Trou noir et Big bang

[Milkman21]

Bonjour,

Un trou noir est une sorte de "singularité" apparaissant lorsque la compacité est telle qu'il y a effondrement gravitationnel.
Mais lors du big bang, la compacité devait "au moins" être la même que celle que l'on a découvert récemment dans les trous noirs ?
Pourquoi les trous noirs restent ils si stable dans le temps alors qu'une "sorte" de réaction inverse a eu lieu lors du big bang ?

La véritable question est donc :
Physiquement, est il possible de faire ressortir toutes la matière d'un trou noir ? Où les lois l'interdisent il ?

Cordialement
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[Deedee81]

Salut,

Un trou noir est une sorte de "singularité" apparaissant lorsque la compacité est telle qu'il y a effondrement gravitationnel.
Mais lors du big bang, la compacité devait "au moins" être la même que celle que l'on a découvert récemment dans les trous noirs ?
Pourquoi les trous noirs restent ils si stable dans le temps alors qu'une "sorte" de réaction inverse a eu lieu lors du big bang ?

Attention, contrairement aux apparences (y compris des équations), l'univers ne ressemble pas du tout à un trou noir. Même sa géométrie est très différente (géométrie de type Schwartzchild ou Kerr pour un TN et géométrie de type Friedman-Robertson-Walker-Lemaitre pour l'univers).

La principale différence est qu'un TN est un corps a symétrie centrale (avec un centre) et une grande masse concentrée autour de ce centre. Tandis que l'univers n'a pas de centre. Il ne suffit en effet pas d'avoir une grande masse pour avoir un trou noir. Dans un milieu homogène (comme l'univers, au moins à grande échelle et à ses débuts) la gravité ressentie par un objet est nul (l'univers n'a a priori pas de centre et l'attraction est la même dans toutes les directions).

En outre, il y a bien une notion de densité critique pour l'univers (densité, pour une époque donnée, à partir de laquelle l'univers fini un jour par entre en contraction, le big crunch) mais il semble qu'on soit en deçà de cette densité. Auquel cas l'univers est ouvert (éternel, infini, il est même en accélération mais ça c'est probablement pour une autre raison qu'on ne comprend pas encore). Si l'on se contente de la simple analogie des équations dans ce cas l'univers n'est même pas un TN du tout.

La véritable question est donc :
Physiquement, est il possible de faire ressortir toutes la matière d'un trou noir ? Où les lois l'interdisent il ?

Les lois classiques l'interdissent. Mais pas les lois quantiques. Fait quelques recherches sur "rayonnement de Hawking", "évaporation des trous noirs" ou "thermodynamique des trous noirs".

[Milkman21]

Salut,


La principale différence est qu'un TN est un corps a symétrie centrale (avec un centre) et une grande masse concentrée autour de ce centre. Tandis que l'univers n'a pas de centre. Il ne suffit en effet pas d'avoir une grande masse pour avoir un trou noir. Dans un milieu homogène (comme l'univers, au moins à grande échelle et à ses débuts) la gravité ressentie par un objet est nul (l'univers n'a a priori pas de centre et l'attraction est la même dans toutes les directions)..

Merci pour ta réponse

Cependant je parlais plutôt de l'univers avant qu'il n'y ai inflation.. Je sais que ce n'est pas la masse qui joue un rôle dans l effondrement gravitationnelle mais sa "densité". Je suppose donc qu'à t+380 000 ans la densité globale de l'univers était déjà loin de celle requise pour qu'il y ai effondrement (sauf à certains endroits (trou noir primordiaux)).
Cependant à t+ ère de planck la densité devait être telle que l'univers était dans un état d'effondrement gravitationnel ?? (à l'intérieur du trou noir p etre que l'attraction est la même dans tous les sens aussi ? )
Si vous me dites qu'il n'y avait pas de gravitation à l ère de planck, que la densité ne permettais pas un effondrement (Si sagitarius A : 2 g/ cm3 je n'imagine pas celle de l'univers à l ere de planck...) alors je suis perdu..
Cordialement,

[Deedee81]

Merci pour ta réponse

Cependant je parlais plutôt de l'univers avant qu'il n'y ai inflation.. Je sais que ce n'est pas la masse qui joue un rôle dans l effondrement gravitationnelle mais sa "densité". Je suppose donc qu'à t+380 000 ans la densité globale de l'univers était déjà loin de celle requise pour qu'il y ai effondrement (sauf à certains endroits (trou noir primordiaux)).

Pour ça, il faut qu'il y ait eut des perturbations suffisantes (toujours cette homogénéité : même au tout début, même avec une densité hyper méga colossale : homogène => pas de trou noir (*)). Si la perturbation de densité est suffisante, un "grumeau" peut former un trou noir.

Je sais que cela a déjà été envisagé mais je ne connais pas trop l'état de l'art des théories sur ce sujet.

(*) Je vais encore préciser : un trou noir se forme par ce que il y a une grande densité avec du vide autour (ou une densité plus faible). Dans l'univers primordial il n'y avait pas de zone vide ou de faible densité, donc pas de trou noir. C'est simplement parce que la matière est attirée par la zone dense au détriment de la zone vide que le trou noir se forme !

Et bien entendu, dans l'univers, il n'y a pas de centre. Ce n'est pas une boule de matière avec du vide autour, même au début. L'univers n'a pas de bord. Pour un univers fini (on ignore s'il est fini ou infini) en allant tout droit, on se retrouve à son point de départ sans faire demi-tour (comme dans certains jeux vidéos ), chemin très court au tout début. Et pour un univers infini, il l'a toujours été, même au début.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Milkman21]

Pour ça, il faut qu'il y ait eut des perturbations suffisantes (toujours cette homogénéité : même au tout début, même avec une densité hyper méga colossale : homogène => pas de trou noir (*)). Si la perturbation de densité est suffisante, un "grumeau" peut former un trou noir.

Je sais que cela a déjà été envisagé mais je ne connais pas trop l'état de l'art des théories sur ce sujet.

(*) Je vais encore préciser : un trou noir se forme par ce que il y a une grande densité avec du vide autour (ou une densité plus faible). Dans l'univers primordial il n'y avait pas de zone vide ou de faible densité, donc pas de trou noir. C'est simplement parce que la matière est attirée par la zone dense au détriment de la zone vide que le trou noir se forme !

Et bien entendu, dans l'univers, il n'y a pas de centre. Ce n'est pas une boule de matière avec du vide autour, même au début. L'univers n'a pas de bord. Pour un univers fini (on ignore s'il est fini ou infini) en allant tout droit, on se retrouve à son point de départ sans faire demi-tour (comme dans certains jeux vidéos ), chemin très court au tout début. Et pour un univers infini, il l'a toujours été, même au début.

ok ! Je ne savais pas pour le faite qu'il faille du vide autour pour créer un trou noir (que d'ailleurs j'ai du mal à comprendre).. Mais les particules à l'intérieur du trou noir "ressentent" la même chose ? J'entends par là : attraction identiques de tous les côtés donc gravité "nul". Et si elles pouvaient se déplacer en allant tout droit elles reviendraient sur leur pas ?

Pour ce qui est de l'univers j'arrive bien a concevoir se que tu dis et le faite qu'il n'y ai pas de bords (voir autres discussions).
Le faite que l'on revienne sur nos pas suggère qu'il existe une dimension supplémentaire dailleurs... mais je ne comprends pas pourquoi même dans un espace sans bord il ne peut pas y avoir effondrement apres avoir dépasser une certaine densité limite ? la densité reste la même partout qu'il y est un centre ou pas..

[Deedee81]

ok ! Je ne savais pas pour le faite qu'il faille du vide autour pour créer un trou noir (que d'ailleurs j'ai du mal à comprendre)..

Je vais prendre un exemple plus familier qui devrait t'aider à comprendre.

Prenons un caillou et plaçons le dans l'espace, pas loin de la Terre, immobile (pas en orbite quoi). On le lâche. Il va alors tomber vers la Terre et chutant de plus en plus vite.

Met le même caillou plus loin, si tu le met trop près de la Lune, il ne va plus être attiré par la Terre, mais par la Lune.

Entre les deux il y a un point d'équilibre, où l'attirance par la Lune tout comme par la Terre sera identique et la caillou ne va pas bouger (c'est un des points appelé "points de Lagrange" qui sont des points d'équilibre stable ou instable).

Pour le trou noir c'est la même chose. Pour qu'il y a ait effondrement de la matière, il faut qu'elle tombe vers quelque chose de massif et ne soit pas attirée vers l'extérieur. Dans un milieu parfaitement homogène, il y a même quantité de matière dans tous les sens, pas de direction vers laquelle tomber, pas d'effondrement.

Pour un trou noir traditionnel, la question ne se pose pas puisque les TN se forment dans l'espace. C'est pas le vide qui manque

Mais les particules à l'intérieur du trou noir "ressentent" la même chose ? J'entends par là : attraction identiques de tous les côtés donc gravité "nul". Et si elles pouvaient se déplacer en allant tout droit elles reviendraient sur leur pas ?

Dans un trou noir, toute la matière est au centre. Un trou noir c'est surtout du vide !!!! La "boule noire" qu'on peut voir (dans les illustrations et probablement en vrai dans peu de temps) c'est l'horizon des événements, une zone purement géométrique où tout chemin mène à l'intérieur et vers le centre (ça c'est singulièrement difficile à visualiser, la RG et ses espace lorentzien courbe et à quatre dimensions, c'est une horreur pour visualiser ça).

Le faite que l'on revienne sur nos pas suggère qu'il existe une dimension supplémentaire dailleurs...

Ca peut le suggérer mais ce n'est pas nécessaire. Il est vrai que notre cerveau a besoin de visualiser les choses (comme la surface d'une sphère) en les plongeant dans un espace plus grand (la surface de la sphère forme une boule dans un espace "ordinaire"). Mais ça c'est juste notre pauvre cerveau qui est limité Avec les équations c'est moins difficile (à condition de parler leur langage).

[Andrei2010]

Et bien entendu, dans l'univers, il n'y a pas de centre. Ce n'est pas une boule de matière avec du vide autour, même au début. L'univers n'a pas de bord. Pour un univers fini (on ignore s'il est fini ou infini) en allant tout droit, on se retrouve à son point de départ sans faire demi-tour (comme dans certains jeux vidéos ), chemin très court au tout début. Et pour un univers infini, il l'a toujours été, même au début.

Objection, votre Honneur ! On n'a pas d'indice observationnel permettant de penser que l'univers n'a pas de bord.

[Milkman21]

Je vais prendre un exemple plus familier qui devrait t'aider à comprendre.

Prenons un caillou et plaçons le dans l'espace, pas loin de la Terre, immobile (pas en orbite quoi). On le lâche. Il va alors tomber vers la Terre et chutant de plus en plus vite.

Met le même caillou plus loin, si tu le met trop près de la Lune, il ne va plus être attiré par la Terre, mais par la Lune.

Entre les deux il y a un point d'équilibre, où l'attirance par la Lune tout comme par la Terre sera identique et la caillou ne va pas bouger (c'est un des points appelé "points de Lagrange" qui sont des points d'équilibre stable ou instable).

Pour le trou noir c'est la même chose. Pour qu'il y a ait effondrement de la matière, il faut qu'elle tombe vers quelque chose de massif et ne soit pas attirée vers l'extérieur. Dans un milieu parfaitement homogène, il y a même quantité de matière dans tous les sens, pas de direction vers laquelle tomber, pas d'effondrement.

Pour un trou noir traditionnel, la question ne se pose pas puisque les TN se forment dans l'espace. C'est pas le vide qui manque



Dans un trou noir, toute la matière est au centre. Un trou noir c'est surtout du vide !!!! La "boule noire" qu'on peut voir (dans les illustrations et probablement en vrai dans peu de temps) c'est l'horizon des événements, une zone purement géométrique où tout chemin mène à l'intérieur et vers le centre (ça c'est singulièrement difficile à visualiser, la RG et ses espace lorentzien courbe et à quatre dimensions, c'est une horreur pour visualiser ça).



Ca peut le suggérer mais ce n'est pas nécessaire. Il est vrai que notre cerveau a besoin de visualiser les choses (comme la surface d'une sphère) en les plongeant dans un espace plus grand (la surface de la sphère forme une boule dans un espace "ordinaire"). Mais ça c'est juste notre pauvre cerveau qui est limité Avec les équations c'est moins difficile (à condition de parler leur langage).

Merci pour tout Deedee

Je conçois déjà mieux cette notion de direction ..

Cordialement !

[Milkman21]

Objection, votre Honneur ! On n'a pas d'indice observationnel permettant de penser que l'univers n'a pas de bord.

Non mais ça reste juste inconcevable !
Ou alors seulement si il y a des dimensions supplémentaires !! donc non observable !

[Deedee81]

Objection, votre Honneur ! On n'a pas d'indice observationnel permettant de penser que l'univers n'a pas de bord.

Hors de la zone visible, en effet, forcément. Mais je n'appellerais pas ça bord (sinon, qu'y a-t-il après ? Alors que univers veut dire "tout"), mais plutôt une limite singulière (au sens de "singularité"). Bien que ça serait franchement bizarre (une particule qui l'atteint est absorbée ? Ou reflétée (*) ?). Mais la bizarrerie ne constitue évidemment pas un argument scientifique.

(*) dans ce dernier cas ce n'est guère différent d'un univers torique ou dodécaédrique à la Luminet si ce n'est que la zone de "demi-tour" est singulière. Comme lorsque l'on recolle le bord d'une variété sur le même bord.

Je parlerais plutôt d'un univers non totalement homogène et isotrope et topologiquement bizarre. A part le caractère "bizarre", les cosmologies non homogènes c'est bien envisagé (mais par calcul numérique : les équations sont trop ardues pour le faire à la main)

[Andrei2010]

Hors de la zone visible, en effet, forcément. Mais je n'appellerais pas ça bord (sinon, qu'y a-t-il après ? Alors que univers veut dire "tout"), mais plutôt une limite singulière (au sens de "singularité").

C'est rageant d'en être réduits à la spéculation sur le sujet, hein ? Il y a même de fortes chances pour qu'on ne trouve jamais la réponse concernant la taille (finie/infinie) de l'univers, et son "bord" éventuel...

Je parlerais plutôt d'un univers non totalement homogène et isotrope et topologiquement bizarre. A part le caractère "bizarre", les cosmologies non homogènes c'est bien envisagé (mais par calcul numérique : les équations sont trop ardues pour le faire à la main)

On sait que l'espace est plat dans tout l'univers observable, et on se demande si c'est pareil ou non au-delà. Pareil pour l'homogénéité !
Sujet connexe (oui, j'ai tendance à divaguer à cette heure avancée) : j'ai cru comprendre que l'accélération de l'expansion ne serait pas homogène partout dans l'univers observable. Il s'agirait du résultat de mesures récentes. Ca m'intrigue beaucoup. Est-ce que quelqu'un en a eu vent ? Merci.

[Deedee81]

Salut,

C'est rageant d'en être réduits à la spéculation sur le sujet, hein ? Il y a même de fortes chances pour qu'on ne trouve jamais la réponse concernant la taille (finie/infinie) de l'univers, et son "bord" éventuel...

Rageant ? Non, je n'aurais pas employé ce mot, j'aurais plutôt employé un mot comme dommage (bien que cela dépend du caractère ). Il y a encore tellement à découvrir rien qu'en restant dans notre petit coin de la Voie Lactée (en haut à gauche après la quatrième étoile).

La connaissance théorique validée expérimentalement nous permet parfois de déduire des choses qui échappent à l'observation directement avec, je dirais, une petite larme de confiance. Mais je reste en effet persuadé que quelques questions risquent de rester sans réponse (une autre, par exemple, l'avant Big Bang. On risque d'avoir toujours, quelles que soient les avancées théoriques, plusieurs modèles théoriquement valides et impossibles à départager si le "goulot d'étrangement" des premiers instant de l'univers observable ont tout effacé).

j'ai cru comprendre que l'accélération de l'expansion ne serait pas homogène partout dans l'univers observable. Il s'agirait du résultat de mesures récentes. Ca m'intrigue beaucoup. Est-ce que quelqu'un en a eu vent ?

Les derniers résultats que j'avais lu concernaient la courbe d'évolution de cette accélération au cours du temps. On ne parlait pas de non homogénéité, ce qui serait un résultat extrêmement important.

Si quelqu'un a des infos, ça m'intéresse aussi.

P.S. : ma spéculation perso sur le domaine est liée à des calculs sur la gravité quantique semi-classique (calculs que je l'avoue je n'ai pas réussi à mener entièrement à bien, hélas, je n'ai pas les épaules d'un Hawking) et m'a amener à spéculer que cette courbe d'accélération devait être une oscillation très amortie : inflation - ralentissement - accélération (faible) - ralentissement - .... jusqu'à tendre très vite (qq milliards d'années quand même ) vers l'expansion telle que prédite par la RG. Il va de soit que je ne suis pas capable de justifier une telle idée, ni théoriquement, on l'a compris, ni par l'observation. Je cite ça juste pour l'anecdote.

[rik 2]

bonjour Andrei! tu écris

Il y a même de fortes chances pour qu'on ne trouve jamais la réponse concernant la taille (finie/infinie) de l'univers, et son "bord" éventuel...

mais je croyais que nous étions passé d'un monde clos à un univers infini il y a déjà pas mal de temps.

[stefjm]

P.S. : ma spéculation perso sur le domaine est liée à des calculs sur la gravité quantique semi-classique (calculs que je l'avoue je n'ai pas réussi à mener entièrement à bien, hélas, je n'ai pas les épaules d'un Hawking) et m'a amener à spéculer que cette courbe d'accélération devait être une oscillation très amortie : inflation - ralentissement - accélération (faible) - ralentissement - .... jusqu'à tendre très vite (qq milliards d'années quand même ) vers l'expansion telle que prédite par la RG. Il va de soit que je ne suis pas capable de justifier une telle idée, ni théoriquement, on l'a compris, ni par l'observation. Je cite ça juste pour l'anecdote.

T'as fait les AD pertinentes?

[Andrei2010]

bonjour Andrei! tu écris mais je croyais que nous étions passé d'un monde clos à un univers infini il y a déjà pas mal de temps.

Bonjour 'rik,

Le livre que tu indiques dans le lien concerne le passage de la vision "primitive" de l'univers (le Soleil au centre, les planètes autour, le tout enfermé dans une sphère), a la vision actuelle. Cependant, aucun scientifique lucide ne peut affirmer que l'univers est de taille finie ou infinie, faute de preuves.

[Deedee81]

T'as fait les AD pertinentes?

Ce n'est pas un problème d'AD mais de mise en équation et de renormalisation (*). Je travaille toujours en unité géométriques (tout s'exprime en dimensions [L]), tout ce qui est AD est donc déjà automatiquement inclut.... mais il y a le reste, évidemment.

(*) En gravité quantique semi-classique, des grandeurs comme l'énergie-impulsion du vide doivent être renormalisées. Comme toujours dans ce cas là, il y a ambiguïté. Et donc on ne sait pas faire ce que je désirais (écrire une formulation TQC + espace-temps courbe purement locale et obtenir une "équations d'Einstein généralisée" prenant en compte les aspects quantiques semi-classiques. Malheureusement, il y a des termes arbitraires et ça ne marche pas. Pas sans une théorie plus fondamentale ou sans mesure. C'est pourquoi j'ai laissé tombé et que je potasse maintenant la gravité quantique (la pure et dure, pas la semi-classique).