rayonnement de hawking des petites questions

[Daniel1958]

Bonjour

Des petites questions simples sur le rayonnement de Hawking.

Pour les détails il y a l'article de RTheory https://www.futura-sciences.com/scie...-hawking-4889/

il y avait aussi une version trés simplifiée (assez vielle) en considérant le vide comme une "banque" qui prêterait de l'énergie dans un délai très très court. Lors de la création de la paire de particules virtuelles une seule aurait été absorbée en dépassant l'horizon des événements du trou noir. Une particule s'échapperait (pour rembourser sa dette au vide) et ce phénomène entrainerait une perte de masse et donc un rayonnement thermique.

Je n'insiste pas trop car l'article de Mthéory l'explique vraiment bien mais reste pas si facile.

Ma question est double :
-j'ai lu que ce phénomène ne conserve pas la quantité d'énergie (Sean Caroll) Pourquoi ? Il y a une étape qui me manque
- Bien sûr il y a 10^x particules piégées.
Mais le couple de particules virtuelles n'est-il pas différencié au départ (particules-antiparticules) ?????. Or il "semble" que le choix soit fait à partir de l'horizon des événement. On a là une premiere preuve ques les antiparticules gravitent ?

Je me demande comment cela se passe quand la paire (particule-antiparticule) est directement avalée. Que fait le trou noir.

Cordialement
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[Antonium]

Bonjour,

j'ai lu que ce phénomène ne conserve pas la quantité d'énergie (Sean Caroll) Pourquoi ?

Il serait utile de joindre la quote exacte de Carroll, hors contexte on va juste tourner en rond. Il me semble que ça peut dépendre de la solution au problème de l’information que l’on considère, et il y en a des dizaines… et aucun moyen de savoir laquelle est correcte aujourd’hui. (Et peut être jamais vu qu’il faudrait sauter dans un trou noir pour vérifier…)

Bien sûr il y a 10x particules piégées.
Mais le couple de particules virtuelles n'est-il pas différencié au départ (particules-antiparticules) ?????. Or il "semble" que le choix soit fait à partir de l'horizon des événement. On a là une premiere preuve ques les antiparticules gravitent ?

Qu’entendez-vous par «*preuve*» ? On a pas mesuré (*) de radiation d’Hawking, et on est pas prêt de le faire. Théoriquement tous les modèles usuels assument que la matière et l’antimatière interagissent de la même façon avec la gravitation, et c’est aussi dans ce cadre la qu’Hawking a fait son calcul. De plus le calcul prédit que la majorité des particules émises sont des photons (corps noir), qui sont leur propre antiparticule… le reste des émissions n’est pas prédit par le calcul semiclassique, et je ne crois pas qu’il y aie de consensus sur les corrections aux ordres supérieurs.

(*) Bien qu’on aie pas de mesures, on commence à avoir des simulations à travers des systèmes d’atomes froids. Il se trouve que de tels systèmes peuvent être arrangés tel que leur dynamique est équivalente à de la dynamique de champs quantiques dans un espace temps fixe, ce qui définit le cadre semi classique. On peut donc faire des mesures sur ces systèmes d’atomes froids et «*observer*» le rayonnement de Hawking, voir par exemple https://arxiv.org/abs/1510.00621

[mtheory]

Je résume.

La quatrième inégalité temps/énergie de Heisenberg nous dit que pendant un temps dT on peut violer la conservation de l'énergie d'une quantité dE telle que dE*dT soit de l'ordre de hbarre.
Plus la masse d'une paire de particule-antiparticule est grande moins la violation de l'énergie dure longtemps, au final, dans tous les cas si on attend suffisamment longtemps il n'y a pas de violation par création ou destruction de l'énergie.

Proche d'un trou noir, en rotation ou pas, juste au-dessus de son horizon les forces de marée peuvent séparer un paire de particule/antiparticule en produisant un travail avec une certaines probabilité. Dans ce cas là le travail de séparation ne VIOLE PAS la conservation de l'énergie mais donne ce qu'il faut pour que parfois au final il y a création de paires de particules réelles et pas virtuelles.

Les calculs précis montrent alors que peut importe que ce soit une particule ou une antiparticule qui tombe sous l'horizon une fois le travail de séparation supérieur ou égale à l'énergie de création effectué, pour un observateur extérieur le bilan est une particule d'énergie positive qui s'échappe vers l'infini et une particule d'énergie négative qui rentre sous l'horizon.
Le bilan d'énergie finale est de la masse et même du moment cinétique qui est emporté au-delà de l'horizon alors que la masse et le moment cinétique du trou noir de Kerr diminuent.

Le trou noir ne fait pas la différence entre matière et antimatière. Le bilan d'une paire qui tombe sous l'horizon est nul puisque l'énergie complète de création est rendue au trou noir.

[Daniel1958]

Bonjour,



Il serait utile de joindre la quote exacte de Carroll, hors contexte on va juste tourner en rond. Il me semble que ça peut dépendre de la solution au problème de l’information que l’on considère, et il y en a des dizaines… et aucun moyen de savoir laquelle est correcte aujourd’hui. (Et peut être jamais vu qu’il faudrait sauter dans un trou noir pour vérifier…)



Qu’entendez-vous par «*preuve*» ? On a pas mesuré (*) de radiation d’Hawking, et on est pas prêt de le faire. Théoriquement tous les modèles usuels assument que la matière et l’antimatière interagissent de la même façon avec la gravitation, et c’est aussi dans ce cadre la qu’Hawking a fait son calcul. De plus le calcul prédit que la majorité des particules émises sont des photons (corps noir), qui sont leur propre antiparticule… le reste des émissions n’est pas prédit par le calcul semiclassique, et je ne crois pas qu’il y aie de consensus sur les corrections aux ordres supérieurs.

(*) Bien qu’on aie pas de mesures, on commence à avoir des simulations à travers des systèmes d’atomes froids. Il se trouve que de tels systèmes peuvent être arrangés tel que leur dynamique est équivalente à de la dynamique de champs quantiques dans un espace temps fixe, ce qui définit le cadre semi classique. On peut donc faire des mesures sur ces systèmes d’atomes froids et «*observer*» le rayonnement de Hawking, voir par exemple https://arxiv.org/abs/1510.00621

Bonjour

Bon le postulat est que les particule vituelle marchent par paire. La vision (de ce que j'ai pu comprendre) dans l'article de Mr MThéory est que l'on considère que la particule qui atteint l'horizon à une énergie négative (?) et donc vient diminuer (par anihilation) de la masse et rayonner (trés faiblement). Un observateur externe verra la particule ""survivante" comme l'éjection d'une particule par le trou noir.

Théoriquement tous les modèles usuels assument que la matière et l’antimatière interagissent de la même façon avec la gravitation, et c’est aussi dans ce cadre la qu’Hawking a fait son calcul.

Non ce n'est pas une preuve. Mais comme Einstein il n'y a jamais eu de remise en question de ce fait qui est "accepté"

Il serait utile de joindre la quote exacte de Carroll, hors contexte on va juste tourner en rond. Il me semble que ça peut dépendre de la solution au problème de l’information que l’on considère, et il y en a des dizaines… et aucun moyen de savoir laquelle est correcte aujourd’hui. (Et peut être jamais vu qu’il faudrait sauter dans un trou noir pour vérifier…)

je n'ai retrouvé la page
Mais j'ai trouvé quelque chose de similaire dans Ciel et Espace

En raison de sa nature thermique, ce rayonnement ne peut alors pas transporter d’informations. Sur d’immenses périodes de temps, la fuite de ce rayonnement provoquerait alors l’évaporation complète des trous noirs et donc, par extension, de toutes les informations sur les étoiles qui les ont créés. Et Or, cette théorie contredit la loi de conservation de l’information prônée en physique quantique. Selon cette loi, l’information ne peut en effet être ni créée ni détruite. Elle ne peut être que transférée ou transformée. Le paradoxe est donc de savoir comment concilier la prédiction de l’émission de rayonnement de Hawking avec la conservation de l’information.

Mais je vais retrouver ma page enfouie avec le Hamiltonien il me semble.

Cordialement

[A voir en vidéo sur Futura]

[Antonium]

Dans ce cas là le travail de séparation ne VIOLE PAS la conservation de l'énergie mais donne ce qu'il faut pour que parfois au final il y a création de paires de particules réelles et pas virtuelles.

En effet le processus d’émission semiclassique conserve l’énergie. Je pensais plutôt à l’image globale de l’espace temps qui n’a pas de vecteur de Killing de type temps (enfin, je ne crois pas vu que le trou noir s’évapore…) et donc pas de charge conservée associée, donc énergie non conservée.
A voir aussi si l’évaporation est un processus unitaire. Le cas échéant l’information perdue pourrait correspondre à une perte d’énergie.

Il me semble y avoir ici plusieurs notions d’énergie pas toujours identiques, c’est pourquoi j’ai demandé la citation exacte de Carroll pour être sûr.

Bonne soirée

[Daniel1958]

Je résume.

La quatrième inégalité temps/énergie de Heisenberg nous dit que pendant un temps dT on peut violer la conservation de l'énergie d'une quantité dE telle que dE*dT soit de l'ordre de hbarre.
Plus la masse d'une paire de particule-antiparticule est grande moins la violation de l'énergie dure longtemps, au final, dans tous les cas si on attend suffisamment longtemps il n'y a pas de violation par création ou destruction de l'énergie.

Proche d'un trou noir, en rotation ou pas, juste au-dessus de son horizon les forces de marée peuvent séparer un paire de particule/antiparticule en produisant un travail avec une certaines probabilité. Dans ce cas là le travail de séparation ne VIOLE PAS la conservation de l'énergie mais donne ce qu'il faut pour que parfois au final il y a création de paires de particules réelles et pas virtuelles.

Les calculs précis montrent alors que peut importe que ce soit une particule ou une antiparticule qui tombe sous l'horizon une fois le travail de séparation supérieur ou égale à l'énergie de création effectué, pour un observateur extérieur le bilan est une particule d'énergie positive qui s'échappe vers l'infini et une particule d'énergie négative qui rentre sous l'horizon.
Le bilan d'énergie finale est de la masse et même du moment cinétique qui est emporté au-delà de l'horizon alors que la masse et le moment cinétique du trou noir de Kerr diminuent.

Le trou noir ne fait pas la différence entre matière et antimatière. Le bilan d'une paire qui tombe sous l'horizon est nul puisque l'énergie complète de création est rendue au trou noir.

Bonsoir

Réponse passionnante. C'est beaucoup plus subtil avec ce genre de détail

une fois le travail de séparation supérieur.

J'étais étonné de ce que j'avais lu ou "cru lire".
Merci pour les deux particules qui tombent ensemble >>>>> bilan nul.

Alors je ne connais rien aux statistiques mais ce genre de détail affaibli encore ce rayonnement


Cordialement

[mtheory]

A voir aussi si l’évaporation est un processus unitaire. Le cas échéant l’information perdue pourrait correspondre à une perte d’énergie.

C'est d'ailleurs une des raisons qui ont fait que 't Hooft et Susskind ne croyaient pas à la violation de l'unitarité de mémoire, ça produirait à des violations observables de la conservation de l'énergie dans des processus connu il me semble.

[mtheory]

Alors je ne connais rien aux statistiques mais ce genre de détail affaibli encore ce rayonnement

Quand on connait on n'affirme rien !!! Et en plus ce n'est pas le cas.

[Deedee81]

Salut,

En fait Daniel, tu as mal lu l'explication de Mtheory.

Merci pour les deux particules qui tombent ensemble >>>>> bilan nul.

Ce n'est pas deux particules qui tombent ensemble. C'est UNE qui tombe, et l'autre qui s'échappe (le rayonnement). Ce que mtheory a expliqué c'est que peu importe que ce soit la particule ou l'antiparticule qui tombe (il n'a pas dit qu'elles tombaient ensemble), le bilan d'énergie total reste conservé.

En plus je ne vois pas du tout où tu as vu des statistiques dans son explication. Tu ne devrais pas répondre à neuf heure du soir, la fatigue (moi à cette heure là, je dors déjà )

[mtheory]

Salut,

En fait Daniel, tu as mal lu l'explication de Mtheory.



Ce n'est pas deux particules qui tombent ensemble. C'est UNE qui tombe, et l'autre qui s'échappe (le rayonnement). Ce que mtheory a expliqué c'est que peu importe que ce soit la particule ou l'antiparticule qui tombe (il n'a pas dit qu'elles tombaient ensemble), le bilan d'énergie total reste conservé.

En plus je ne vois pas du tout où tu as vu des statistiques dans son explication. Tu ne devrais pas répondre à neuf heure du soir, la fatigue (moi à cette heure là, je dors déjà )

Non, non, il avait bien posé le problème de savoir ce qui se passait si la paire totale tombait dans le trou noir, mais justement le bilan ne peut être que nul. J'ai parlé de probabilité de création de paire, donc il y a bien de la statistique derrière.

[Deedee81]

Non, non, il avait bien posé le problème de savoir ce qui se passait si la paire totale tombait dans le trou noir, mais justement le bilan ne peut être que nul. J'ai parlé de probabilité de création de paire, donc il y a bien de la statistique derrière.

Pardon, ce détail m'avait échappé.

[Daniel1958]

Pardon, ce détail m'avait échappé.

Bonjour

En répondant j'étais tombé sur cet article dans Ciel et Espace

En raison de sa nature thermique, ce rayonnement ne peut alors pas transporter d’informations. Sur d’immenses périodes de temps, la fuite de ce rayonnement provoquerait alors l’évaporation complète des trous noirs et donc, par extension, de toutes les informations sur les étoiles qui les ont créés. Et Or, cette théorie contredit la loi de conservation de l’information prônée en physique quantique. Selon cette loi, l’information ne peut en effet être ni créée ni détruite. Elle ne peut être que transférée ou transformée. Le paradoxe est donc de savoir comment concilier la prédiction de l’émission de rayonnement de Hawking avec la conservation de l’information.

A la suite de l'article que je n'ai pas lu en entier (arguments d'hyper-spécialistes sur un phénomène non visible probable et à trés long terme >>>donc spéculatif), il envisageait que rayonnement ne soit pas thermique.

Alors là il y a au moins deux écoles sur un des phénomènes les plus importants de la vie/nature/cosmos;

1)les photons ne conservent pas l'information donc l'entropie
2) les photons participent très activement à l'entropie du Cosmos (Davis Elbaz) car ils se multiplient par exemple sur de la poussière stellaire ou un photon en donne X photons de plus basse énergie.

On peut se poser la question sur "It' a bit" ou David Elbaz a tout faux. C'est un point crucial

Cordialement

[Antonium]

2) les photons participent très activement à l'entropie du Cosmos (Davis Elbaz) car ils se multiplient par exemple sur de la poussière stellaire ou un photon en donne X photons de plus basse énergie.

Quel est le lien entre l'unitarité de l'évaporation d'un trou noir et les interactions entre un photon et de la poussière stellaire ? L'argument m'échappe...

[Daniel1958]

Quel est le lien entre l'unitarité de l'évaporation d'un trou noir et les interactions entre un photon et de la poussière stellaire ? L'argument m'échappe...

Re

Je reprends

En raison de sa nature thermique, Ce rayonnement ne peut alors pas transporter d’informations ???

Pour moi peu ou prou. Mais j'ai peut-être surinterprété cf wikipédia

Le rayonnement thermique est un rayonnement électromagnétique généré par l'agitation thermique de particules dans la matière quel que soit l'état de celle-ci : solide, liquide ou gaz.

J'en déduit que le photon ne peut pas transporter d'informations. C'est constestable (de ma part). Cela met un peu en "péril" l'entropie.

Le peu de l'article que j'ai lu (c'est un peu le sexe des anges (trop spéculatif)) ne remet pas en cause l'évaporation du TN mais ils envisagent que rayonnement ne soit pas thermique

Cette vision de l'entropie va totalement à encontre de Davis Elbaz. il dit que les photons participent très activement à l'entropie du Cosmos. Il donne un exemple de photon unitaire qui est "égrené" par de la poussière stellaire. il en donne en échange plusieurs photons de plus basse énergie.


Résumé pour clarifier un peu

Pour le trou noir, le rayonnement thermique qui permet son évaporation est remis en cause. Car les photons ne participeraient pas à l'entropie/information du système
Je remets le bout de l'article de Ciel et Espace

En raison de sa nature thermique, ce rayonnement ne peut alors pas transporter d’informations. Sur d’immenses périodes de temps, la fuite de ce rayonnement provoquerait alors l’évaporation complète des trous noirs et donc, par extension, de toutes les informations sur les étoiles qui les ont créés. Et Or, cette théorie contredit la loi de conservation de l’information prônée en physique quantique. Selon cette loi, l’information ne peut en effet être ni créée ni détruite. Elle ne peut être que transférée ou transformée. Le paradoxe est donc de savoir comment concilier la prédiction de l’émission de rayonnement de Hawking avec la conservation de l’information.

A l'inverse pour David Elbaz les photons sont responsables de l'augmentation de l'entropie de l'univers.

On deux versions contradictoires de l'entropie une version Quantique et une version d'un Cosmologiste. La version quantique remet en cause le rayonnement thermique d'Hawking sur l'évaporation des Trous Noirs.

Sous cette forme pour moi c'est indécidable>>>> qui a raison ? Le Photon est-il un vecteur d'information ????

Cordialement

[Antonium]

J'en déduit que le photon ne peut pas transporter d'informations

Cette affirmation va un peu vite en besognes.... Les photons sont tout à fait capables de transporter de l'information, c'est d'ailleurs utile pour utiliser internet, le téléphone, la radio...

Le problème vient du fait que le rayonnement calculé par Hawking est un pur corps noir (~ synonyme pour thermique) et qu'il est universel. Ainsi si vous formez prenez deux trous noirs et que vous y jetez vos livres préférés, une fois évaporé le rayonnement est identique à une situation dans laquelle vous auriez gardé vos livres au chaud : on ne peut pas savoir ce qu'il s'est passé, l'information est perdue.

Quelle différence avec un bûcher de cheminée ? Si vous y jetez vos livres ou pas, une fois tout brûlé l'information n'a-t-elle pas disparue ? En pratique oui, mais en principe non. Si on connaissait l'état de toutes les particules environnantes, on pourrait en principe déterminer si vous avez oui ou non brûlé vos livres en plus du bois de cheminée.

Pourquoi les trous noirs sont-ils-différents ? le sont-ils ? La plus simple hypothèse est que le rayonnement n'est pas 100% thermique, mais contient de très faibles correlations qui permettraient de reconstruire l'information, similairement à ce qu'il se passe dans votre cheminée. Hawking savait que son calcul n'est pas exact, il a fait une approximation semiclassique.
(Bon il y a un autre problème qui est que l'ordre des corrections à ce calcul est à priori trop faibles pour reconstruire l'information, et c'est entre autres pour ça que les gens continuent d'en parler 50 ans après...)

Dans tous les cas aucun rapport avec les photons qui pourraient ne pas être vecteurs d'information.

[Daniel1958]

Cette affirmation va un peu vite en besognes.... Les photons sont tout à fait capables de transporter de l'information, c'est d'ailleurs utile pour utiliser internet, le téléphone, la radio...

Le problème vient du fait que le rayonnement calculé par Hawking est un pur corps noir (~ synonyme pour thermique) et qu'il est universel. Ainsi si vous formez prenez deux trous noirs et que vous y jetez vos livres préférés, une fois évaporé le rayonnement est identique à une situation dans laquelle vous auriez gardé vos livres au chaud : on ne peut pas savoir ce qu'il s'est passé, l'information est perdue.

Quelle différence avec un bûcher de cheminée ? Si vous y jetez vos livres ou pas, une fois tout brûlé l'information n'a-t-elle pas disparue ? En pratique oui, mais en principe non. Si on connaissait l'état de toutes les particules environnantes, on pourrait en principe déterminer si vous avez oui ou non brûlé vos livres en plus du bois de cheminée.

Pourquoi les trous noirs sont-ils-différents ? le sont-ils ? La plus simple hypothèse est que le rayonnement n'est pas 100% thermique, mais contient de très faibles correlations qui permettraient de reconstruire l'information, similairement à ce qu'il se passe dans votre cheminée. Hawking savait que son calcul n'est pas exact, il a fait une approximation semiclassique.
(Bon il y a un autre problème qui est que l'ordre des corrections à ce calcul est à priori trop faibles pour reconstruire l'information, et c'est entre autres pour ça que les gens continuent d'en parler 50 ans après...)

Dans tous les cas aucun rapport avec les photons qui pourraient ne pas être vecteurs d'information.

Un très grand merci pour votre réponse.

Oui je pensais, un peu, que la fréquence des photons était déjà en elle-même une information. Mais on en vient à douter là j'ai été "trompé" (par moi-même et les médias). Je pensais à la tasse de café de Wheeler (it is a bit) et franchement je pensais qu'hormis son côté spéculatif la théorie d'Hawking (que tous les physiciens plébiscitaient (je me rappelle Susskind dithyrambique (livre Guerre des Savants) à son sujet) inattaquable sur le plan théorique surtout après la découverte de Beckenstein.
C'est la première fois que j'entends une faiblesse théorique hormis le mur de feu.

Cordialement