Trous noirs : la densité infinie

[inviteddbaedfb]

Bonjour à tous.

En me documentant sur les trous noirs, je viens de m'apercevoir que selon la science actuelle, les trous noirs auraient en leur centre, un point matématique de densité infinie.

Comment est-ce possible puisque la quantité de matière en leur sein est finie à tout instant ? (Même si elle augmente)
Cela ne semble pas avoir de sens.
D'autre part, l'Univers n'est pas continu : cela a été vérifié par la les expériences des quantas, et aussi par les expériences de photons tombant dans une ouverture microscopique selon une courbe non continue.

Quelqu'un pourrait-il m'expliquer cette histoire de densité infinie ?

Merci !

BlueMan.

PS : si vous ne "maîtrisez" pas le sujet, merci d'avoir la gentilesse de ne pas répondre.
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[Gloubiscrapule]

Bonjour à tous.

En me documentant sur les trous noirs, je viens de m'apercevoir que selon la science actuelle, les trous noirs auraient en leur centre, un point matématique de densité infinie.

L'infini vient de la relativité générale qui décrit la gravitation.

D'autre part, l'Univers n'est pas continu : cela a été vérifié par la les expériences des quantas, et aussi par les expériences de photons tombant dans une ouverture microscopique selon une courbe non continue.

La lumière et la structure microscopique de la matière est quantifiée mais pour l'espace on n'en sait encore rien, aucune expérience n'a mis çà en évidence!! La mécanique quantique décrit bien cette quantification!!

Or dans les connaissances actuelles, on n'arrive pas à mélanger les deux théories (gravitation et quantique), et pourtant elle est nécessaire pour bien décrire l'intérieur d'un trou noir...
Tant qu'on aura pas de théorie de gravitation quantique, on ne peut pas vraiment savoir ce qui pourrait se passer dans un trou noir. On peut en parler avec juste la relativité générale mais on dépasse les limites de la théorie!! Parler d'infini: oui et non en fait!!

[hlbnet]

A propos de la densité infinie.

Si j'ai bien compris, il y a un débat qui oppose certains spécialistes pour savoir si une singularité (ce point très étrange de densité infinie au centre des trous noirs) pourrait être observée "nue" dans la nature. Autrement dit, les spécialistes n'arrivent pas à s'accorder pour savoir s'il est physiquement possible d'avoir une singularité sans "trou noir" autour.

Si la singularité est "cachée derrière l'horizon d'un trou noir", elle ne pose plus de problème conceptuel : de toute façon, l'horizon du trou noir est une frontière de notre univers. Donc, la singularité serait hors de notre univers, donc on s'en fiche, elle n'existe pas, c'est un artifice de calcul.

Si, au contraire, la singularité peut exister "nue", alors là, je crois que ça fait bouillir les neurones de pas mal de physiciens pour savoir quelles sont ses propriétés.

J'ajoute que certains pensent tout simplement que l'existence mathématique de cette singularité est une preuve que nos lois (la Relativité Générale donc) sont fausses. Sauf, que à ma connaissance, on n'a pas mieux pour décrire l'univers, donc on fait avec.

En tout cas, moi, tout ce la me dépasse largement. Je ne fait que répéter bêtement ce que je crois avoir lu.

[bb98]

Bonjour
Une bonne bible à ce sujet reste :

"Le destin de l'univers" de JP Luminet chez Fayard

On peut aussi dire à notre ami que peu de monde "maitrise" ce sujet
sauf peut être Luminet..
S'il fréquente ce forum............



bonnes lectures

[A voir en vidéo sur Futura]

[hlbnet]

Oups, bluemanca, désolé, j'avais pas lu le PS. T'aurais du le mettre en gros au début.

[inviteddbaedfb]

Gloubiscrapule a dit :

La lumière et la structure microscopique de la matière est quantifiée mais pour l'espace on n'en sait encore rien, aucune expérience n'a mis çà en évidence!!

Si : j'ai eu connaissance d'une expérience qui montre la nature quantique, ou plus exactement discontinue, de la gravité : des photons qui étaient envoyés horizontalement dans un insterstice contitué de 2 places superposées ne se touchant pas, mais très très proches l'une de l'autre, a montré que chaque photon rebondissait sur la plaque inférieure et décrivait une courbe discontinue, ne prenant que des psoitions successives discontinues, comme celles des intersections d'un maillage, faisant ainsi de petits "sauts" d'une position à l'autre, et décrivant, à notre échelle une courbe qui nous apparaît continue.

Je vous remercie tous pour vos explications, mais je ne comprend toujours pas pourquoi le centre du trou noir devrait avoir une densité infinie.

[Carcharodon]

Salut,

J'ajoute que certains pensent tout simplement que l'existence mathématique de cette singularité est une preuve que nos lois (la Relativité Générale donc) sont fausses.

Non, pas fausses.
Incomplètes, c'est très différent.
je te signale que la justesse de la RG ne PEUT PAS être remise en cause, grâce aux très nombreuses et systématiques vérifications par les observations ou les experiences.

Ceux qui osent declarer (je ne parle pas de toi) que la RG est fausse sont toujours, systématiquement, des ignorants de ce qu'elle décrit.
Aucun scientifique n'oserait remettre en cause la RG.
ce qui ne signifie pas que celle ci soit suffisante pour décrire l'univers.

Le problème de la RG c'est qu'elle est totalement inutile pour décrire l'infiniment petit, royaume de la mécanique quantique.
Mais pour le macroscopique, c'est une théorie indiscutablement valable a tout points de vue, sauf pour décrire les singularités.

Comment est-ce possible puisque la quantité de matière en leur sein est finie à tout instant ? (Même si elle augmente)
Cela ne semble pas avoir de sens.

Et effectivement, ça n'en a pas.
Les singularités comme la singularité initiale (ce qui s'est passé avant le temps de Planck) ou les trous noirs ne peuvent pas être décrites de manière satisfaisante par le modèle standard de la cosmologie (dont la RG fait partie).

Le problème vient plus de la taille (infiniment petite) que de la densité, car cette dernière est la conséquence de la taille.
Si la taille était finie, alors il n'y aurait plus de densité infinie.
La RG ne sait pas décrire ce qui se passe au niveau de la singularité en ce qui concerne les trous noirs.
Aucune théorie ne permet de décrire correctement cette chose.
On arrive de mieux en mieux a décrire ce qui se passe autour, a proximité immédiate, mais la singularité elle même reste inaccessible au point de vue mathématique et théorique.

Et le restera tant qu'on aura pas une théorie plus complète que la RG (plus complète ne veut pas dire plus juste) pour décrire ces phénomènes.

[invite94a9587d]

Bonsoir,

Cette théorie qui expliquerait ceci : c'est ce que les chercheurs appellent la " théorie du tout " ?

Merci

[bb98]

bonjour

quand l'astrophysicien théorique tombe sur un infini dans ses équations, il a une alternative :
"ah , tiens, flute, bon, je fais avec"
"ah, tiens, flute, je renormalise"

Aucune de ses 2 positions ne permettent de s'affranchir de : nos modèles sont imparfaits, ils ne sont pas LA réalité, mais UNE représentation, mathématique, de la réalité.
En épistémologie,on dit que "la réalité transcende les modèles".

Cerains pensent qu'il n'y AUCUN infini dans l'univers car, tout dans l'univers est physique et se réduit à une mesure ( nombre de m², nombre watt, nombre de...) et aucune mesure ne peut être infinie...

[Gloubiscrapule]

Gloubiscrapule a dit :

Si : j'ai eu connaissance d'une expérience qui montre la nature quantique, ou plus exactement discontinue, de la gravité : des photons qui étaient envoyés horizontalement dans un insterstice constitué de 2 places superposées ne se touchant pas, mais très très proches l'une de l'autre, a montré que chaque photon rebondissait sur la plaque inférieure et décrivait une courbe discontinue, ne prenant que des positions successives discontinues, comme celles des intersections d'un maillage, faisant ainsi de petits "sauts" d'une position à l'autre, et décrivant, à notre échelle une courbe qui nous apparaît continue.

J'aimerais bien avoir des sources de ce que tu avances... Si on découvre que l'espace est discontinu ça ferait beaucoup de bruit, et j'ai rien entendu!!

Cette théorie qui expliquerait ceci : c'est ce que les chercheurs appellent la " théorie du tout " ?

Les chercheurs l'appellent gravité quantique. C'est plutôt les vulgarisateurs qui l'appellent théorie du tout, parce que ça fait grandiose!!

[audrasjb]

Les chercheurs l'appellent gravité quantique. C'est plutôt les vulgarisateurs qui l'appellent théorie du tout, parce que ça fait grandiose!!

Bonsoir,

Surtout que le terme "théorie du tout" est tout de même lourd de sens (un vrai boulet d'or, oui ). Il conviendrait tout de même de se rendre compte de la portée épistémologique d'un tel terme ! Cette "théorie du tout" serait-elle capable d'expliquer les mécanisme de l'apparition de la vie sur une planète aussi bien que les diverses singularités astrophysiques dont la singularité "primordiale" ? serait-elle donc capable de proposer des modèles prédictifs sociologiques ? Non. Alors il ne s'agit pas de "théorie du tout", il ne peut pas y avoir de "thèorie du tout", c'est... tout.

Quand à avoir un modèle unifiant la RG et la MQ, pourquoi pas, peut-être. Doit-on pour autant la qualifier de "théorie du tout" ?

C'est comme si en tant que doctorant en SHS je proposait de nommer la future théorie méga révolutionnaire que je compte proposer dans ma thèse (hum : ) "théorie du tout"... cela aurait-il une quelconque incidence sur les modèles de physique débattus aujourd'hui entre physiciens autant que sur ce fil... ? Non. Et pour cause, le terme de "théorie du tout" ne renvoie à rien, sauf à se baser sur des croyances religieuses, peut-être. Il faut bien comprendre que la science avance en proposant des modèles qui essayent tant bien que mal d'interpréter la réalité des choses, et en tant que scientifiques de tous bords, nous ne pouvons prétendre à la moindre "théorie du tout", c'est clair et définitif

[Deedee81]

J'aimerais bien avoir des sources de ce que tu avances... Si on découvre que l'espace est discontinu ça ferait beaucoup de bruit, et j'ai rien entendu!!

Salut,

Je crois qu'il y a juste une petite confusion et cette expérience a déjà été discutée sur Futura.

Ce n'est pas des photons mais des neutrons qui ont été utilisés. Les photons sont trop rapides pour une telle expérience.

Et ce que cette expérience montre, ce n'est pas que la gravité est quantififée (ou que la RG doit être quantifiée, bien qu'il paraisse peu douteux qu'une gravité quantique soit nécessaire à un certain niveau) mais seulement que l'énergie potentielle de gravitation est quantifiée. Et, ça, l'énergie quantifiée, ce n'est pas un scoop.

Ca prouve encore moins que l'espace soit quantifié.

C'est l'équivalent de l'électron autour d'un atome. Dans le potentiel électrostatique du noyau, l'énergie de l'électron est quantifiée. Mais nul besoin, à ce stade (celui de la théorie de Schrödinger de l'atome) de faire appel à la théorie quantique des champs (ici le champ électromagnétique).

Mais même non révolutionnaire, cette expérience valait la peine d'être faites. Ca montre au moins l'absence de suprise et cela valide (en partie) les approches semi-classiques (traitement des la théorie quantique des champs sur un espace-temps courbe classique et imposé).

Voir, par exemple :
http://www.larecherche.fr/content/re...ticle?id=11679
http://fr.wikipedia.org/wiki/Gravit%...ique_quantique
http://cel.archives-ouvertes.fr/docs...s_Protasov.pdf

[invité576543]

Voir, par exemple :
http://www.larecherche.fr/content/re...ticle?id=11679

Est-ce que ces expériences ne donneraient pas exactement le même résultat dans une fusée uniformément accélérée?

Cela démontre-t-il quelque chose sur la gravitation (et sur le potentiel de gravitation), ou bien plus généralement sur l'effet d'une paire de "miroirs" parallèles en accélération uniforme?

Cordialement,

[Deedee81]

Est-ce que ces expériences ne donneraient pas exactement le même résultat dans une fusée uniformément accélérée?

En principe non puisque cette fois il n'y a pas d'énergie potentiel (seulement de l'énergie cinétique).

C'est comme un électron libre, il peut avoir n'importe quelle vitesse, ce n'est pas quantifié.

Maintenant je pense que mes propos doivent être modérés. Cela doit dépendre de la manière d'appliquer la force d'accélération et de l'environnement ("pousser" un électron autour d'un atome ne fait pas disparaitre la quantification, si la fusée est le potentiel de gravitation de la Terre, forcément, la quantification doit être là).

Ceci dit, avec une fusée ça va être difficile à mesurer (les niveaux d'énergie seraient trop "serrés", on a un 1/m dans les équations de la MQ).

Cela démontre-t-il quelque chose sur la gravitation (et sur le potentiel de gravitation), ou bien plus généralement sur l'effet d'une paire de "miroirs" parallèles en accélération uniforme?

Quels miroirs ?????

En fait cette expérience nous apprend juste une chose : la MQ reste valide même en présence de la gravité. On peut, par exemple, utiliser l'équation de Schrödinger pour le mouvement du neutron dans un potentiel gravitationnel.

C'est déjà important. Mais j'estime qu'elle ne nous apprend strictement rien sur la gravitation.

[invité576543]

En principe non puisque cette fois il n'y a pas d'énergie potentiel (seulement de l'énergie cinétique).

Tu prédis donc qu'on observerait quelque chose de différent dans une fusée dans l'espace, loin de toute masse importante, et uniformément accélérée?

Ceci dit, avec une fusée ça va être difficile à mesurer (les niveaux d'énergie seraient trop "serrés", on a un 1/m dans les équations de la MQ).

Si on sait le mesurer à la surface de la Terre, et que seule l'accélération intervient, alors on sait le mesure avec une accélération de 1 g, non? Rien de bien difficile techniquement.

Quels miroirs ?????

Les deux surfaces sur lesquelles les neutrons "rebondissent".

En fait cette expérience nous apprend juste une chose : la MQ reste valide même en présence de la gravité.

De gravité ou d'accélération? (Même question, toujours. Et comment fait-on la différence?)

Cordialement,

[Deedee81]

J'enlève une partie de la réponse que j'avais commencé à rédigé car j'ai remarqué avoir mal lu ta question initiale !!!!

Si on sait le mesurer à la surface de la Terre, et que seule l'accélération intervient, alors on sait le mesure avec une accélération de 1 g, non? Rien de bien difficile techniquement.

Ce n'est pas la différence espace/terre que j'affirme être difficile à mesurer mais la différence neutron/fusée. Avoue quand même qu'une fusée c'est plus lourd qu'un neutron Tu n'arriveras jamais à mesurer une différence (due à la MQ) dans le mouvement de la fusée.

Mais.... je crois que j'avais mal lu ton message, désolé. Tu dis bien "l'expérience DANS la fusée" (j'avais lu implictement une expérience AVEC une fusée remplaçant le neutron). Je devrais porter des lunettes. Heu... Zut... J'en porte déjà

Mais ça ne change rien aux conclusions sur le résultat (pas de quantification). Ca rend juste l'effet mesurable cette fois

Attention : une gravité est équivalente à une accélération mais toute accélération n'est pas équivalente à de la gravité. La gravité c'est l'espace-temps courbe (en RG) et on peut avoir des accélérations en espace-temps plat. Donc, ce n'est pas parceque la fusée est accélérée à 1 g que le neutron va se comporter comme s'il était dans un champ de gravitation.

Est-ce que cela viole le principe d'équivalence ? Non, car celui-ci n'est valide que localement (dans le voisinage infinitésimal d'un point) or c'est justement ce qui distingue une simple accélération d'un corps mascroscopique d'un champ de gravitation. Et, bien entendu, impossible d'observer la quantification de l'énergie du neutron sans observer son mouvement (et donc l'effet est non local).

En RG la différence "pas tout à fait localement" mesurable sont les effets de marée.

Tout ça est d'ailleurs logique. Pendant que le "miroir" va à sa rencontre, dans la fusée, le neutron ne subit strictement aucune interaction. Aucune raison que son état change avant la collision....

Hummmmm..... A cause du principe d'équivalence, un neutron en chute libre aussi est inertiel (et sans "interaction", au moins au sens de la relativité générale).

Donc, ça montre quand même un tout petit peu plus que ce que j'estimais. Ca montre que du point de vue de l'interaction (interaction gravitationnelle entre la Terre et le neutron) la gravitation se comporte comme les autres forces.

C'est important aussi ça ! A posteriori, ton idée de faire l'expérience dans une fusée savère utile. Merci de m'avoir poussé à cette réflexion.

[invité576543]

Merci de m'avoir poussé à cette réflexion.

De rien, ce n'était en rien mon but.

Je posais juste des questions, dans le but d'obtenir des réponses qui amélioreraient ma compréhension du monde.

Cordialement,

[invitec5210e6f]

pour etre plus claire sa gravité tant vers linfini

[invite3cb2ea45]

Bonsoir,
Pour répondre à la question de départ: la relativité générale prédit que la matière au centre d'un trou noir est compressée en un point (donc dans un espace de volume nul). Plus de la matière est confinée dans un volume peu important, plus elle est dense; ainsi dans un volume nul, on parle de densité infinie. Ce qui n'a aucun sens physique! Ce résultat indique seulement que l'on applique la théorie de la RR au-delà de ces capacités de prédiction. Il faudrait utiliser la mécanique quantique, puisque le centre de la singularité relève du domaine de l'infiniment petit, mais on ne peut appliquer cette théorie que si les effets gravitationnels sont négligeables. Or ils se trouve qu'ils sont au contraire intenses. Voilà une des raisons pour lesquelles tant d'astrophysiciens et de physiciens cherchent une théorie capable de réunir la RR et la physique quantique!

[bb98]

Bonjour

Dans la gravitation quantique à boucles, l'espace ( et le temps) est quantifié et l'augmentation de la densité ...s'arrète donc quand ce "quantum" d'espace est atteint (c'est très petit, mais pas nul) la densité n'est donc jamais infinie.
Il y a alors un "rebond" ..et un nouveau big bang

Ces théories sont très ...spéculatives... mais évitent de manipuler des infinis, choses que la physique n'aime pas ( contrairement aux mathématiques)
la physique, globalement, mesure, et aucun résultat de mesure ne peut être infini...

bonnes lectures

[invite3cb2ea45]

Excusez moi mais à un moment dans mon message j'ai mis RR mais c'est RG que je voulais mettre. Désolé j'étais un peu dans les vapes