Le procédé de Penrose et l'assistance gravitationnelle

[ordage]

Bonjour

On utilise l'assistance gravitationnelle (qui modifie le moment angulaire des planètes utilisées dans cet assistance) dans notre système solaire, dans son référentiel, pour améliorer, très sensiblement , les performances d'une mission astronautique dans le système solaire.

Le processus de Penrose, proposé par Penrose, pour extraire de l'énergie, d'un trou noir en rotation, peut aussi réaliser cette assistance puisque l'énergie (de rotation prélevée au trou noir) se retrouve sous forme d'énergie "cinétique" lors du retour au point de départ. Pour évaluer cette énergie cinétique, il faut utiliser les équations de la relativité générale.

Le mécanisme, (qui montre que c'est parce qu'il existe des géodésiques à énergie négative, du fait que le tenseur de Killing associé à l'énergie est de type espace dans l'ergosphère) , est bien expliqué dans:

https://preposterousuniverse.com/wp-...otes-seven.pdf
pages 212-214; eq 7.136 à 7.141.

Le résultat significatif est donné par les équations 7.140 : E0 = E1+E2

et 7.141 : E1 >E0

Où E0 est l'énergie "totale" de la navette avec son chargement au départ, composée de l'énergie de la navette E1 + l'énergie du chargement = E2. Elle est conservée sur la géodésique.

Comme lors de l'éjection du chargement le 4-moment p est conservé ce qui implique que la relation 7.140 est respectée, mais cette fois, avec E2 < 0, cela implique 7.141: E1 >E0.

La navette, sans son chargement, a plus d'énergie que la navette avec son chargement au retour.

Si par exemple le chargement représente 95% de la masse, cela indique que l'énergie de la navette seule a été multipliée par plus de 20. On imagine l'énergie cinétique (et dont l'accroissement de vitesse) que cela représente!

Une piste pour les futurs voyages interstellaires?

Cordialement
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[pm42]

Une piste pour les futurs voyages interstellaires?

Comment on fait pour aller à coté du trou noir ? Pour autant qu'on sache, il n'y en a pas à coté.

[f6bes]

Y a bien un..mais il est un peu loin !!!
https://fr.wikipedia.org/wiki/Sagittarius_A*
A+

[JPL]

Comment on fait pour aller à coté du trou noir ? Pour autant qu'on sache, il n'y en a pas à coté.

Les théoriciens s’occupent de théorie et pas de faisabilité.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Avatar10]

et cette rubrique est "réservée" aux pro, semi-pro, ou étudiant niveau master....alors si on peut apporter un élément constructif même si on fait pas parti de ces catégories c'est bien, mais là...

[pm42]

Les théoriciens s’occupent de théorie et pas de faisabilité.

J'entends bien mais je n'ai pas vu de question théorique mais juste "Une piste pour les futurs voyages interstellaires?".
Et si on parle de ce sujet, on n'est plus vraiment dans la théorie physique mais dans la faisabilité du voyage interstellaire et avant d'extraire de l'énergie d'un trou noir, il faut y aller.

Sinon, je n'ai rien vu de nouveau sur un mécanisme bien connu qui était déjà dans le "Black Hole & Time Warps" de Kim Thorne il y a 30 ans par exemple.

[ordage]

Bonjour

Il s'agit d'une expérience de pensée.

Pour donner des résultats concrets, prenons un exemple où la charge utile est de 1%.
Comme en relativité l'énergie inclut l'énergie de masse, en utilisant le facteur de Lorentz, on déduit que la vitesse au retour, dans le référentiel de départ qui est aussi celui du retour, est de 0.99995x c.
Comme le facteur de dilatation temporelle est de 100, cela prendrait moins de 15 jours du temps d'un astronaute pour se rendre à Proxima du Centaure (ce qui correspond à environ 4 ans sur Terre).

L'idée c'est que les trous noirs (généralement, en rotation) qu'on considère comme des malédictions sont (entre autres) d'énormes réservoirs d'énergie libre (utilisable) dans l'univers.

Cordialement

[pm42]

Il s'agit d'une expérience de pensée.

Ok.

Comme le facteur de dilatation temporelle est de 100, cela prendrait moins de 15 jours du temps d'un astronaute pour se rendre à Proxima du Centaure (ce qui correspond à environ 4 ans sur Terre).

Mais pour cela, il faudrait un trou noir très proche de nous. On est vraiment dans l'éxpérience de pensée.
Ceci dit, atteindre 0.99995x c n'est quasiment pas possible par d'autres méthodes dans l'état actuel de nos connaissances. Bon, à cette vitesse on tombe sur d'autres problèmes comme la quantité d'énergie libérée par une collision avec une poussière interstellaire.

L'idée c'est que les trous noirs (généralement, en rotation) qu'on considère comme des malédictions sont (entre autres) d'énormes réservoirs d'énergie libre (utilisable) dans l'univers.

Le coté "utilisable" se discute parce que théoriquement oui mais en pratique...
Note que s'ils sont les noyaux qui aident à la formation des galaxies, ils sont tout sauf des malédictions parce que sans galaxies, je doute qu'il naisse beaucoup d'étoiles et donc de planètes.

P.S : mais sinon, je suis d'accord, cette découverte de Penrose est fascinante.

[yves95210]

Bonjour,

Mais pour cela, il faudrait un trou noir très proche de nous. On est vraiment dans l'éxpérience de pensée.

Les astronomes estiment qu'il pourrait y en avoir jusqu'à 100 millions dans la Voie Lactée, un pour quelques milliers d'étoiles. Il est assez probable qu'il y en ait un dans le "voisinage" du système solaire, disons à moins de cent années-lumière (reste à le détecter, ce qui n'est pas si simple...), et pas impossible (mais mille fois moins probable) qu'il se situe à seulement une dizaine d'a-l.

Mais même si on était capable d'y envoyer une sonde voyageant à un dixième de la vitesse de la lumière, il faudrait un ou plusieurs siècles de temps terrestre pour l'atteindre. Donc l'idée de l'utiliser pour accélérer la sonde relève quand-même de l'expérience de pensée - comme d'ailleurs les voyages interstellaires en général, avec les technologies dont on dispose aujourd'hui ou celles, envisageables dans l'état actuel des connaissances scientifiques, dont on pourrait disposer dans un futur plus ou moins lointain.

Quitte à rester dans l'expérience de pensée, il ne suffit pas de voyager à 0,999 c pour pouvoir atteindre une quelconque planète lointaine; il faut aussi pouvoir freiner quand on s'en approche. Pour cela il faudrait bénéficier de l'assistance gravitationnelle d'un autre trou noir, à proximité de cette planète. Cela permettrait à la rigueur d'imaginer le développement d'une civilisation interstellaire autour d'un "réseau" de trous noirs et (n')ayant colonisé (que) des systèmes stellaires assez proches de ces trous noirs. De quoi bâtir un scénario de SF réaliste, résolvant de manière élégante le problème des voyages interstellaires...

[pm42]

Il est assez probable qu'il y en ait un dans le "voisinage" du système solaire, disons à moins de cent années-lumière (reste à le détecter, ce qui n'est pas si simple...), et pas impossible (mais mille fois moins probable) qu'il se situe à seulement une dizaine d'a-l.

Oui mais vu qu'on parlait d'aller sur Proxima du Centaure, même à 10 al, cela ne nous aide pas.

Quitte à rester dans l'expérience de pensée, il ne suffit pas de voyager à 0,999 c pour pouvoir atteindre une quelconque planète lointaine; il faut aussi pouvoir freiner quand on s'en approche. Pour cela il faudrait bénéficier de l'assistance gravitationnelle d'un autre trou noir, à proximité de cette planète.

Excellente remarque. On a souvent tendance à oublier le problème du freinage et j'ai commis cette erreur ici aussi.

Cela permettrait à la rigueur d'imaginer le développement d'une civilisation interstellaire autour d'un "réseau" de trous noirs et (n')ayant colonisé (que) des systèmes stellaires assez proches de ces trous noirs. De quoi bâtir un scénario de SF réaliste, résolvant de manière élégante le problème des voyages interstellaires...

Disons semi-réaliste considérant la dilatation temporelle, la nécessité de protéger les vaisseaux contre l'érosion des chocs qui peuvent très vite libérer une énergie équivalente à une explosion atomique, etc.
Mais plus réaliste que la plupart de de ce qu'on lit et qui ne l'est pas du tout mais c'est un autre sujet pour un autre sous-forum.

[yves95210]

Disons semi-réaliste considérant la dilatation temporelle,

La dilatation temporelle pourrait être un élément intéressant du scénario, elle ne le rend pas irréaliste. De toute façon la durée du voyage entre des planètes appartenant à des systèmes stellaires éloignés resterait d'au moins quelques décennies même dans le temps propre des voyageurs, le temps d'atteindre depuis la première planète un trou noir permettant d'accélérer, puis de rallier la deuxième planète après avoir frôlé un autre trou noir pour freiner.
Il faudrait plutôt imaginer des voyages sans retour, destinés à implanter des colonies sur des planètes lointaines ; ces colonies pourraient être les embryons de nouvelles civilisations planétaires évoluant séparément, et entre lesquelles même l'envoi d'une information prendrait des siècles, voire des millénaires (et les échanges commerciaux seraient impossibles). On ne pourrait donc probablement pas parler d'une civilisation interstellaire (pas plus que d'une unique civilisation humaine sur notre planète avant que les échanges intercontinentaux deviennent possibles puis se généralisent)...

la nécessité de protéger les vaisseaux contre l'érosion des chocs qui peuvent très vite libérer une énergie équivalente à une explosion atomique, etc.

Oui, il y a du boulot

[pm42]

Très intéressant même si on dérive. Merci.

[ordage]

Bonjour

La mise en pratique de la méthode pose effectivement quelques problèmes!

Pour le ralentissement, à l'arrivée, on pourrait utiliser un Trou noir du même type que celui de départ mais procéder de manière "symétrique" pour transférer l'énergie cinétique du vaisseau spatial au trou noir (ce qui accélérait sa rotation).

Les désagréments liés à une vitesse très élevée dans l'espace (non vide) ne dépendent pas de la manière dont on a conféré cette vitesse.

Comment on passe d'un état géodésique à un boost gigantesque dépend sans doute du Trou noir, les hypermassifs étant sans doute les plus appropriés: Par exemple,l'effet de marée sur un l'horizon d'un TN de qq milliards de masses solaires est insensible humainement.

Tout cela est très spéculatif, mais les points positifs sont que:

Les trous noirs en rotation existent physiquement, l'ergosphère existe physiquement (on a même la possibilité théorique de le vérifier puisqu'on peut y entrer et en ressortir), l'horizon "externe" existe physiquement même s'il n'est pas exactement une surface (c'est une région "piègeante" qui peut avoir une certaine "épaisseur", cf Penrose).

Une énergie énorme (de rotation) est potentiellement disponible.

Pour l'horizon interne, sa formation étant instable, on a des doutes sérieux sur son existence ainsi que pour tout ce qu'il englobe, mais cela n'a pas été formellement prouvé et si ces éléments n'existent pas (pour des trous noirs physiques) on ne sait pas vraiment ce qu'il a!

Cordialement