Digressions sur qu'est-ce qu'un trou noir

[invite84127968]

##Discussion scindée depuis le fil https://forums.futura-sciences.com/q...trou-noir.html , mach3, pour la modération##

Bonjour,

Et au centre du trou noir? Il n'y a que des théories ou bien l'étude de la formation des TN à permis de tirer déjà des connaissances sur l'état de la "matière"?
Lorsque l'on parle des trous de ver, donc une hypothèse, on simule un état de la matière au centre du trou noir?
Il y a t il des simulations pour lesquelles l'existence des trous noirs serait due à une disparition pur et simple de la matière (de l'énergie?), de l'espace ou du temps?
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[LeMulet]

Concernant l'horizon du TN que l'on situe à "la distance" (déduite du volume sphérique en fait) Rs, le rayon de Schwarzchild, défini si je ne m'abuse depuis un observateur "placé à l'infini", je me posais justement la question de savoir si cette valeur était constante.
A l'infini Rs=2GM/C²
Depuis la Terre, idem ?
Mais 10 mètres devant l'horizon ?

En s'approchant de l'horizon, relativement à l'observateur qui s'en approche (et non plus depuis un observateur placé à l'infini), Rs varie-t-il ?

[mach3]

Et au centre du trou noir? Il n'y a que des théories ou bien l'étude de la formation des TN à permis de tirer déjà des connaissances sur l'état de la "matière"?

La question est délicate.

Dans le cas d'un trou noir "mathématique" idéalisé, comme celui de Schwarzschild, la question de l'état de la matière au centre ne se pose même pas car :
-il n'y a pas de matière : il s'agit d'une solution du vide où le tenseur énergie-impulsion est nul partout et tout le temps.
-il n'y a pas de centre au sens d'un lieu comme par exemple "le centre de la Terre". La singularité, est, au mieux, une époque et non un lieu. Sauf cas particulier (paramètres de chute ajustés exactement), deux particules tests qui tombent dans le trou noir ne seront pas au même "endroit" quand elles atteindront la singularité (la distance entre les deux diverge!)

Dans le cas d'un trou noir astrophysique, l'espace-temps se décompose en 4 régions. La surface de l'astre en effondrement subdivise d'abord l'espace-temps en deux portions, l'une avec de la matière, l'intérieur de l'astre, et l'autre vide, l'extérieur de l'astre. L'horizon qui se forme lors de l'effondrement subdivise lui-aussi en deux portions, l'une avant l'horizon et l'autre après l'horizon. Cela donne 4 régions :
-le vide à l'extérieur de l'astre avant l'horizon
-l'intérieur de l'astre avant l'horizon
-le vide à l'extérieur de l'astre après l'horizon (contrairement à ce qu'on pourrait imaginer le volume de cette région est potentiellement infini -suffit de prendre une tranche d'espace qui va bien- et si on rentre tardivement dans un trou noir qui a été à la diète depuis un bout de temps, on ne trouvera sous l'horizon que du vide, avec, "au loin", l'astre qui est en train de s'effondrer et qu'il sera impossible de rejoindre avant d'atteindre la singularité)
-l'intérieur de l'astre après l'horizon : c'est là que la question de l'état de la matière au "centre" peut se poser (et elle peut commencer à se poser un peu avant le passage de l'horizon, suivant la masse de l'astre), car ce qui reste de l'astre va être soumis à des conditions de pression et de température jamais expérimentées sur Terre (déjà la matière neutronique, c'est bizarre, la matière étrange, si elle est existe, est encore pire, et on ne sait pas si d'autres stades existent ensuite). Ce qui est certain, c'est que l'augmentation de la pression est inexorable, et cela peu importe l'état de la matière, au moins jusqu'à ce qu'on arrive à une densité Planckienne, au-delà de laquelle on sait que la relativité générale est invalide (elle prédit que la densité doit diverger).
L'idée intuitive que l'on peut avoir, selon laquelle à un moment donné la pression interne devrait compenser la contraction et stopper la diminution du rayon de l'astre devient invalide à partir du moment où la surface de l'astre passe sous l'horizon. Avant cette étape fatidique, il est possible qu'un mécanisme ou un autre stoppe l'effondrement, c'est ce qui se passe pour les naines blanches ou les étoiles à neutrons. Mais il faut que ces mécanismes opèrent avant que la surface ne passe sous l'horizon.
Sous l'horizon la géométrie est telle que le rayon diminue, quoiqu'il arrive (sauf, comme déjà dit, quand cela devient Planckien, là on ne sait rien de la géométrie, ni même si "géométrie" possède encore un sens). C'est à vérifier mais j'intuite même qu'une fois sous l'horizon, plus la pression interne est forte, plus l'effondrement est rapide.

m@ch3

[mach3]

Concernant l'horizon du TN que l'on situe à "la distance" (déduite du volume sphérique en fait) Rs, le rayon de Schwarzchild, défini si je ne m'abuse depuis un observateur "placé à l'infini", je me posais justement la question de savoir si cette valeur était constante.
A l'infini Rs=2GM/C²
Depuis la Terre, idem ?
Mais 10 mètres devant l'horizon ?

En s'approchant de l'horizon, relativement à l'observateur qui s'en approche (et non plus depuis un observateur placé à l'infini), Rs varie-t-il ?

Par définition, Rs est le rayon qu'aurait une sphère de l'espace euclidien dont la surface serait la même que la surface de l'horizon. Il s'agit d'une définition géométrique intrinsèque, donc indépendante de tout observateur.

m@ch3

[A voir en vidéo sur Futura]

[LeMulet]

Par définition, Rs est le rayon qu'aurait une sphère de l'espace euclidien dont la surface serait la même que la surface de l'horizon.

Oui, ça j'avais peut-être compris (dit autrement : "déduite du volume sphérique en fait").

Il s'agit d'une définition géométrique intrinsèque, donc indépendante de tout observateur.

D'accord, merci pour l'info.

[Mailou75]

Salut,

A l'infini Rs=2GM/C²

Oui, avec c minuscule par convention.

Depuis la Terre, idem ? Mais 10 mètres devant l'horizon ?

Un observateur immobile à distance constante du trou noir verra un rayon plus grand (je ne parle que des valeurs radiales).
En fait il verra tout plus grand : alors que celui à l'infini le voyait compressé, lui se voit normalement et voit l'infini dilaté.

En s'approchant de l'horizon, relativement à l'observateur qui s'en approche (et non plus depuis un observateur placé à l'infini), Rs varie-t-il ?

J'étais en train de faire une illustration de ce que voit un chuteur quand je suis tombé sur un os (je sais définir comment il voit les choses mais pas où il les voit, enfin si mais je n'arrive pas à le justifier rigoureusement) et j'ai tout lâché depuis quelques mois… a priori il verra ce que voit un immobile au même point mais compressé vers l'arrière et dilaté vers l'avant du fait de l'aberration. En coordonnées, l'espace ne changera pas au cours de la chute car les distances propres qui augmentent à l'approche du trou noir sont compressées d'autant par le gamma lié à la vitesse de chute . Quelle que soit l'altitude depuis laquelle il est parti, les objets seront en coordonnée tels qu'à sont départ mais ce qu'il en voit est une autre histoire…

Ex : celui qui part de l'infini (ou très loin) verra l'avant dilaté (un rayon plus grand qu'un immobile au même point) et l'arrière compressé (un petit univers, plus petit que pour l'observateur à l'infini)

Je ne sais pas si c'est clair, il faudrait que je trouve le courage de me remettre à cette synthèse. Seulement j'ai retourné le problème dans tous les sens et la justification par un repère adéquat n'existe peut être pas et représenter un résultat vu tel que décrit ci dessus ne me satisfait pas pleinement.

A plus

Mailou

Edit : entre le moment où j'ai ouvert ton message et celui où j'ai répondu il s'est passé un certain temps et mach3 est intervenu je vais lire sa réponse…

[Amanuensis]

Aucune chance qu'un appel à la discipline marche, surtout quand l'exemple n'est pas donné par ceux qui devraient le donner. Cela a dérapé (mon opinion) au #19, et fallait 1) réagir de suite, 2) ne pas pousser à la roue...

Peut-être instaurer des règles simples: pour un fil comme celui-ci, manifestement démarré par un demandeur "peu savant", imposer pas plus de deux messages entre deux messages successifs du demandeur par exemple. (Sans préjudice concernant les messages envoyant le fil dans la stratosphère.)

[pm42]

Peut-être instaurer des règles simples: pour un fil comme celui-ci, manifestement démarré par un demandeur "peu savant", imposer pas plus de deux messages entre deux messages successifs du demandeur par exemple. (Sans préjudice concernant les messages envoyant le fil dans la stratosphère.)

Il suffirait qu'il y ait 2 réponses aberrantes pour que cela bloque non ? Et cela arrive.

Maintenant, je suis d'accord avec toi sur les dérives et notamment sur le fait que des questions simples posées par des gens qui n'ont apparemment pas de formation scientifique engendrent une course à la réponse la plus pointue ce qui ne sert à rien.

Bon, on est dans le HS complet maintenant. Toutes mes excuses.

[Mailou75]

Perso je répondais à LeMulet, dont ce n’est pas la première question sur le sujet...

[invite84127968]

Bonjour,

Avant de tenter de revenir dans ce nouveau fil, je me permet de poursuivre le HS en tant que "membre des non sachants"; je suis à mon sens un spécimen assez représentatif .
Lorsque la complexité dans les réponses est nécessaire pour ne pas générer de fausses idées, comment faire?
La vulgarisation scientifique est peut-être, au stade de l'avancée des connaissances actuelles devenue une utopie? Un défi majeur, c'est certain au vu du retour de théories comme la terre plate..
Il est possible déjà de faire c'est de tirer les méconnaissances du questionneur révélées par d'éventuels non sens dans sa question et ré-orienter éventuellement vers des pré-requis pour aborder le sujet. D'une façon ou d'une autre la patience est la bienveillance sont des pré-requis pour nos échanges, bref de la volonté d'avancer.

Retour dans la fil : merci de vos réponses, je n'ai bien évidement pas la capacité de comprendre ce qui m'est répondu. Il me faut comprendre les définitions sous-jacentes et j'ai bien l'impression que c'est impossible sans un niveau d'études approprié..

[spark1]

Bonjour

mach3 :
Comme vous ecrivez bien "Dans le cas d'un trou noir mathématique idéalisé"
En effet il faut savoir ce qu'est un "trou noir" a la base, et tu la bien formulé, un trou noir est un objet mathematique crée par des mathématiciens pour tenté de comprendre les centres galactique

Ce que l'ont voit, ce qui est reel et observable c'est une explosion de rayons x au centre galactique c tout ..
Rayon x qui a été convenue comme venant un trou noir

[LeMulet]

Perso je répondais à LeMulet, dont ce n’est pas la première question sur le sujet...

Perso, je posais juste une question pour essayer de démêler le vrai du faux concernant une explication que l'on retrouve très régulièrement dans les présentations vulgarisées des TN (puisque justement dans le fil initial il était question de s'en remettre aux propos vulgarisés...)
Il est dit : L'horizon n'est pas un objet physique et un observateur qui franchirait cette limite ne s'en rendrait pas compte.

On peut se demander comment la tête d'un observateur qui tomberait les pieds devant pourrait recevoir les influx nerveux en provenance de ses pieds lorsque ses pieds ont passé l'horizon et pas la tête... et ne pas s'en rendre compte.

[mach3]

On peut se demander comment la tête d'un observateur qui tomberait les pieds devant pourrait recevoir les influx nerveux en provenance de ses pieds lorsque ses pieds ont passé l'horizon et pas la tête... et ne pas s'en rendre compte.

c'est simple, l'horizon "balaye" son corps à la vitesse de la lumière. Aucun signal en provenance des pieds n'aura de difficulté à arriver jusqu'à la tête, vu qu'il progresse forcément moins vite que l'horizon. Passer l'horizon, c'est comme rien.

m@ch3

[Amanuensis]

un trou noir est un objet mathematique crée par des mathématiciens pour tenté de comprendre les centres galactique

Historiquement, non.

La possibilité de "trou noir" est apparu par les maths (et trouvée par un astrophysicien), mais à l'époque ils débattaient du sens physique de ces solutions mathématiques. En particulier parce que la solution originale de Schwarzschild n'était pas "complète", et le passage de l'horizon mal compris. Des solutions (mathématiques) complètes ont été développées par la suite, ainsi que les cas plus compliqués (avec rotation, avec charge électrique, ...).

Ce n'est que plus tard que l'application de ces modèles à des observations comme celles des centres galactiques a été proposée, et donc que la solution pouvait avoir un sens physique. (Notons néanmoins que l'impossibilité intrinsèque d'observer "l'intérieur" fait que tout ce qu'on dit sur l'intérieur reste de la spéculation mathématique.)

C'est donc plutôt un machin mathématique en attente d'une observation que le contraire. Un des nombreux exemples de succès de la "physique mathématique" du XXème.

[Amanuensis]

Passer l'horizon, c'est comme rien.

Oui. Faut le répéter et le répéter, l'horizon n'est pas un lieu. (Pas plus que la trajectoire d'un "photon" n'est un lieu, dans quelque référentiel que ce soit.)

[Amanuensis]

Au passage, la ligne r=Rs (en coordonnées de Schwarzschild, Rs le rayon) est souvent pensée (et même présentée) comme étant l'horizon. Si c'était le cas, ce serait bien un "lieu".

Seulement, non, la ligne r=Rs n'est pas l'horizon, du moins pas au sens de ce qui est traversé pour passer à l'intérieur. Dans ces coordonnées tous les passages de l'extérieur à l'intérieur (des événements sur l'horizon, donc) sont "rejetés à l'infini du temps", et donc ne sont pas sur la ligne r=Rs et t fini.

[spark1]

Amanuensis :
"Ce n'est que plus tard que l'application de ces modèles à des observations comme celles des centres galactiques a été proposée,"
En fait des observations qu'aux centres galactiques il ya un gisement de rayon x, de la est parti toute la theorie mathématique des trous noirs

Einstein ne croyait pas aux trous noirs, Pour lui, ce que l'on appellera le trou noir ne pouvait pas exister, quesque vous en pensez ?

[Deedee81]

En fait des observations qu'aux centres galactiques il ya un gisement de rayon x, de la est parti toute la theorie mathématique des trous noirs

Ah non, ça c'est pas possible !!!! La théorie (Karl Schwarzschild) c'est très tôt : 1916
Alors que les premières détections de rayon X astrophysique c'est 1948 (et même pas encore ceux du centre galactique).

Einstein ne croyait pas aux trous noirs, Pour lui, ce que l'on appellera le trou noir ne pouvait pas exister, quesque vous en pensez ?

Que son intuition l'a trompé, ce n'est pas la seule fois

[ansset]

bjr,

C'est donc plutôt un machin mathématique en attente d'une observation que le contraire. Un des nombreux exemples de succès de la "physique mathématique" du XXème.

à quoi pensez vous quand vous évoquez la ou les "observations" ?
sachant qu'elles peuvent ( comme souvent ) être directes ou indirectes.
Cdt

[Deedee81]

à quoi pensez vous quand vous évoquez la ou les "observations" ?
sachant qu'elles peuvent ( comme souvent ) être directes ou indirectes.

Pour moi c'est kif, ce qui compte étant le nombre d'observations, leurs précisions, etc...
C'est comme les OG : on était sûr de leur existence depuis l'observation de la décroissance des pulsars binaires.

Evidemment, l'observation directe peut apporter énormément (sinon on ne ferait pas un tel foin sur l'observation directe des TN).

[Amanuensis]

à quoi pensez vous quand vous évoquez la ou les "observations" ?
sachant qu'elles peuvent ( comme souvent ) être directes ou indirectes.

Elles ne sont jamais directes, à bien regarder (sic).

[pm42]

Que son intuition l'a trompé, ce n'est pas la seule fois

En fait, lui avait un argument pas idiot : il pensait que le moment angulaire empêchait l'effondrement. Il s'est trompé mais il savait de quoi il causait.

Contre exemple :

Ce que l'ont voit, ce qui est reel et observable c'est une explosion de rayons x au centre galactique c tout ..

Non, on voit d'autres choses depuis le mouvement des étoiles autour jusqu'au ondes gravitationnelles et même l'imagerie : https://en.wikipedia.org/wiki/Black_...ional_evidence

[Amanuensis]

Einstein ne croyait pas aux trous noirs, Pour lui, ce que l'on appellera le trou noir ne pouvait pas exister, quesque vous en pensez ?

Qu'on peut encore maintenant douter de l'existence de trous noirs tels que les décrivent les mathématiques.

Perso je suis assez prudent dans mes formulations. Les observations ne couvrent qu'une partie des phénomènes. Ce n'est pas parce qu'il y a une bonne correspondance entre ces observations "partielles" et le modèle que cela valide TOUT le modèle.

Ceci dit, au début la description mathématique était entachée de plein d'infinis à l'interprétation discutable, et on comprend que certains scientifiques aient pris du recul. Les progrès ont été long pour obtenir enfin une description de la solution de Schwarzschild débarrassée de ces infinis déroutants (avec la métrique de Kruskal-Szekeres, qui présente néanmoins de belles bizarreries, suffisantes à mon avis "pour qu'on n'y croit pas").

Bref, faut pas 1) Suivre tout le monde en idolâtrant Einstein et prendre ses dires et positions comme des textes sacrés d'inspiration divine, 2) penser qu'il n'y a pas eu de progrès, et donc appliquer les modes de pensée d'époques anciennes à l'époque présente.

[ansset]

merci pour vos retours :

Pour moi c'est kif, ce qui compte étant le nombre d'observations, leurs précisions, etc...
C'est comme les OG : on était sûr de leur existence depuis l'observation de la décroissance des pulsars binaires.

Evidemment, l'observation directe peut apporter énormément (sinon on ne ferait pas un tel foin sur l'observation directe des TN).

Elles ne sont jamais directes, à bien regarder (sic).

j'ai du mal poser ma question.
j'entendais observation de "quoi". ?
car le fil ( à ce moment ) évoquait "l'intérieur" du TN.
Il est donc possible/probable que l'observation "extérieure" confirme/infirme/complète... nos modèles au delà de l'horizon ?

ps : nul lien entre cette formulation et ce cher Buzz l'Eclair

[Amanuensis]

Il est donc possible/probable que l'observation "extérieure" confirme/infirme/complète... nos modèles au delà de l'horizon ?

J'ai écrit plusieurs fois le contraire dans ce fil.

Pour rappel de la position que je défends depuis des années: on n'a jamais observé de trou noir et on n'en observera jamais, tout simplement parce que c'est ce qu'indique le modèle mathématique même qu'on invoque quand on parle de trou noir.

Ce qu'on observe est une zone de l'espace-temps en effondrement supposé irréversible, c'est à dire passé au-delà de toutes les résistances (forces) connues.

La seule possibilité autre serait les trous noirs primordiaux, et on n'a pour le moment aucune idée claire si cela a un sens.

[ansset]

J'ai écrit plusieurs fois le contraire dans ce fil.

Oui, j'ai le souvenir clair de votre position sur le sujet. ( rappelé ici )
d'où mon interrogation concernant une interprétation juste de la phrase citée.

C'est donc plutôt un machin mathématique en attente d'une observation que le contraire. Un des nombreux exemples de succès de la "physique mathématique" du XXème.

[Amanuensis]

Ou, autrement et peut-être mieux dit:

Pour moi donc "trou noir" est juste une expression pour l'ensemble du phénomène, pas le "principe" que c'est ce que décrit TOUT le modèle mathématique (en particulier l'intérieur). Ou encore, ce qu'on observe est compatible avec le modèle, ne couvre que l'extérieur, et ne permet pas de conclure quoi que ce soit sur la validité des descriptions mathématiques de l'horizon ou de l'intérieur.

Pour penser autrement, faut modifier la RG et les maths...

[mach3]

Il est donc possible/probable que l'observation "extérieure" confirme/infirme/complète... nos modèles au delà de l'horizon ?

Les observations peuvent confirmer ou infirmer la formation potentielle (mais inobservable par nature) de l'horizon. Par exemple si les astres en effondrement arrêtait de s'effondrer pile-poil au-dessus de leur rayon de Schwarzschild par un mécanisme ad hoc, on devrait avoir des observations différentes du cas où l'effondrement mène à la formation de l'horizon (même si il faudrait un temps infini pour qu'on le voit se former). Les observations semblent donner raison à l'hypothèse que l'horizon se forme bel et bien.
Par contre, concernant ce qui se passe en-dessous, c'est hélàs par nature irréfutable.

m@ch3

[spark1]

Deedee81:
Donc tu veux dire comme le disait Amanuensis que" C'est donc plutôt un machin mathématique en attente d'une observation que le contraire."
Pendant tout ce temps les mathematicien ont chercher a etablir une theorie sans avoir la moindre observation,

Finalement c'est la difference avec un physicien qui a recours a l'observation ou à l’expérience pour validée une intuition,
Les maths sont en fait trés abstrait, contrairement a l’univers concret et reel de la physique


Deedee81 :
Que son intuition l'a trompé, ce n'est pas la seule fois

Hum tu voudrais dire que Einstein qui a crée la relativité generale et ou les theories de l'univers s'inspire s'est trompé plusieurs fois

[ansset]

Edit.
@Amanuensis! ( j'y associe Mach3 qui a posté dans le même temps )
ben, il me semble qu'on sait déjà qu'il nous manque une théorie valide de gravitation quantique , à minima pour ce qu'on nomme la "singularité interne" , mais probablement aussi pour un modèle plus complet ou plus solide de "l'horizon".
mais je ne veux pas faire dériver le fil ( la question initiale n'allait pas jusque là, et il y a d'autres fils sur ces sujets )
mais merci pour votre réponse.