Questionnement sur la lumière

[invitef7057954]

Bonjour, je me pose quelques questions concernant la lumière ces derniers temps et ai du mal à obtenir des réponses claires. Je m'en remets donc à vous.

1) Pourquoi la lumière ne peut-elle s'échapper d'un trou noir ?
En fait, je conçois très bien que la lumière suive une trajectoire rectiligne dans un espace courbe aux abords d'un objet possédant un champ gravitationnel mais je ne comprends pas pourquoi elle peut-être piégée par un trou noir. En effet, les photons n'ont pas de masse, alors comment une force de gravitation si puissante soit-elle peut-elle agir sur eux ?

2) Pourquoi le Soleil (ou n'importe quelle source lumineuse) n'éclaire-t-il pas l'Univers entier ? Je m'explique : Il me semble que les ondes électromagnétiques ne s'atténuent pas dans le temps. Dans ce cas là pourquoi le Soleil n'éclaire-t-il pas de la même façon une planète d'Andromède par exemple que la Terre ? De la même façon pourquoi un feu dans la nuit est visible à des centaines de mètres alors qu'il n'éclaire que les alentours proches ?
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[Nicophil]

Bonjour,

2) La lumière est un rayonnement électromagnétique qui rayonne en 3 dimensions, depuis la source vers la surface d'une sphère.
La surface S d'une sphère se calcule : S = 4 pi.R² .
Donc à une distance d de la source, le même rayonnement est dilué selon 4 pi.d² . C'est-à-dire que sa densité au m² (DSP: densité surfacique de puissance) est divisée par 10²=100 quand tu es 10 fois plus loin de la source.

[invitef7057954]

D'accord, merci Nicophil. On peut aussi expliquer ça comme le fait qu'un rayonnement est composé d'un nombre fini de photons qui s'éloignent de plus en plus les uns des autres du coup, non ?

Quelqu'un pour ma première question ?

[invite3cad83f9]

Si la source est circulaire les photons partent de toutes les directions, donc aucun photon n'a potentiellement la même direction (si on représente les émissions de photons comme des "vagues" ce qui est faux, mais c'est pour imager), par conséquent, plus ils s'éloignent de la source, plus ils sont éloignés les uns des autres.

Pour ton 1) :

"L’existence des trous noirs est envisagée dès le xviiie siècle indépendamment par John Michell8 et Pierre-Simon de Laplace. Il s’agissait alors d’objets prédits comme suffisamment denses pour que leur vitesse de libération soit supérieure à la vitesse de la lumière — c’est-à-dire que même la lumière ne peut vaincre leur force gravitationnelle. Plutôt qu’une telle force (qui est un concept newtonien), il est plus juste de dire que la lumière subit en fait un décalage vers le rouge infini. Ce décalage vers le rouge est d’origine gravitationnelle : la lumière perd la totalité de son énergie en essayant de sortir du puits de potentiel d’un trou noir. Ce décalage vers le rouge est donc d’une nature quelque peu différente de celui dû à l’expansion de l’Univers, que l’on observe pour les galaxies lointaines et qui résulte d’une expansion d’un espace ne présentant pas de puits de potentiels très profonds. De cette caractéristique provient l’adjectif « noir », puisqu’un trou noir ne peut émettre de lumière. Ce qui est valable pour la lumière l’est aussi pour la matière : aucune particule ne peut s’échapper d’un trou noir une fois capturée par celui-ci, d’où le terme de « trou » fort approprié."

Voici ce que dit Wikipédia là dessus. Personnellement j'ai rien pigé, bon courage ^^

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite3cad83f9]

Je viens de me renseigner.
Donc, en gros, le décalage vers le rouge est le fait que la lumière tend vers la couleur rouge en raison de l’expansion continue de l'univers, ce qui modifie sa longueur d'onde car le plan espace sur lequel se trouve le photon s'étend.
Le trou noir possède un champ gravitationnel très élevé, et courbe donc l'espace-temps autour de lui (il le "ramène" vers lui en gros) ce qui fait que la lumière est ramenée vers lui aussi étant donné qu'elle suit une trajectoire rectiligne dans l'espace courbé. Ainsi, en attirant l'espace vers lui, il attire les photons qui suivent cet espace.

[invitef7057954]

J'ai fait quelques recherches et je suis tombé sur un forum qui disait que la conception selon laquelle la gravité est liée seulement à la masse comme Newton le pensait n'est pas totalement vraie.
Donc si la lumière va en ligne droite dans un espace courbe (ce qui s'apparente à une attraction gravitationnelle) on pourrait dire que comme les trous noirs sont des points dans l'espace où la courbure de l'espace-temps est infinie la lumière met un temps infini pour en sortir donc n'en sort jamais. Est-ce que j'ai raison ?

[invite3cad83f9]

Le principal soucis avec l'intérieur des trous noirs, c'est que personne ne sait ce qu'il contient. Donc les explications de ce qu'il se passe à l'intérieur d'un trou noir ne sont que des spéculations vis à vis de ce que l'on voit de l'extérieur.

[invitef7057954]

Le principal soucis avec l'intérieur des trous noirs, c'est que personne ne sait ce qu'il contient. Donc les explications de ce qu'il se passe à l'intérieur d'un trou noir ne sont que des spéculations vis à vis de ce que l'on voit de l'extérieur.

Oui, c'est sûr mais un trou noir est bien un point dans l'espace où la courbure de l'espace-temps est infinie, n'est-ce pas ? Donc comme tu l'as dit la lumière qui suit tranquillement sa trajectoire rectiligne se trouve ramenée vers lui sans pouvoir s'en échapper puisque son chemin de sortie se trouve être d'une longueur infinie. C'est sans doute un peu imagé mais c'est ça non ?

[invite3cad83f9]

Courbure infinie ça j'en sais rien. La masse d'un trou noir n'est pas infinie, donc sont champ gravitationnel non plus, par conséquent je ne pense pas que la courbure qu'il induit soit infinie. Mais je ne suis pas trop renseigné là dessus ^^

[invited9b9018b]

Bonjour, sans même faire appel à la RG on peut prédire ce phénomène amha.

La vitesse de libération d'un corps est la vitesse minimale à laquelle il doit se déplacer pour s'échapper de l'influence d'un astre de masse M. Cette vitesse est donnée par :
où r est la distance entre le corps considéré et le centre d l'astre.
On voit que dans cette relation la masse n'apparait pas. La raison est que la gravitation provoque "l'accélération" d'un corps indépendante de sa masse : soit .

Ainsi, la mécanique newtonienne permet de calculer le rayon de schwarzschild (pas de la tarte à orthographier ), rayon en deça duquel la lumière ne peut s'échapper d'un astre de masse M.

A+

[invitef7057954]

Bonjour, sans même faire appel à la RG on peut prédire ce phénomène amha.

La vitesse de libération d'un corps est la vitesse minimale à laquelle il doit se déplacer pour s'échapper de l'influence d'un astre de masse M. Cette vitesse est donnée par :
où r est la distance entre le corps considéré et le centre d l'astre.

Merci mais j'avoue que tu ne m'as pas trop éclairé sur le cas des trous noirs. Je suis même encore plus perplexe ! Si chaque astre possède un rayon en deça duquel la lumière ne peut s'échapper comment la lumière des étoiles peut-elle nous parvenir ? Et concernant les trous noirs, faut-il simplement les considérer comme des astres ayant un rayon de Schwarzschild très grand ?

[albanxiii]

Bonjour,

Merci mais j'avoue que tu ne m'as pas trop éclairé sur le cas des trous noirs.

Dans ce cas je peux vous donner un conseil : regardez les massages de Lucas sur le forum. Vous verrez qu'il matrîse les bases de la mécanique (et bien plus) et qu'il ne se lance pas dans la relativité générale sans avoir une base solide de physique classique avant. Faites pareil ! On a plein d'hurluberlus (je ne vous range pas dans cette catégorie !) qui nous posent des questions pointues mais qui n'ont pas et n'auront jamais les connaissances pour comprendre les réponses. C'est dommage quand même.

Bonne soirée.

[Amanuensis]

Merci mais j'avoue que tu ne m'as pas trop éclairé sur le cas des trous noirs. Je suis même encore plus perplexe ! Si chaque astre possède un rayon en deça duquel la lumière ne peut s'échapper comment la lumière des étoiles peut-elle nous parvenir ?

Le point manquant est qu'il faut que l'intégralité de la masse M soit comprise dans un rayon de 2GM/c². Dans les cas des astres usuels ce n'est pas le cas.

Ou encore, en se limitant aux cas à symétrie sphérique (planètes, étoiles), la vitesse de libération à la distance r est avec m la partie de la masse M située à moins de r du centre, et non pas la masse totale si r<R, R étant le rayon de l'astre. Cette vitesse reste très loin de c pour les astres usuels, que ce soit à l'extérieur (distance trop grande) ou à l'intérieur (partie de la masse à distance <r trop faible).

[invitef7057954]

Merci, Amanuensis. En effet dans ce cas je comprends mieux.

Bonjour,



Dans ce cas je peux vous donner un conseil : regardez les massages de Lucas sur le forum. Vous verrez qu'il matrîse les bases de la mécanique (et bien plus) et qu'il ne se lance pas dans la relativité générale sans avoir une base solide de physique classique avant. Faites pareil ! On a plein d'hurluberlus (je ne vous range pas dans cette catégorie !) qui nous posent des questions pointues mais qui n'ont pas et n'auront jamais les connaissances pour comprendre les réponses. C'est dommage quand même.

Bonne soirée.

Je ne répondrai pas à vos paroles méprisantes car je ne partage pas cette vision élitiste de la science.

[albanxiii]

Re,

1. Vous avez compris de travers
2. Vous ne me connaissez pas, sinon vous sauriez que ce que vous dites est absurde.

Sur ce, adieu !

[Deedee81]

Bonjour,

Davarcroft, du calme. Le message d'albanxii ne m'a pas paru du tout méprisant. Je ne sais pas pourquoi tu l'as mal pris mais gardons notre sang froid. Inutile de se fritter comme ça.

Merci,