Comment grandissent les trous noirs et que ce passe-t'il à l'interieur ?

[invitebdaccd77]

Lorsqu'un trou noir apparait, il y a formation d'un horizon. Vu de l'extérieur, tout objet qui tombe sur le trou noir ralenti pour n'atteindre cet horizon qu'après un temps infini. Or le trou noir grossi, son rayon étant proportionnel à sa masse. L'horizon se déplasse donc et les objets finissent par l'atteindre. Est-ce que cette dynamique à était étudiée ? (j'immagine que oui)

Par ailleurs, si l'horizon ce déplace, l'interieur grandi et donc de la matière traverse bel et bien cet horizon. Que se passe-t'il à l'interieur. La densité diminue et donc l'étoile arrêt de se compacter. Un observateur placé à l'interieur verrait-il un bord ? N'aurait-t'il pas l'impession que son univers s'agrandi ?

Au final, je me demande si on ne pourrait pas considérer que l'on est à l'interieur d'un trou noir (il me semble avoir lu quelque chose allant dans ce sens il y a quelques années). Il ne semble d'ailleurs que la taille de l'univers visible correspond tout à fait à celle d'un trou noir de la densité de notre univers .

Quelqu'un a-t'il des commentaire là dessus. Où tout simplement cela a déjà était discuté et tout le monde sait déjà que ça n'a pas de sens
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[chaverondier]

Lorsqu'un trou noir apparaît, il y a formation d'un horizon. Vu de l'extérieur, tout objet qui tombe sur le trou noir ralentit pour n'atteindre cet horizon qu'après un temps infini.

Ca dépend quel temps on utilise pour mesurer cette durée. Si on utilise le temps de Schwarzschild (la coordonnée chronologique du système de coordonnées dans lequel la métrique du trou noir prends la forme de la métrique de Schwarzschild) alors ce temps est effectivement infini. Par contre, si on utilise au contraire le temps universel figurant dans la métrique de Painlevé (il corresponds au temps propre des observateurs de Lemaître en chute libre à la vitesse v=(2GM/r)^(1/2) où M désigne la masse du trou noir) alors ce temps de chute est fini.

En fait, l'utilisation du temps qui figure dans la métrique de Schwarzschild corresponds à l'instant médian entre l'instant où un signal lumineux part de l'observateur immobile lointain et revient sur cet observateur immobile lointain après avoir été réfléchi par l'objet qui tombe. Comme la lumière mets un temps de plus en plus long à remonter après avoir été réfléchie (il tends vers l'infini quand l'objet approche de la sphère de Schwarzschild) l'observateur mets de plus en plus de temps à être informé de ce qu'il advient de l'objet quand il approche la sphère de Schwarzschild et n'en a plus de nouvelle quand il tombe en dessous (la lumière n'arrive pas à remonter le courant d'éther qui s'écoule à la vitesse v = (2GM/r)^(1/2) > c en dessous de la sphère de Schwarzschild).

D'ailleurs, dans le référentiel localement inertiel comobile, à un instant donné, avec un observateur immobile (au sens de Schwarzschild) si on choisit de synchroniser les horloges distantes en utilisant le feuilletage de l'espace-temps en feuillets de simultanéité universelle associés aux observateurs de Lemaître (1) et que l'on continue à utiliser le mètre contracté radialement en (1-v^2/c^2)^(1/2) de l'observateur de Schwarzschild (où v=(2GM/r)^(1/2) ) et son temps ralenti selon le même facteur, alors la vitesse de la lumière est mesurée comme tombant à la vitesse (c+v)/(1-v^2/c^2) par rapport à l'observateur immobile au sens de Schwarzschild et comme remontant à la vitesse (c-v)/(1-v^2/c^2) par rapport à ce même observateur (2).

Bref, l'utilisation de la simultanéité universelle associée au feuilletage canonique de l'espace-temps de Schwarzschild par les observateurs de Lemaître, fait apparaître une anisotropie objective de la vitesse de la lumière dans le référentiel de l'observateur immobile au sens de Schwarzschild, une contraction radiale objective de Lorentz des objets immobiles au sens de Schwarzschild et une dilatation temporelle de Lorentz objective de la période des horloges immobiles au sens de Schwarzschild.

Anisotropie de la vitesse de la lumière, contraction de Lorentz des distances et dilatation temporelle de Lorentz n'apparaissent pas objectives dans l'espace-temps de Minkowski car tous les feuilletages en lignes géodésiques et en feuillets de simultanéité associés aux référentiels inertiels sont équivalents. Aucune famille d'observateurs en chute libre dans l'espace-temps de Minkowski (ie en mouvement inertiel) ne peut se targuer d'être plus naturelle que les autres. Cette absence de famille d'observateurs en chute libre privilégiée n’a plus cours dans l'espace-temps de Schwarzschild.

Par ailleurs, si l'horizon se déplace, l'intérieur grandit et donc de la matière traverse bel et bien cet horizon.

Une autre façon de voir les choses est d'imaginer que les particules sont des mini-trou noirs. C'est une hypothèse qui a été étudiée par certains auteurs car ils ont constaté, semble-t-il, une certaine similarité physique et mathématique entre particules et trous noirs de Kerr (cf travaux de Sidarth "Quantum mechanical black Holes : towards a unification of Quantum mechanics and general Relativity" http://arxiv.org/PS_cache/quant-ph/pdf/9808/9808020.pdf et
"Instantaneous action at a Distance in a holistic universe"
http://arxiv.org/PS_cache/gr-qc/pdf/9812/9812003.pdf ).

Si on envisage que par ces trous noirs s'écoule un éther en chute libre alors, quand une particule tombe sur un trou noir, il y a coalescence en un trou noir un peu plus gros (un peu comme deux cordes qui se rejoignent lors d'une interaction) et il continue à jouer son rôle "d'évier" en laissant passer un débit d'éther un peu plus important.

Bon, je ne sais pas s’il est possible de réaliser un modèle mathématique cohérent et compatible avec les faits d'observation connus à ce jour qui irait dans ce sens ou s’il existe une ou des objections majeures à cette possibilité. Je sais bien qu'une idée un peu similaire a pu être rejetée il y a trois siècles environ, mais depuis pas mal d'eau a coulé sous les ponts. Il semblerait que le modèle de la gravitation dans le cadre d'un éther publié en 1988 par F. Winterberg allait dans ce sens (cf Mayeul Arminjon « Ether theory of gravitation: why and how ? » §2.2 Winterberg theory http://arxiv.org/abs/gr-qc/0401021).

Bernard Chaverondier

(1) La simultanéité universelle associée à l’unique famille d’observateurs en chute libre vieillissant tous à la même vitesse et dont ceux qui sont loin du trou noir sont immobiles au sens de Schwarzschild.

(2) mêmes effets que selon la direction circonférentielle dans les référentiels tournants et dans la formulation Lorentzienne de la relativité. Celle-ci adopte l'hypothèse d'une simultanéité universelle associée à une famille de référentiels inertiels privilégiés immobiles les uns par rapport aux autres, mais sans donner de critère objectif pour la choisir (et pour cause. Eu égard à la boost-invariance aucun choix privilégié n'est possible) et initialement sans interprétation physique quant à l'objectivité de la réduction du paquet d'onde par exemple (en violation du principe de relativité du mouvement) ce qui aurait apporté une justification physique complémentaire à la seule analogie de comportement de la contraction de Lorentz des ondes quantiques stationnaires avec celles d'ondes mécaniques stationnaires se propageant à vitesse constante dans un milieu.

[invitebdaccd77]

Ouf! je ne suis pas sûr d'avoir d'avoir tout compris. Enfin, si, je suis sûr de ne pas avoir compris grand chose !!!

J'essaie de résumer.

Vu de loin un objet met un temps infini à atteindre l'horizon parce que les photons ont du mal à revenir. OK, c'est bien comme ça que je voyait les choses.

Pour un observateur en chute libre (l'objet en question par exemple) ce temps est bien évidemment fini. D'ailleurs ça m'ammène à une autre question:

Par conservation de l'énergie, un objet tombé dans un trou noir peut très bien en ressortir en un temps fini dans son propre référentiel, mais un temps infini pour un obsersateur fixe éloigné (est-ce correcte ?)

Pour le reste des explications, j'avoue que ma culture ne me permet pas de comprendre. Mais je ne pense pas que ça réponde à ma question sur ce qui ce passe à l'interieur du trou noir. Lorsque le trou noir se nourri de la matière environnante, il grandi. A l'interieur il y a de plus en plus de matière mais une densité de plus en plus faible.

La question reste de savoir si ce que l'on observe de notre univers (expansion accélérée) peut avoir quelque chose à voir avec le comportement de l'interieur d'un trou noir qui grandi ?

[invite09c180f9]

Pour savoir ce que devient la matière tombée dans un trou noir, il me semble qu'elle est "désintégrée", mais son information n'est pas perdue irréversiblement!!
Effectivement il y a 2 théories sur la "forme" des trous noirs, une qui prédit qu'ils ont un fond, et une autre qui les présente "sans" fond !! C'est-à-dire qu'ils seraient reliés à leur autre extrémité au confin de l'Univers! Personnellement il me semble que cette théorie est "meilleure" (bien qu'elle puisse paraître pour certains très extravagante)!!!
a ++

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitebdaccd77]

physastro:
Pour savoir ce que devient la matière tombée dans un trou noir, il me semble qu'elle est "désintégrée"

Je ne comprend pas ce que veux dire "désintégrée" dans ce contexte. Le trou noir a bien une masse qui augmente, donc au moins l'énergie est encore là. Cette énergie n'est pas aglutinée en surface puisse qu'il semble que la matière traverse l'horizon et donc elle devient bien quelque chose. Pourquoi ne serait-elle pas à l'interieur ?

[invite09c180f9]

Lorsque j'emploie le mot "désintégrer" c'est pour dire que la matière engloutie par le trou noir ne reste pas structurée comme elle était avant d'y entrer!! Certain physiciens pensent que l'information pourrait-être retranscrite à travers les rayonnements qu'émettent les trous noirs (dans l'IR il me semble!!)!! Lorsque je te dis que la matière ne reste pas comme telle lorsque elle entre dans le trou noir, cela ne signifie pas qu'elle ne devient rien ; comme je t'ai dis tout à l'heure, l'information n'est pas perdue irréversiblement (d'après les fondements de la mécanique quantique). Donc je suis totalement d'accord pour dire qu'elle ne reste pas aglutinée en surface!!! Il est fort probable comme je l'ai évoqué au paravant qu'elle "traverse" le trou pour arrivée à un autre "bout" de l'univers (distorsion de l'espace/temps dans un trou noir)!!
J'espère m'être un peu mieu exprimé!!lol

[invitea29d1598]

Par conservation de l'énergie, un objet tombé dans un trou noir peut très bien en ressortir en un temps fini dans son propre référentiel, mais un temps infini pour un obsersateur fixe éloigné (est-ce correcte ?)

non. Il est mathématiquement prouvé que l'horizon d'un trou noir est un "horizon causal" : il ne peut être franchi que dans une seule direction et rien ne peut en ressortir quelque soit le système de coordonnées. Ce résultat est cependant non-quantique : grâce aux effets quantiques, les trous noirs ne sont pas absolument noirs, mais la seule chose qui peut sortir d'un trou noir est un rayonnement quantique, le rayonnement Hawking, et aucunement des choses structurées.

ce qui rejoint d'ailleurs la structure de la matière à l'intérieur des trous noirs. Selon la théorie non-quantique (=la relativité générale), la matière est inexorablement aspirée jusque la singularité centrale à proximité de laquelle les effets de marée sont tels que rien ne peut résister. La matière est donc broyée en "objets élémentaires" (dont la nature nous est inconnue car elle dépend de la vraie structure fondamentale de la matière, peut-être des cordes) qui rejoignent la singularité centrale.

en fait,le problème principal de ce raisonnement est qu'il est non-quantique et ne doit donc être qu'approximatif. Toutefois, le résultat qui semble certain est que la matière ne peut absolument pas rester sous sa forme usuelle. Selon les théories de supercordes, les trous noirs pourraient se voir comme des sortes de "pelotes de supercordes"... mais bon, cette "image" reste spéculative comme nous ignorons la description quantique de la gravitation.

A l'interieur il y a de plus en plus de matière mais une densité de plus en plus faible.

pourquoi de plus en plus faible ? si tu regardes la densité d'un trou noir non-quantique, elle vaut zéro partout à l'intérieur du trou noir, sauf sur la singularité centrale où elle est infinie. En fait, le problème est que le volume (ou le rayon) d'un trou noir n'est pas une grandeur bien définie en relativité générale : cela dépend du système de coordonnées choisies et la seule valeur "correcte" est l'infini. Seule la surface de l'horizon est mathématiquement bien définie même si le trou noir possède une masse qui est aussi une énergie. Ainsi, on peut montrer que si un objet tombe dans un trou noir, la surface de l'horizon de ce dernier et son énergie (sa masse) ne peuvent que croître. Plus encore, on montre que l'augmentation minimale de la surface est proportionnelle à l'entropie de l'objet lâché à l'intérieur. C'est un des arguments de base du "second principe de la thermodynamique des trous noirs" qui dit que l'entropie d'un trou noir est proportionnelle à la surface de son horizon. En clair et pour résumer : quand on parle de trous noirs non-quantiques (c'est-à-dire en RG), on ne peut parler que de l'horizon et pas de grandeurs volumiques et/ou de longueurs, et la surface de l'horizon est ce qui contient toute l'information sur le trou noir, même sur sa masse.

pour ce qui est de la structure de la matière à l'intérieur, pour en savoir plus il faut faire appel à des descriptions quantiques, et selon la théorie des cordes on a une sorte de pelote quantique.

[invitebdaccd77]

Merci pour toutes ces réponces mais sa ne m'éclaire pas vraiment. Probablement à cause de mon ignorance de la chose. En fait je n'arrive pas à me persuader qu'il n'y a rien à l'interieur d'un trou noir alors je vais peut-être poser ma question différemment.

Toutes les réponses concerne la perception d'un trou noir vu de l'extérieur, ou encore le passage de matière de l'extérieur vers l'interieur. Mais si on se place à l'interieur d'une étoile qui s'effondre, au centre par exemple. Le champs de gravité y est nul et donc pour les atomes placés ici il ne se passe pas grand chose à part qu'ils doivent se tasser les uns contre les autres.

Par contre, un peu plus loin (vers la surface) le champs de gravité augment jusqu'à devenir infini (apparition du trou noir) du moins c'est comme ça que je comprend les choses.

Pour les atomes placés au centre, que ce passe-t'il ?

Rincevent:
pourquoi de plus en plus faible ? si tu regardes la densité d'un trou noir non-quantique, elle vaut zéro partout à l'intérieur du trou noir, sauf sur la singularité centrale où elle est infinie.

Ca répond peut-être à la question, mais je ne comprend pas. Pour moi, la matière à l'interieur restait prisonière et comme le rayon augment comme la masse du trou noir, la densité diminue...

Par ailleurs, je pensais que la singurarité était à la surface et non au centre. Il faudrait que je retrouve la forme de la métrique de Schwarzschild pour comprendre. Malheuresement je n'ai pas de bouquin de RG sous la main...