Un trou noir est il plein ?

[Mailou75]

Salut,

je ne comprends pas pourquoi on pose ces questions à partir du moment ou il y a singularité dans un trou noir, toutes la matière est au centre et le reste est vide.

La singularité c'est le centre de la sphère de rayon Rs, c'est la seule chose sûre... Le fait d'imaginer que la boule de rayon Rs est pleine ne s'oppose en rien aux calculs pratiqués à l'extérieur et s'accorde mieux, je trouve, au principe d'effondrement d'étoiles puisque celui ci n'est jamais fini pour l'observateur extérieur tant que toute la matière n'a pas dépassé Rs. Observateur extérieur et singularité au sens sphère Rs vide ne peuvent vraisemblablement coexister. Globalement parler de ce qu'il y a en dessous de Rs vaut autant que parler d'avant le big bang, on peut bien dire ce qu'on veut, parler de densité infinie par exemple n'est pas plus absurde qu'autre chose (nounous verts ?).
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[Deedee81]

Salut,

Globalement parler de ce qu'il y a en dessous de Rs vaut autant que parler d'avant le big bang, on peut bien dire ce qu'on veut, parler de densité infinie par exemple n'est pas plus absurde qu'autre chose (nounous verts ?).

Ou des canards. C'est l'exemple que je prends toujours. Peut-être que sous l'horizon, c'est une sphère remplie de canards (*)
Ce n'est pas faux car non réfutable.

Ceci dit, il y a des choses plus plausibles que d'autres et pour ce qui est de "juste sous l'horizon", le plus plausible est la théorie validée dans des conditions physiques guère différentes : la relativité générale.
Et pour ce qui est de "près du centre", le plus sage est de dire "on ne sait pas". Toute discussion sur ce qui pourrait y avoir est gratuite.

(*) La théorie du nounours vert est la théorie qui dit que tout ce qui se produit est due à l'action d'un nounours vert caché derrière notre dos et qui disparait dès qu'on se retourne
(c'est comme la théorie des lutins dans la chambre. Ils se cachent toujours très vite dès qu'on allume)

[invitea2e53836]

Ou dieu qui a disparu très rapidement après avoir appuyé sur le gros bouton rouge à l'origine du big bang



Sinon pour un observateur extérieur, la matière sous l'horizon est-t-elle constituée seulement de celle issue de l'étoile initiale ? car toute la matière supplémentaire tombée sur le TN depuis l'extérieur ne franchit pas l'horizon vu que le temps se dilate à l'infini (toujours pour un observateur extérieur) ?
En gros si y a des nounours verts ou des licornes roses, alors c'est seulement parce qu'elles étaient déjà présentes dans l'étoile initiale ?

[invite77389699]

Pourtant les trous noirs se sont bien formés et ils n'ont pas mis un temps infini à le faire? Et les trous noirs actuels (enfin presque compte tenu de leur distance ) absorbent bel et bien des étoiles? Donc pour nous la matière s'accumule là infiniment près du rayon de Sw sans jamais le rencontrer tout en disparaissant à notre vue , mais pour elle (la matière) rien ne se passe elle tombe tout simplement il y a là un problème à mon avis.

[Mailou75]

Un trou noir est forcement plein : démonstration n°1
(Je mets n°1 parce que c'est la premiere et sans doute pas la derniere... )

Prenons un TN eternel pour lequel on a un modèle (le modele du trou noir "formé" etant apparemmment plus incertain). On jette un objet de masse m vers un TN de masse M (M>>m). Au moment où l'objet traverse l'horizon Rs, le rayon du TN augmente car la masse augmente : M+m.

Raisonnons maintenant par l'absurde et supposons que toute la matiere est au centre. Alors au moment où l'objet traverse Rs rien ne se passe... pour cause, la matiere est à une distance Rs de là et elle n'est pas encore au courant... elle peut l'etre au mieux au bout d'une duree Rs/c. Donc le rayon du TN crois au bout de Rs/c ce qui ne suit pas la théorie.

Pour que la matiere du trou noir soit au courant instantanément, elle doit forcement se trouver en lisiere de celui ci.

CQFD (n°1)

[papy-alain]

Pourtant les trous noirs se sont bien formés et ils n'ont pas mis un temps infini à le faire? Et les trous noirs actuels (enfin presque compte tenu de leur distance ) absorbent bel et bien des étoiles? Donc pour nous la matière s'accumule là infiniment près du rayon de Sw sans jamais le rencontrer tout en disparaissant à notre vue , mais pour elle (la matière) rien ne se passe elle tombe tout simplement il y a là un problème à mon avis.

Non, il n'y a aucun problème. Comme toujours, en RG, c'est toute la différence de perception des évènements entre l'observateur local et l'observateur distant.

[Zefram Cochrane]

Pourtant les trous noirs se sont bien formés et ils n'ont pas mis un temps infini à le faire? Et les trous noirs actuels (enfin presque compte tenu de leur distance ) absorbent bel et bien des étoiles? Donc pour nous la matière s'accumule là infiniment près du rayon de Sw sans jamais le rencontrer tout en disparaissant à notre vue , mais pour elle (la matière) rien ne se passe elle tombe tout simplement il y a là un problème à mon avis.

Je ne vois aucun problème, voir la réponse de papy alain. Souvent quand on parle d'horizon des événéments on ne s'imagine que la partie spatiale de l'horizon des événéments et non la partie temporelle qui l'accompagne. Quand un objet traverse l'horizon psatio-temporel d'un TN à l'heure H' indiquée sur son horloge, un observateur extérieur est limité par l'horizon des événements à ne pas voir l'horloge de l'objet afficher une heure supérieure ou égale à H'.

[invite77389699]

Non ce n'est pas un simple problème de perception, les temps propres des deux observateurs sont effectivement différents et non pas en apparence. Pour l'un le stationnaire, le voyageur ne tombera jamais dans le TN, pour le voyageur c'est un voyage rapide et sans histoire sauf au crash final. J'y vois là un problème de causalité.

[papy-alain]

Non ce n'est pas un simple problème de perception, les temps propres des deux observateurs sont effectivement différents et non pas en apparence. Pour l'un le stationnaire, le voyageur ne tombera jamais dans le TN, pour le voyageur c'est un voyage rapide et sans histoire sauf au crash final. J'y vois là un problème de causalité.

Le temps propre d'un observateur n'est il pas un invariant ?

[invite77389699]

Non le temps propre s'écoule comme tous les temps. L'observateur perçoit toujours le temps de la même façon si son cœur bat à 60 sur terre il battra à 60 en franchissant l'horizon. La seule nuance mais qui est de taille est: Pour lui.

[Amanuensis]

Pourtant les trous noirs se sont bien formés et ils n'ont pas mis un temps infini à le faire?

À quel sens de "temps infini"?

Et quelle notion de passé doit-on comprendre dans le choix de conjugaison au passé composé "se sont formés"?

Et les trous noirs actuels (enfin presque compte tenu de leur distance ) absorbent bel et bien des étoiles?

À quel sens de "actuel" ?

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Dans ce domaine, on introduit des tas d'ambiguïtés rien que par les choix grammaticaux...

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Par ailleurs, il n'y a strictement aucune preuve que des trous noirs se sont formés dans notre cône passé. Donc à un moins un des interprétations temporelles de la conjugaison "se sont formés", l'assertion n'est qu'une hypothèse non vérifiée.

[Amanuensis]

Souvent quand on parle d'horizon des événéments on ne s'imagine que la partie spatiale de l'horizon des événéments

Oui, et souvent cela cache une belle erreur (il n'y a pas de "partie spatiale de l'horizon" en coordonnées de Schwarzschild si on adopte comme définition de l'horizon ((futur) l'ensemble des événements de passage de la région I à la région II).

[Amanuensis]

Un trou noir est forcement plein : démonstration n°1
(Je mets n°1 parce que c'est la premiere et sans doute pas la derniere... )

Prenons un TN eternel pour lequel on a un modèle (le modele du trou noir "formé" etant apparemmment plus incertain). On jette un objet de masse m vers un TN de masse M (M>>m). Au moment où l'objet traverse l'horizon Rs, le rayon du TN augmente car la masse augmente : M+m.

Dans une telle hypothèse on ne peut pas utiliser la géométrie de Schwarzschild parce que ce n'est pas vide (il y a la masse m).

Et à contradiction entre les hypothèses, résultat quelconque.

Et si on dit que la masse m est négligeable devant M, alors l'augmentation de masse est négligeable, et l'augmentation de "rayon" tout aussi négligeable.

[jacknicklaus]

Dans une telle hypothèse on ne peut pas utiliser la géométrie de Schwarzschild parce que ce n'est pas vide (il y a la masse m).

Je dirais même plus, on ne peut pas l'utiliser car la situation n'est plus statique (M devient M+m).

[mach3]

Pourtant les trous noirs se sont bien formés et ils n'ont pas mis un temps infini à le faire? Et les trous noirs actuels (enfin presque compte tenu de leur distance ) absorbent bel et bien des étoiles? Donc pour nous la matière s'accumule là infiniment près du rayon de Sw sans jamais le rencontrer tout en disparaissant à notre vue , mais pour elle (la matière) rien ne se passe elle tombe tout simplement il y a là un problème à mon avis.

Il y a ici une grosse difficulté avec les "manipulations" habituelles que l'on fait avec le temps. Le monde de tous les jours est petit (la lumière met moins d'une seconde à aller de n'importe quel endroit à n'importe quel autre) et rempli d'objets lents et cela permet des raccourcis qui n'existent pas dans le cas général. On considère que les évènements passent directement du futur au passé, le présent n'étant qu'une limite ponctuelle entre les deux. Ce n'est pas une limite ponctuelle, elle a une épaisseur, mais comme elle ne fait que quelques fractions de secondes dans la vie courante, on ne la remarque pas.

Dire "des trous noirs se sont bien formés", suppose que l'évènement "formation du trou noir" est dans notre cône passé, or ce n'est pas le cas. Si la formation de l'horizon est dans notre cône passé, c'est que nous venons de le franchir...

A toutes fins pratiques (notamment d'observation), aucun trou noir issu d'un effondrement ne s'est encore formé et cela n'empêche pas des étoiles de se faire happer. En terme d'observation on voit juste la matière de l'étoile s'accumuler sur celle de l'étoile en effondrement, effondrement qui ne se finira jamais de notre point de vue d'observateur lointain (je passe sous le tapis l'histoire de l'évaporation, c'est déjà assez compliqué comme ça), même si au bout d'un temps fini, on ne voit plus rien à cause de l'effet Einstein (photons arrivant de plus en plus espacés, avec une fréquence de plus en plus basse).

m@ch3

[invite77389699]

aucun trou noir issu d'un effondrement ne s'est encore formé
m@ch3

Je vois là un problème il est évident que des trous noirs parfaitement formés existent d'ailleurs on pourra bientôt voir de nos propres yeux Sagittarius A* grâce aux nouveaux télescopes.

[mach3]

Je vois là un problème

Non, aucun problème. La gravitation se transmet à la vitesse de la lumière : on n'est attiré que par ce que l'on peut voir. On voit une étoile en effondrement et on est attiré par une étoile en effondrement, PAS par un trou noir, qui n'existe pas encore, au sens que l'évènement de formation de l'horizon est dans notre cône futur. Sagitarius A est une masse en effondrement et comme toute masse, en effondrement ou pas, elle courbe l'espace-temps et fait graviter les autres astres, ils tournent autour, ou tombent dessus, suivant leur trajectoire initiale. Le fait qu'elle soit en effondrement explique par contre qu'à l'emplacement présumé de cette masse, on ne voit quasiment rien, car la lumière émise par la matière qui tombe dessus est fortement redshiftée.
On ne verra jamais un trou noir issu d'un effondrement, on ne verra qu'une coquille de matière compactée et redshiftée.

m@ch3

[invite77389699]

Donc si pour nous un TN n'existe "pas encore éternellement " car il ne peut exister que dans un futur infiniment lointain, alors son évaporation est un leurre?

[Deedee81]

Salut,

Donc si pour nous un TN n'existe "pas encore éternellement " car il ne peut exister que dans un futur infiniment lointain, alors son évaporation est un leurre?

Non. Ca marche aussi avec un TN en effondrement. C'est d'ailleurs dans ce cadre que Hawking a écrit son fameux article.
Depuis on a aussi vérifié (la théorie) pour les "TN éternels", les TN de Kerr, etc....

L'important est que, même si "pour nous" (dans un certain sens précis) l'horizon ne s'est pas encore formé (et ne se formera jamais), pour quelque chose tombant dans le trou noir, cet horizon existe bel et bien lorsqu'il le franchit (malheureusement pour lui). Je conseille toujours de le visualiser sur des diagrammes de Penrose tant c'est contre-intuitif.
Donc on peut avoir les paires particules antiparticules qui se forment "près de l'endroit où devrait se trouver l'horizon", puis une particule s'éloigne (le rayonnement) et l'autre franchit l'horizon, mine de rien, sans en avoir l'air

[invite77389699]

Merci Deedee j'ai bien vu les diagrammes de Penrose mais il se placent d'un point de vue observateur tombant dans le TN ce que je ne comprends pas c'est comment concilier cet aspect avec le nôtre loin du TN. Vu qu'il y a des infinis temporels pour nous nous arrivons à des aberrations.

[invite77389699]

Pour moi il y a forcément un problème de causalité hors je crois que l'Univers est tout sauf non causal pour moi c'est même la caractéristique ultime de l'Univer : il est causal.Donc en l'espèce nous avons un point de vue qui d'une part nous amène vers des infinis temporels et de l'autre non. Je pense que ceci n'est pas possible, qu'il y a un bug quelque part.

[Mailou75]

Dans une telle hypothèse on ne peut pas utiliser la géométrie de Schwarzschild parce que ce n'est pas vide (il y a la masse m).

Humm je vois , l'espace temps est déjà déformé par une masse M+m indépendamment de l'état de la matière (m dedans ou dehors). Bon je prépare la démonstration 2...

[mach3]

Pour moi il y a forcément un problème de causalité hors je crois que l'Univers est tout sauf non causal pour moi c'est même la caractéristique ultime de l'Univer : il est causal.Donc en l'espèce nous avons un point de vue qui d'une part nous amène vers des infinis temporels et de l'autre non. Je pense que ceci n'est pas possible, qu'il y a un bug quelque part.

detrompez vous, la causalité est centrale dans la relativité (les cônes de lumière). Si il y a un bug, il est dans votre compréhension, mais personne ne vous jettera la pierre, la RG c'est quand même loin d'être simple. Moi même je n'en ai saisi que des bribes et ça m'a pris une quinzaine d'année.

m@ch3

[invite77389699]

Non il y a bel et bien deux points de vue différents selon le type de coordonnées adoptées soit on se place du point de vue externe c-a-d loin du TN donc avec une horloge peu déformée par la gravitation. Soit on se place du point de vue d'un observateur entraîné par le mouvement près du TN: Diagramme Penrose , Kruskal, tout cela c'est pareil. Dans un cas il y a singularité à l'horizon dans l'autre non donc il y a selon moi un problème.

[invite77389699]

J'ajoute d'ailleurs que les infinis n'existent pas selon moi ce sont toujours des limites ds théories et non des limites physique. En l’occurrence l'horizon de Schwarzschild me semble un avatar non physique, impossible.

[Deedee81]

j'ai bien vu les diagrammes de Penrose mais il se placent d'un point de vue observateur tombant dans le TN

Ah non, c'est faux. Ils représentent la totalité de l'espace-temps, indépendamment de tout observateur.

Et à partir de là on peut regarder le point de vue de tous. Par exemple le point de vue de celui qui tombe dans le TN, c'est simplement sa trajectoire. Et le point de vue d'un observateur lointain : il suffit de tracer des rayons lumineux depuis un point pour savoir ce qu'il peut voir (et là évidemment rien ne peut venir de l'horizon) ou des lignes purement spatiales pour savoir s'il peut se trouver sur le même plan de simultanéité que l'horizon. Par contre, si tu traces une ligne de type temps (ou lumière) depuis l'observateur, elle peut atteindre l'horizon : donc l'horizon peut être dans son futur s'il lui prend à un moment l'envie d'aller vérifier.

Vu qu'il y a des infinis temporels pour nous nous arrivons à des aberrations.

Pas des aberrations. Juste des trucs qui sont totalement contre-intuitifs (avec notre intuition du "quotidien").

Tu peux aussi visualiser avec des équations, en parlant/pensant langage math. Mais ça nécessite évidemment plus d'apprentissage. Un graphique c'est plus facile

[Deedee81]

Pas des aberrations. Juste des trucs qui sont totalement contre-intuitifs (avec notre intuition du "quotidien").

Je suis bien placé pour le savoir.

Il y a quelques années, ici même, j'avais affirmé qu'un voyageur tombant dans un TN ne passerait jamais l'horizon car :
- le TN s'évapore en un temps fini
- pour un observateur extérieur l'horizon met un temps infini pour se former
Donc, il voit littéralement le TN "maigrir" sous ses pieds pendant qu'il tombe.

Et bien.... c'est faux. C'est ce qu'a m'a montré (avec un diagramme de Penrose justement) un autre contributeur sur un autre forum (celui de l'université de Liège pour ne pas le dire ).
Si le voyageur part (beaucoup) trop tard, il ne franchit pas l'horizon car le TN s'évapore avant.
Mais s'il ne part pas trop tard, il franchit bel et bien l'horizon et "ressort" par la singularité (pour peu qu'elle existe, faisons "comme si", et pour peu que l'évaporation/rayonnement de Hawking soit valide pour les derniers instants du TN, on n'a pas de certitude) en même temps que le reste du TN.

Je connaissais bien la théorie. Je pensais bien connaitre les TN. Et voilà, j'ai lâché la co...ie du siècle. Tout ça parce que c'est un monde où nos intuitions sont presque toujours fausses, tout comme les raisonnements "trop simplistes".

[invite77389699]

Attends si j'ai bien compris un TN super-massif mettrait 10 suivi de un milliards, de milliard, de milliards, de milliards, de milliard.. 8 fois 0, années à s'évaporer un chiffre impossible à écrire ou que ce soit dans l'univers faute de place.

[Deedee81]

Attends si j'ai bien compris un TN super-massif mettrait 10 suivi de un milliards, de milliard, de milliards, de milliards, de milliard.. 8 fois 0, années à s'évaporer

Me souviens plus du chiffre exact mais oui.... en théorie
(en fait, faut déjà attendre que le rayonnement fossile soit plus faible que le rayonnement du TN. Ca prend déjà pas mal de temps).

un chiffre impossible à écrire ou que ce soit dans l'univers faute de place.

Si, si, avec des exposants

[mach3]

Non il y a bel et bien deux points de vue différents selon le type de coordonnées adoptées soit on se place du point de vue externe c-a-d loin du TN donc avec une horloge peu déformée par la gravitation. Soit on se place du point de vue d'un observateur entraîné par le mouvement près du TN: Diagramme Penrose , Kruskal, tout cela c'est pareil. Dans un cas il y a singularité à l'horizon dans l'autre non donc il y a selon moi un problème.

Des points de vue différents sur une seule et unique chose, un seul et unique enchainement d'évènements. Et c'est justement le rôle de certains système de coordonnées de fournir ces points de vue. Les coordonnées de Schwarzschild fournissent plutôt un point de vue d'observateur distant, alors que celles de Painlevé un point de vue d'observateur en chute. Pour Kruskal ou Penrose, ce n'est pas le point de vue d'un observateur, car contrairement aux précédents exemples les relations entre coordonnées et mesures physiques sont beaucoup moins claires (la coordonnée temporelle de Kruskal ne coincide avec aucune horloge), mais on peut toujours reconstruire le point de vue de n'importe quel observateur en partant de n'importe quel système de coordonnées (ce sera juste plus facile ou plus dur, selon). Ca ne reste que de multiples cartes du même territoire.
La singularité sur l'horizon est bien du fait du choix de coordonnées, celles de Schwarzschild divergent sur l'horizon, pas les autres, ce n'est pas une singularité physique, mais une singularité de coordonnées. Cela dit l'horizon est tout de même une hypersurface particulière quand on regarde les cônes de lumière des évènements avant-dehors et après-dedans.

m@ch3