La radiation de Hawking peut-elle vraiment exister ?

[invited2911447]

Bonjour,

je chercherais à démontrer que la radiation de Hawking n'existe point.
Comment une telle radiation pourrait-elle échapper aux trous noirs, alors que ceux-ci font partie des objets les plus massifs de l'Univers ?
D'où vient cette certitude, de Stephen Hawking, qu'une telle radiation existe ??? Personnellement, je ne trouve pas son raisonnement très clair...
Quelqu'un pourrait-il m’éclaircir sur le sujet? Merci.

P.-S. : je pense aussi que la composition des trous noirs est tout simplement... de la matière qui a juste besoin d’absorber de l'Énergie.
Voilà mon E-Mail, pour les intéressés : supprimé adresse mail hors charte
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[invite870271b3]

P.-S. : je pense aussi que la composition des trous noirs est tout simplement... de la matière qui a juste besoin d’absorber de l'Énergie.

On ne pense pas quelque chose en science, on le prouve. Et la matière n'a pas de " besoins ", elle suit les regles de la physique.

Je laisse a des specialistes demontrer la faisabilité du rayonnement de Hawkins, je suppose que tu as les capacités mayhématique pour bien l'appréhender ?

[Deedee81]

Salut,

Je connais plutôt bien ce phénomène (les outils tournant autour sont assez ardus et font appel autant à la théorie quantique des champs qu'à la relativité générale, avec des techniques de renormalisation pas piquées des vers). J'ai lu pleins d'articles et cinq livres (techniques, pas de la vulga !) sur ce sujet qui m'intéresse énormément.

Pour :
- Le rayonnement de Hawking est une prédiction ferme et solide de la théorie quantique des champs en espace-temps courbe. Elle a été démontrée et retrouvée de tas de manières différentes.
- Il y a aussi un lien fort avec la thermodynamique. Bekenstein avait, bien avant Hawking, découvert qu'on pouvait attribuer une température aux trous noirs (sur base de considérations thermodynamique et d'une analogie entre les lois d'évolution des trous noirs et les lois de la thermodynamique). Mais un corps à température T doit émettre un rayonnement. Le rayonnement découvert théoriquement par Hawking correspond parfaitement à ça (rayonnement de corps noir correspondant bien à cette température). Difficile d'accepter une telle coïncidence si les résultats sont faux.
- Le rayonnement n'est pas émis dans le trou noir, mais juste en dehors. Il resulte des fluctuations quantiques du champ. On montre (par le calcul) que les fluctuations d'énergie négative (c'est autorisé en TQC) plongent dans le TN et les autres s'en éloignent à un facteur de dispersion près qui dépend de la longueur d'onde).

Contre :
- Le calcul de Hawking montre aussi que les fluctuations à l'origine du phénomène sont juste au bord de l'horizon et touchent au domaine de Planck (fluctuations d'énergie arbitrairement élevée). Or dans ce domaine la théorie s'effondre.
- Les considérations thermodynamique montrent que le TN doit avoir une entropie. Mais quelle est l'origine de cette entropie (microstructure) alors qu'un TN n'a pas de structure vue de l'extérieur (théorème de calvitie) ?
- Une partie de l'information tombant dans un TN disparait totalement après évaporation complète du TN. Et dans les derniers stades, une quantité arbitraire d'information semble stockée dans un volume arbitrairement petit. Le premier problème est même incompatible avec la mécanique quantique. Notons que c'est aussi un domaine lié au "mur de Planck".

Pour :
- Plusieurs auteurs ont essayé de contourner ce problème du mur de Planck en faisant diverses hypothèses sur le comportement à l'échelle de Planck (coupures, fonctions de dispersions, ....). On retrouve toujours le rayonnement de Hawking (sauf dans quelques rares cas).
- Les théories candidates de la gravité quantique (boucles, cordes) permettent de retrouver ce rayonnement de Hawking, sans problème de domaine de validité. Et de plus prédisent une microstructure (un TN n'étant plus strictement noir) porteuse de l'entropie et une fuite de l'information (le rayonnement n'est plus strictement de corps noir mais porte une structure de raies, éventuellement très serrés, porteuse de l'information).
- On peut montrer que les mécanismes sous-jacent à l'existence du rayonnement de Hawking sont tout à fait identique à ceux de l'effet Casimir (mit expérimentalement en évidence). J'ai lu ça dans un travail de thèse vraiment génial de Stephen A. Fulling.

Bien entendu, comme toujours en science, cela reste une simple prédiction théorique. Il faudra donc un jour ou l'autre le mesurer pour le confirmer ou l'invalider.

[Deedee81]

Petite précision :

- Le calcul de Hawking montre aussi que les fluctuations à l'origine du phénomène sont juste au bord de l'horizon et touchent au domaine de Planck (fluctuations d'énergie arbitrairement élevée). Or dans ce domaine la théorie s'effondre.

Ceci est dû au colossal redshift du trou noir, à cause de la gravité gigantesque au bord de son horizon. Un rayonnement sensible ne peut en émaner que si des fluctuations suffisamment énergétiques peuvent être émise avant d'être fortement redshiftée jusqu'à un observateur lointain.

Autre point capital :
personne ne sait vraiment calculer l'évolution d'un TN sous l'évaporation. On n'a que des résultats de style bilan. Le problème est encore ouvert (il est dû à des calculs horriblement compliqués et des ambiguïtés dans la procédure de renormalisation, comme joliment mis en évidence par Wald dans son petit livre sur la thermodynamique des trous noirs).

Cela n'est ni du pour ni du contre, juste une difficulté pour l'étude du phénomène.

Par contre, on arrive à calculer les proportions des différents types de particules émises. Ca dépend de la masse du trou noir. Je ne me souviens plus des chiffres exact (c'est dans un article ArXiv) mais pour un TN stellaire c'est de l'ordre de moitié de photons, moitié de neutrinos et un chouillat infime d'électrons / positrons.

A noter qu'une théorie de ce type avec champs en interaction est aussi balbutiante (elle existe, mais est fort compliquée je n'en ai vu aucun résultat concret).

Avis donc aux petits génies des maths qui franchiront le Rubicon

[A voir en vidéo sur Futura]