-t-il un sens à calculer comment la dite vitesse augmente à l’intérieur du trou noir ? Par exemple à 1 km de la singularité dans un trou noir d’1 masse solaire, si je ne me suis pas trompé, je trouve une vitesse de libération de 515 000 kms par seconde.
J’entends bien que ce chiffre n’a aucune valeur pratique vu qu’aucun objet matériel ne peut dépasser c, et j'imagine que se trouver à un km de la singularité doit avoir un autre sens dans la géométrie interne...

Enfin bref, je me demande si cette augmentation au-delà de c vous semble avoir un intérêt théorique quelconque...

[Deedee81]

Quelle page?

Je ne l'ai pas ici. Je te dis ça demain.
EDIT je donnerai plutôt la section, etc... (aucune garantie d'avoir la même numérotation de page, avec les éditions, les impressions différentes,...)

[Deedee81]

Donc, y a-t-il un sens à calculer comment la dite vitesse augmente à l’intérieur du trou noir ? Par exemple à 1 km de la singularité dans un trou noir d’1 masse solaire, si je ne me suis pas trompé, je trouve une vitesse de libération de 515 000 kms par seconde.
J’entends bien que ce chiffre n’a aucune valeur pratique vu qu’aucun objet matériel ne peut dépasser c, et j'imagine que se trouver à un km de la singularité doit avoir un autre sens dans la géométrie interne...
Enfin bref, je me demande si cette augmentation au-delà de c vous semble avoir un intérêt théorique quelconque...

Je diras plutôt anecdotique et révélateur (je ne vois pas l'usage d'une telle valeur mais elle illustre bien que là on est coincé. Mais je ne lui vois pas non plus de sens physique : comment parler de vitesse de libération à un endroit où il n'existe même pas de trajectoire de type temps allant vers l'extérieur ?).