L'univers n'a pas de bord. Et les trous noirs?

[andretou]

Scission depuis la discussion : https://forums.futura-sciences.com/d...-de-bords.html

Ceci afin d'éviter une trop grande dérive.

mach3, pour la modération

A propos des trous noirs :
Pour un observateur extérieur au trou noir, celui-ci a un bord.
Mais pour un observateur qui serait à l'intérieur du trou noir, celui-ci aurait-il un bord dans la mesure où rien ne peut physiquement ni théoriquement s'en échapper ?
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[Deedee81]

SAlut,

A propos des trous noirs :
Pour un observateur extérieur au trou noir, celui-ci a un bord.
Mais pour un observateur qui serait à l'intérieur du trou noir, celui-ci aurait-il un bord dans la mesure où rien ne peut physiquement ni théoriquement s'en échapper ?

On ne peut pas parler de bord au même sens que ci-dessus pour l'univers. Le terme "horizon des événements" est d'ailleurs bien plus approprié. C'est un simple lieu géométrique particulier.

Mais la question reste bonne : un type à l'intérieur peut-il "voir" l'horizon (en observant la lumière qui descend dans le trou noir vers lui), je n'en suis pas sûr. D'après des simulations que j'avais vu, je ne crois pas. Mais ça reste à confirmer. Un cht'tit diagramme de Penrose et pas mal de réflexion devrait donner la réponse, pour le courageux

[andretou]

Au fond, que devient un photon quand il est aspiré par un trou noir ?
Est-ce qu'il tourne indéfiniment à l'intérieur autour du centre, ou entre-t-il nécessairement en collision avec la matière qui compose le noyau de sorte que son énergie est transformée en masse ?

[Deedee81]

Salut,

Au fond, que devient un photon quand il est aspiré par un trou noir ?
Est-ce qu'il tourne indéfiniment à l'intérieur autour du centre, ou entre-t-il nécessairement en collision avec la matière qui compose le noyau de sorte que son énergie est transformée en masse ?

En principe (évidemment difficile à vérifier) il file directement vers le centre.
(sous l'horizon, toutes les géodésiques sont à sens unique et vers le centre).

Et là, au centre, hé bien personne ne sait vraiment quel est l'état de la matière.

EDIT à noter que la dernière orbite de photon est au-dessus de l'horizon, à une distance de R/2 de l'horizon (R étant le rayon du TN).
(pour un TN de Schwarzschild)
Cette orbite est instable.
Tout photon sous cette orbite (mais au-dessus de l'horizon) ou s'éloigne du TN ou tombe inexorablement dedans.
Avec une curiosité tout à fait trounoirdesque : sous cette orbite, la force centrifuge s'inverse !!!!!

[A voir en vidéo sur Futura]

[andretou]

Donc on peut supposer que l'observateur situé à l'intérieur du trou noir voit la même voûte céleste que l'observateur situé à l'extérieur du trou noir, puisqu'ils reçoivent les photons de la même manière ?

[Deedee81]

Donc on peut supposer que l'observateur situé à l'intérieur du trou noir voit la même voûte céleste que l'observateur situé à l'extérieur du trou noir, puisqu'ils reçoivent les photons de la même manière ?

Outre sans doute une colossale déformation, je n'en parierais pas. L'intérieur des TN c'est incroyablement contre-intuitif.

Par exemple, si tu tombes dans un trou noir, plus tu essaies de freiner et plus tu arrives vite au centre. C'est totalement "fou". Et c'est dû à la géométrie extrêmement déformée à l'intérieur. Ca se voit bien dans un diagramme de Penrose.
Et donc un observateur va tomber (impossible de rester immobile) et arriver au centre avant le photon !!!!! Et pourtant il va moins vite que lui !!!!!
Donc je ne parierais pas sur le fait qu'il puisse observer quoi que ce soit, en tout cas en regardant ces diagrammes il me semble que non.

A confirmer par celui qui a le courage et le temps de faire un ch'tit diagramme pour ici.

[MissJenny]

Le fait qu'il y ait des "trous" au beau milieu de l'univers n'implique pas qu'il ait des bords. Si par exemple on enlève un point à l'espace affine ordinaire, la variété résultante n'a pas de bord.

[mach3]

Au fond, que devient un photon quand il est aspiré par un trou noir ?
Est-ce qu'il tourne indéfiniment à l'intérieur autour du centre, ou entre-t-il nécessairement en collision avec la matière qui compose le noyau de sorte que son énergie est transformée en masse ?

On ne dit pas "aspirer". Un trou noir n'aspire pas. La lumière tombe comme n'importe quoi d'autre, trou noir ou pas d'ailleurs.
La lumière ne tourne pas dans le trou noir, la dernière orbite pour la lumière étant à 1.5 fois le rayon de Schwarzschild. Idem pour n'importe quoi d'autre, la dernière orbite étant un poil plus lointaine.
Si la lumière, ou n'importe quoi d'autre, entre dans le trou noir assez "tôt", il est possible qu'elle atteigne l'astre en effondrement avant que lui même n'ait atteint la singularité. Si c'est trop tard, la lumière, ou n'importe quoi d'autre, arrivera simplement à la singularité, et là on ne sait pas trop ce qui se passe.
La source de la gravitation en un évènement est la répartition de l'énergie-impulsion sur le cône passé de l'évènement. Pour un évènement à l'extérieur du trou noir, la source est donc à l'extérieur du trou noir, c'est majoritairement l'astre en effondrement avant la formation de l'horizon. La lumière, ou n'importe quoi d'autre, qui tombe vers le futur trou noir et qui est sur le cône passé de cet évènement est comptabilisé comme source de gravitation.

m@ch3

PS : une heure de retard...

[Deedee81]

Le fait qu'il y ait des "trous" au beau milieu de l'univers n'implique pas qu'il ait des bords. Si par exemple on enlève un point à l'espace affine ordinaire, la variété résultante n'a pas de bord.

En math oui, mais pas en physique ..... enfin, si la conjecture de protection cosmique est exacte (pas de singularité nue, la conjecture n'est que démontrée sous certaines conditions)
S'il existe des singularités nues, tu as raison (pour l'univers), abstraction faite de la gravité quantique (mais là ça devient de toute façon très compliqué et ça dépend des théories).

[andretou]

Par exemple, si tu tombes dans un trou noir, plus tu essaies de freiner et plus tu arrives vite au centre.

Est-ce aussi le cas avec les trous noirs hyper massifs (qui, sauf erreur de ma part, épargnent à leurs visiteurs d'être "spaghettifiés" contrairement aux trous noirs les moins massifs) ?

[mach3]

Donc on peut supposer que l'observateur situé à l'intérieur du trou noir voit la même voûte céleste que l'observateur situé à l'extérieur du trou noir, puisqu'ils reçoivent les photons de la même manière ?

oui, on peut voir la voute céleste de l'intérieur. On peut la voir dans son intégralité (même ce qui est "derrière") et plusieurs fois (il y a des mirages car les photons peuvent faire plusieurs tours avant de passer l'horizon), mais ça prendra une place assez restreinte dans le champ visuel. Il y a une super vidéo de Alain Riazuelo à voir à ce sujet : https://www.youtube.com/watch?v=GWRzVyX53ZU

m@ch3

[Deedee81]

Salut,

Ah d'accord, merci mach3. Je ne me suis pas assez méfié de mon intuition, si souvent mauvaise conseillère dans ce domaine. Désolé

[andretou]

oui, on peut voir la voute céleste de l'intérieur.

Alors j'ai une question subsidiaire : par quel moyen un observateur situé à l'intérieur d'un trou noir hyper massif et hyper volumineux peut-il savoir qu'il est à l'intérieur d'un trou noir ?
Autrement dit, comment savoir si nous-mêmes ne nous trouvons pas à l'intérieur d'un gigantesque trou noir (ce qui expliquerait éventuellement que notre univers ne puisse pas avoir de bord,) ?

[Deedee81]

Salut,

Alors j'ai une question subsidiaire : par quel moyen un observateur situé à l'intérieur d'un trou noir hyper massif et hyper volumineux peut-il savoir qu'il est à l'intérieur d'un trou noir ?

C'est très difficile à savoir. A la limite s'il essaie de rester statique (ce qui se verrait avec l'observation de la voute céleste) mais n'y arrive pas, c'est qu'il est foutu. Il pourrait aussi mesurer La variation des forces de marées. Ca donne pas envie d'aller voir un trou noir de près

Localement il ne pourrait s'en rendre compte (because principe d'équivalence, localement, un type franchissant l'horizon ne pourrait pas le constater (les forces de marées augmentent graduellement, sans discontinuité à l'horizon).

Nous ne pouvons pas être dans un trou noir (tels que définis que sens strict) :
- L'univers est homogène et isotrope à grande échelle avec une très grande précision. L'intérieur d'un trou noir ne l'est pas (il est à symétrie sphérique mais pas homogène et isotrope, et même pas sphérique pour Kerr).
- L'horizon de l'univers est dû à son âge fini, ce n'est pas un lieu géométrique "spécial" (il dépend de l'observateur) contrairement à l'horizon d'un trou noir
- l'intérieur d'un trou noir est toujours en contraction (et pas que locale évidemment, je pense à l'autre discussion sur ça), l'univers est en expansion
- pour les mêmes raisons, la métrique de l'univers c'est Friedmann, très différente de Schwartzschild

Il y a bien quelques spéculations autour de ça mais ça reste ça : des spéculations (et même assez sauvages).

ce qui expliquerait éventuellement que notre univers ne puisse pas avoir de bord

Pourquoi avoir besoin de cette explication alors qu'on l'a déjà l'explication et en plus elle est d'une évidence flagrante : univers = tout par définition (donc "bord avec quoi derrière ?" n'a pas vraiment sens).
Plus haut on a évoqué la possibilité de telles variétés avec bord mais c'est des complications bizarres (singularité des bords avec des infinis en veux-tu en voilà) que rien ne justifie.
Mon prof de physique à la fac appelait ça "se gratter pour se faire rire".

[mach3]

- l'intérieur d'un trou noir est toujours en contraction (et pas que locale évidemment, je pense à l'autre discussion sur ça), l'univers est en expansion

c'est même plus subtil : contraction dans deux directions et expansion dans la 3e direction, ou l'inverse (cas "sortant" ou cas "entrant"), et c'est général pour toute région vide, pas seulement les trou noirs (c'est les forces de marée).

m@ch3

[Deedee81]

c'est même plus subtil : contraction dans deux directions et expansion dans la 3e direction, ou l'inverse (cas "sortant" ou cas "entrant"), et c'est général pour toute région vide, pas seulement les trou noirs (c'est les forces de marée).

Ouille oui, c'est moi qui me suis très mal expliqué. Je voulais dire "chute vers le centre" et pas contraction (je l'ai dit dans dans le "même sens" que expansion/contraction mais c'est vachement trompeur). Merci,
faut pas confondre la forme globale d'une géodésique et le voisinage d'une géodésique

[andretou]

Pourquoi avoir besoin de cette explication alors qu'on l'a déjà l'explication et en plus elle est d'une évidence flagrante : univers = tout par définition (donc "bord avec quoi derrière ?" n'a pas vraiment sens).

Si l'on admet qu'un univers homogène et isotrope a une extension spatiale soit infinie, soit finie, alors :
- s'il a une extension spatiale infinie, alors il contient une quantité infinie de matière (puisqu’il est homogène) ; mais cela signifie que cette quantité infinie de matière est apparue en un temps fini (13,8 milliards d'années), ce qui me paraît impossible ;
- et s'il a une extension finie, de dimension N (à l'image d'un ruban de Moebius ou d'une sphère qui sont des objets 2D possédant un bord pour tout observateur 3D), alors il existe nécessairement un bord à l'Univers pour tout observateur de dimension N+1 ou supérieure.
Dire que l'Univers n'a pas de bord ne revient-il pas
1) à supposer qu'il a une extension spatiale finie, et
2) à postuler qu'il ne peut exister aucun observateur, objet ou espace de dimension supérieure ?
L'hypothèse selon laquelle nous serions à l'intérieur d'un trou noir (il suffit que la densité de l'Univers soit supérieure ou égale à la valeur critique) n'expliquerait-elle pas tout aussi bien l'absence apparente de bords ?

[Deedee81]

Salut,

Si l'on admet qu'un univers homogène et isotrope a une extension spatiale soit infinie, soit finie, alors :
- s'il a une extension spatiale infinie, alors il contient une quantité infinie de matière (puisqu’il est homogène) ; mais cela signifie que cette quantité infinie de matière est apparue en un temps fini (13,8 milliards d'années), ce qui me paraît impossible ;

"apparu" reste un terme avec lequel il faut rester prudent, mais soit. Si c'est apparu partout en même temps, ce n'est pas impossible (et "ça me parait" n'est pas scientifique).
Mais de toute façon, c'est de la spéculation : on ne sait parler avec certitude que de la partie observable de l'univers.

- et s'il a une extension finie, de dimension N (à l'image d'un ruban de Moebius ou d'une sphère qui sont des objets 2D possédant un bord pour tout observateur 3D), alors il existe nécessairement un bord à l'Univers pour tout observateur de dimension N+1 ou supérieure.

Non, c'est archi faux (et la suite non quotée). Et en plus cela a déjà été expliqué plus haut. Je te conseille de relire.
Voir ça aussi (ce n'est qu'un exemple) : https://fr.wikipedia.org/wiki/N-sph%C3%A8re
Tu vis dans un univers à deux dimensions toi ? Moi pas. Tu connais des observateurs 4D ou 5D ? Dans la science fiction peut-être mais moi je ne connais personne comme ça.
Et tu oublies les topologies non triviale (comme le tore plat 3D, forcément sans bord)

Ne fait pas de raisonnement en construisant sur ton manque de connaissance, c'est le meilleur moyen de foncer dans le mur. Parce que là, on aurait envie de parler de moquette

L'hypothèse selon laquelle nous serions à l'intérieur d'un trou noir (il suffit que la densité de l'Univers soit supérieure ou égale à la valeur critique) n'expliquerait-elle pas tout aussi bien l'absence apparente de bords ?

Non et je viens d'expliquer pourquoi.

Andretou, quand tu ne comprends pas les explications :
- ne répète pas ad nauseam, ça n'a aucun intérêt
- n'essaie pas de raisonner sans maîtriser, ça donne des trucs absurdes auxquels la seule réponse est "c'est faux", ce qui ne peut pas beaucoup t'aider !!!!
- pose des questions sur la partie que tu n'as pas compris
parce que sinon, si tu n'y arrives pas, la seule fin possible sera : clic.

[mach3]

- s'il a une extension spatiale infinie, alors il contient une quantité infinie de matière (puisqu’il est homogène) ; mais cela signifie que cette quantité infinie de matière est apparue en un temps fini (13,8 milliards d'années), ce qui me paraît impossible ;

Si il y a eu "apparition", alors elle aura été instantanée. La matière n'apparait pas graduellement au cours du temps, bien que cette idée ait été explorée par Hoyle et Narlikar (univers en expansion mais de densité constante car génération continue de matière, ce qui donne un univers éternel et invariant dans le temps).

- et s'il a une extension finie, de dimension N (à l'image d'un ruban de Moebius ou d'une sphère qui sont des objets 2D possédant un bord pour tout observateur 3D), alors il existe nécessairement un bord à l'Univers pour tout observateur de dimension N+1 ou supérieure.

s'il a une extension infinie aussi !
mais il n'y a pas de N+1 jusqu'à preuve du contraire.
Et quand on parle de bord, on parle de frontière au sein de la variété et pas d'une frontière dans son plongement dans une variété ayant une ou plusieurs dimensions de plus.

Dire que l'Univers n'a pas de bord ne revient-il pas
1) à supposer qu'il a une extension spatiale finie, et

non

2) à postuler qu'il ne peut exister aucun observateur, objet ou espace de dimension supérieure ?

non plus, parce que ce que ce n'est pas ce dont on parle quand on parle de "bord".

L'hypothèse selon laquelle nous serions à l'intérieur d'un trou noir (il suffit que la densité de l'Univers soit supérieure ou égale à la valeur critique) n'expliquerait-elle pas tout aussi bien l'absence apparente de bords ?

il n'est pas question d'absence "apparente" : on ne part pas du constat qu'on n'a pas observé de bord!

On est en train de revenir dans le sujet du fil depuis lequel on a splitté la discussion là...

m@ch3

[Deedee81]

On est en train de revenir dans le sujet du fil depuis lequel on a splitté la discussion là...

Croisement à peine complémentaire. Ce qui montre bien le "on tourne en rond"
Et ça me fait dire : Andretou, quand je parlais de relire, je parlais aussi de l'autre discussion splitée, désolé, j'avais oublié qu'on avait coupé en deux .