Rayonnement Hawking

[neokiller007]

Salut,

Il y a deux choses que je ne comprend dans la théorie d'Hawking:
Lorsqu'une paire particule-antiparticule est crée vers l'horizon d'un trou noir, elle vont se séparer, due à l'effet de marrée. Puisqu'une particule est légèrement plus proche du trou noir que l'autre, donc la force gravitationnelle est plus intense et son accélération sera plus grande que sa consoeur. Mais pour autant elles sont toutes les deux attirées vers le trou noir et donc vont être "avalées".

Supposons maintenant qu'une particule est piégée par le trou noir et l'autre non.
Si c'est l'antiparticule qui est piégée, elle va allé s'annihiler avec une particule du trou noir, donc la masse du trou noir diminue et la masse extérieur augmente.
Et inversement si c'est une particule qui est piégée par le trou noir.
Donc il devrait y avoir un équilibre dynamique entre le perte de masse du à l'absorption d'une antiparticule et le gain de masse du à l'absorption d'une particule. Non ?

Merci de m'expliquer.
-----

[obi76]

Je me posais la même question mais je doute que ce soit aussi simple... Bref je suis curieux de lire les réponses

[Thwarn]

Je crois (je ne suis pas un expert) qu'on ne peut pas parler de trou noir fait de matière ou d'antimatière. Un théorème dit même que seul trois (je crois bien) nombres caractérisent un trou noir : sa masse, sa charge et son moment cinétique. Donc pas de nombre comme baryonique ou leptonique (qui pourrait discriminer un "trou noir" ou un "anti trou noir"). Mais c'est bien au delà de mes compétences, donc je ne sais pas si mes justifications sont bonnes.

Si ce que je dis est vrai, l'important n'est pas qu'un trou noir absorbe une particule ou l'antiparticule, mais le fait qu'il en absorbe l'une et pas l'autre (peu importe laquelle). Dans ce cas, par conservation de l'énergie, il faut que la masse du trou noir diminue quand une des (anti)particules s'éloigne à l'infini, c'est l'evaporation-rayonnement.

Mais bon, c'est à confirmer...

[Pio2001]

Sûr que cela ne doit pas être simple, mais il faut toujours se rappeler le bon vieux principe de conservation de la masse (ou de l'énergie). Souvent, des problèmes très complexes sont simplifiés grâce à lui.

Ici, masse et énergie sont équivalents, car la masse des particules virtuelles est issue de l'énergie du vide.

Donc déjà, si une particule de masse m est produite à l'extérieur du trou noir, il faut bien que quelque chose en perde autant quelque part pour que le bilan soit nul.
Et n'oublions pas que particules et antiparticules ont la même masse, positive (c'est la charge électrique qui est inversée). Donc que ce soit une particule ou une antiparticule qui soit absorbée, c'est la même masse qui est produite à l'extérieur, et qui doit donc, par symétrie, disparaître de l'intérieur du trou noir.

Comment ? Examinons le processus de production des paires de particules virtuelles.
L'énergie du vide fluctue de façon aléatoire comme le bruit de fond entre deux stations de radio. Mais comme le dit l'inégalité de Heisenberg, plus on regarde des durées courtes, plus on a de chances d'observer une fluctuation de grande énergie.
Sur des durées extrêmement courtes, l'incertitude sur l'énergie devient plus grande, exprimée en kilogrammes équivalents, que la masse d'une paire de particules. Pendant ce temps delta t, on a donc une certaine probabilité de voir apparaître une paire particule-antiparticule (qui fait partie de l'énergie du vide), et de la voir disparaître.

Si on imagine cette fluctuation d'énergie au bord de l'horizon du trou noir comme une vague au bord d'une digue, il y a une certaine probabilité pour que le sommet de la vague laisse quelques gouttes sur la digue... sauf qu'une goutte de particule élémentaire, cela n'existe pas. C'est toute la particule ou rien.
Lorsque l'horizon sépare les deux particules, elles ne s'anihilent plus. Là il ya un de ces phénomènes trop compliqués à comprendre pour nous autres, mais le principe de conservation de l'énergie nous permet tout de même de trouver la bonne solution : si une énergie de masse m s'en va en dehors du trou noir au lieu de s'anihiler dans le vide, elle doit nécessairement laisser un "trou de vide" de l'autre côté. J'ignore le mécanisme en question, mais j'imagine une particule de masse m s'en aller dans le trou noir, avec un "trou de vide" de -2m. C'est peut-être farfelu, mais c'est intuitivement ce que me dicte la conservation de l'énergie. En effet, normalement, l'anihilation de la paire restitue 2m au vide.

Mais alors on en revient à la question de départ : pourquoi n'y a-t-il pas autant de trous de vide éjectés au-dehors qu'absorbés en dedans ? Là encore, je ne connais pas la réponse détaillée, mais un principe très simple me souffle la solution : l'horizon ne peut être franchi que dans un seul sens ! C'est sûrement à cause de cette asymétrie que les "trous" se retrouvent toujours dans le trou noir.

C'était ma proposition de néophyte en gravité quantique... que quelqu'un me tape dessus si c'est tout faux.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite54165721]

Si c'est l'antiparticule qui est piégée, elle va aller s'annihiler avec une particule du trou noir, donc la masse du trou noir diminue

Bonjour,

Meme si l'on pouvait parler de particules à l'intérieur d'un trou noir, pourquoi assimiler annihilation à masse qui diminue?

[invitee57d2d28]

Bonsoir,

Meme si l'on pouvait parler de particules à l'intérieur d'un trou noir, pourquoi assimiler annihilation à masse qui diminue?

Il me semble que cette histoire de particule/antiparticule pour expliquer l’évaporation des trous noirs n’est qu’une image de vulgarisation du processus réel, et qu’il ne faut pas la prendre au pied de la lettre.

Sinon, que ce soit la particule ou l’antiparticule qui tombe dans le trou noir, il faudrait qu’elle ait une énergie négative pour que le trou noir perde de la masse.

[Rincevent]

Bonsoir,

on ne peut pas parler de trou noir fait de matière ou d'antimatière. Un théorème dit même que seul trois (je crois bien) nombres caractérisent un trou noir : sa masse, sa charge et son moment cinétique. Donc pas de nombre comme baryonique ou leptonique (qui pourrait discriminer un "trou noir" ou un "anti trou noir"). Mais c'est bien au delà de mes compétences, donc je ne sais pas si mes justifications sont bonnes.

cela ne justifie pas tout, mais c'est correct

Il me semble que cette histoire de particule/antiparticule pour expliquer l’évaporation des trous noirs n’est qu’une image de vulgarisation du processus réel, et qu’il ne faut pas la prendre au pied de la lettre.

oui et non. Disons que l'effet Unruh permet en quelques sortes de réinterpréter l'effet Hawking avec cette histoire de fluctuations du vide.

Sinon, que ce soit la particule ou l’antiparticule qui tombe dans le trou noir, il faudrait qu’elle ait une énergie négative pour que le trou noir perde de la masse.

et c'est effectivement ce qu'on trouve d'une certaine façon : grossièrement, les paires produites sont composées d'une particule d'énergie négative et une autre d'énergie positive (dans un premier temps on peut même ne considérer que des photons auquel cas la distinction entre matière et antimatière disparait simplement). Le calcul montre en quelques sortes que les particules d'énergie négative tombent dans le trou noir, ce qui ressemble donc à une perte de masse, laquelle est accompagnée de l'échappée, vers l'infini, des particules d'énergie positive, qui sont donc perçues comme une sorte de rayonnement. M'enfin comme tu le dis, tout ça est sorte d'image avec les mains de ce que disent précisément les équations.

[neokiller007]

Ok, mais alors pourquoi l'une des particules part à l'infini et n'est pas attirée par le trou noir ?

[Thwarn]

Un trou noir n'est pas un aspirateur
Si une particule est en dehors de l'horizon et qu'elle a la bonne impulsion, elle peut tres bien aller à l'infini.

[neokiller007]

Mais lorsque deux particules sont crée elles vont à peu près dans la même direction et à peu près à la même vitesse (puisqu'elles s'annihilent rapidement après leurs création)
Donc si l'un se fait prendre au piège, l'autre aussi devrait se faire piéger, non ?

[Thwarn]

Il ne faut pas trop prendre les dessins pour la realité. Les particules ainsi créées doivent conserver l'impulsion et donc aller dans des directions opposées, par exemple.