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black hole factory



  1. #1
    invite73192618

    black hole factory


    ------

    Bonjour,

    Dans l'état de nos connaissances, on considère que créer un trou noir en utilisant un collisionneur demanderait que celui-ci soit de taille galactique. Pas demain la veille.

    La question ici est la suivante: quel serait le nombre de laser nécessaire pour que la rencontre de leur faisceau concentre suffisamment d'énergie pour créer un micro-trou noir transitoire? Quel serait l'énergie minimale pour le faire croître?

    A+

    PS: une ressource pour faciliter les calculs: http://xaonon.dyndns.org/hawking/

    -----

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  3. #2
    EauPure

    Re : black hole factory

    Pourquoi ne pas chercher de l'autre coté, vers l'ultra-froid

    Avec des atomes ultra-froids et des lasers, les chercheurs du MIT ont fabriqué des molécules composées de photons. Une matière qui se comporte (un peu) comme le laser des chevaliers Jedi.

    les grains de lumière, qui sont des particules sans masse n’interagissent pas entre eux. La preuve si on croise la lumière de deux pointeurs laser… il ne se passe rien.

    « Mais nous avons créé un type particulier de milieu dans lequel les photons interagissent les uns avec les autres si fortement qu'ils commencent à agir comme s’ils avaient une masse, et ils se lient pour former des molécules » relate Mikhail Lukin, professeur à Harvard.
    La béatitude est l'attitude de l’abbé : la théorie bleue

  4. #3
    invite73192618

    Re : black hole factory

    Citation Envoyé par EauPure Voir le message
    Pourquoi ne pas chercher de l'autre coté, vers l'ultra-froid
    Sans être spécialiste on peut voir qu'il s'agit non pas de lumière pure, mais de lumière interagissant dans un nuage de gaz. Si tu essais d'augmenter l'énergie de la "molécule de lumière" en en additionnant plusieurs, le plus probable est qu'au départ cela va marcher, mais que rapidement le gaz va acquérir une partie de l'énergie et sortir des conditions ou la lumière se "condense".

    Bon faisons le calcul dans un cas idiot mais simple, en prenant des pointeurs lasers. La longueur d'onde est de 500 nanomètres. En supposant qu'on focalise les faisceaux de manière précise, le calculateur nous indique qu'on parle d'un trou noir pesant 3.10^20 kilos, c'est-à-dire 10^37 joules. Cela correspond à l'énergie de 10^4 soleils pendant un an, ce que l'on peut retrouver dans un rayon d'environ 1000 années lumières. C'est à peu près l'ordre de grandeur de ce que cela prend pour un accélérateur de particule faisant la même chose.

    Maintenant évidement on peut sur le papier faire beaucoup mieux. Le principal problème du calcul ci-dessus est de choisir une longueur d'onde trop grande, car le contenu énergétique d'un trou noir augmente très rapidement avec son rayon. En prenant un laser à longueur d'onde plus courte, le poids du trou noir ne serait plus plus que de 10^16 kilos ou 10^33 joules, c'est-à-dire l'énergie dégagée par notre soleil en une année. Toujours hors de portée bien sur, mais quand même quelques ordres de grandeurs plus bas dans la hiérarchie des choses irréalistes.

    Une seconde erreur est de considérer des lasers monochromes. Les laser femtosecondes utilisent plutôt la technique du paquet d'onde qui aboutit à une puissance crête bien supérieure à ce qu'on peut faire avec un laser monochrome. Là par contre, je ne sais pas calculer l'avantage ni s'il y a des difficultés de principe pour faire cela avec des longueurs d'onde picométriques.
    Dernière modification par Jiav ; 25/01/2014 à 20h03.

  5. #4
    mtheory

    Re : black hole factory

    Citation Envoyé par Jiav Voir le message
    Sans être spécialiste on peut voir qu'il s'agit non pas de lumière pure, mais de lumière interagissant dans un nuage de gaz. Si tu essais d'augmenter l'énergie de la "molécule de lumière" en en additionnant plusieurs, le plus probable est qu'au départ cela va marcher, mais que rapidement le gaz va acquérir une partie de l'énergie et sortir des conditions ou la lumière se "condense".

    Bon faisons le calcul dans un cas idiot mais simple, en prenant des pointeurs lasers. La longueur d'onde est de 500 nanomètres. En supposant qu'on focalise les faisceaux de manière précise, le calculateur nous indique qu'on parle d'un trou noir pesant 3.10^20 kilos, c'est-à-dire 10^37 joules. Cela correspond à l'énergie de 10^4 soleils pendant un an, ce que l'on peut retrouver dans un rayon d'environ 1000 années lumières. C'est à peu près l'ordre de grandeur de ce que cela prend pour un accélérateur de particule faisant la même chose.

    Maintenant évidement on peut sur le papier faire beaucoup mieux. Le principal problème du calcul ci-dessus est de choisir une longueur d'onde trop grande, car le contenu énergétique d'un trou noir augmente très rapidement avec son rayon. En prenant un laser à longueur d'onde plus courte, le poids du trou noir ne serait plus plus que de 10^16 kilos ou 10^33 joules, c'est-à-dire l'énergie dégagée par notre soleil en une année. Toujours hors de portée bien sur, mais quand même quelques ordres de grandeurs plus bas dans la hiérarchie des choses irréalistes.

    Une seconde erreur est de considérer des lasers monochromes. Les laser femtosecondes utilisent plutôt la technique du paquet d'onde qui aboutit à une puissance crête bien supérieure à ce qu'on peut faire avec un laser monochrome. Là par contre, je ne sais pas calculer l'avantage ni s'il y a des difficultés de principe pour faire cela avec des longueurs d'onde picométriques.
    comment tu va collecter l'énergie rayonnée par 104 Soleil pendant un an et la concentrer pour atteindre le rayon Rs.....
    “I'm smart enough to know that I'm dumb.” Richard Feynman

  6. #5
    invite73192618

    Re : black hole factory

    Citation Envoyé par mtheory Voir le message
    comment tu va collecter l'énergie rayonnée par 104 Soleil pendant un an et la concentrer pour atteindre le rayon Rs.....
    Cela me parait irréaliste... mais faut lire jusqu'au bout STP.

    Citation Envoyé par Jiav Voir le message
    Maintenant évidement on peut sur le papier faire beaucoup mieux. Le principal problème du calcul ci-dessus est de choisir une longueur d'onde trop grande, car le contenu énergétique d'un trou noir augmente très rapidement avec son rayon. En prenant un laser à longueur d'onde plus courte, le poids du trou noir ne serait plus plus que de 10^16 kilos ou 10^33 joules, c'est-à-dire l'énergie dégagée par notre soleil en une année. Toujours hors de portée bien sur, mais quand même quelques ordres de grandeurs plus bas dans la hiérarchie des choses irréalistes.

    Une seconde erreur est de considérer des lasers monochromes. Les laser femtosecondes utilisent plutôt la technique du paquet d'onde qui aboutit à une puissance crête bien supérieure à ce qu'on peut faire avec un laser monochrome. Là par contre, je ne sais pas calculer l'avantage ni s'il y a des difficultés de principe pour faire cela avec des longueurs d'onde picométriques.

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    mtheory

    Re : black hole factory

    Citation Envoyé par Jiav Voir le message
    Cela me parait irréaliste... mais faut lire jusqu'au bout STP.
    pardon..effectivement.

    Mais là, si je comprends ton idée, tu veux un gaz de photons suffisamment dense pour s'effondrer en trou noir. Un gaz de photons a une pression, les étoiles en savent qq chose. Comment tu vas comprimer ce gaz pour qu'il passe sous son rayon de Rs ?
    Dernière modification par mtheory ; 25/01/2014 à 20h35.
    “I'm smart enough to know that I'm dumb.” Richard Feynman

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  10. #7
    mtheory

    Re : black hole factory

    Citation Envoyé par mtheory Voir le message
    pardon..effectivement.

    Mais là, si je comprends ton idée, tu veux un gaz de photons suffisamment dense pour s'effondrer en trou noir. Un gaz de photons a une pression, les étoiles en savent qq chose. Comment tu vas comprimer ce gaz pour qu'il passe sous son rayon de Rs ?
    Autre chose, ce qui est intéressant, ce n'est pas un minitrou noir ordinaire mais un minitrou noir de la masse de Planck. Comment tu vas faire un laser au delà des rayons gamma ?
    “I'm smart enough to know that I'm dumb.” Richard Feynman

  11. #8
    mtheory

    Re : black hole factory

    Citation Envoyé par mtheory Voir le message
    Autre chose, ce qui est intéressant, ce n'est pas un minitrou noir ordinaire mais un minitrou noir de la masse de Planck. Comment tu vas faire un laser au delà des rayons gamma ?
    On peut grimper
    http://www.futura-sciences.com/magaz...000-tev-45699/
    mais je ne pense pas que ça puisse aller très loin quand même. J 'y réfléchirai.
    “I'm smart enough to know that I'm dumb.” Richard Feynman

  12. #9
    invite73192618

    Re : black hole factory

    (croisement)

    Citation Envoyé par mtheory Voir le message
    Mais là, si je comprends ton idée, tu veux un gaz de photons suffisamment dense pour s'effondrer en trou noir.
    J'aurais plutôt dit une quantité d'énergie concentrée dans un rayon égal ou inférieur au rayon de Schwarzschild, car je ne suis pas certain que l'on puisse parler de gaz de photon dans la configuration proposée.

    Citation Envoyé par mtheory Voir le message
    Un gaz de photons a une pression, les étoiles en savent qq chose.
    En particulier le comportement des gaz de photon des étoiles est à connaissance dominé par l'interaction avec l'hydrogène, et avec les parois d'une cavité si l'on parle d'un gaz de photon à la corps noir. Là je parle plutôt d'une collision de faisceaux lasers dans le vide, pour laquelle la seule interaction éventuelle passe par la création virtuelle de particules.

    Citation Envoyé par mtheory Voir le message
    Comment tu vas comprimer ce gaz pour qu'il passe sous son rayon de Rs ?
    Hé bien l'idée est simplement de faire converger des rayons distincts sur une même "cible virtuelle". Il n'interagissent pas avant de se rencontrer (du moins dans le cas d'une lumière monochromatique, c'est probablement plus compliqué dans le cas d'un paquet d'onde étalé). Au point de rencontre il est probable que de la création spontanée de particules intervienne, mais celles-ci seraient déjà confinées à l'intérieur du rayon de Schwarzschild. Qu'est-ce qui leur permettraient de s'échapper?

    Citation Envoyé par mtheory Voir le message
    Autre chose, ce qui est intéressant, ce n'est pas un minitrou noir ordinaire mais un minitrou noir de la masse de Planck. Comment tu vas faire un laser au delà des rayons gamma ?
    Ha c'est sur que ce serait plus simple d'avoir une longueur d'onde arbitrairement basse, mais je ne souhaite pas considérer ce cas parce que cela revient un peu à dire "supposons qu'on ai une baguette magique qui fasse des trous noirs... hé bien oui on pourrait faire des trous noirs -il suffit d'utiliser une baguette magique." En se restreignant aux longueurs d'ondes que l'on sait pouvoir faire, on est actuellement aux rayons X donc 10 picomètres au mieux (comme tu le sais on peut probablement faire mieux, au moins un peu). Bref, l'idée n'est pas d'utiliser des lasers avec une fréquence arbitrairement haute -trop facile!- mais de regarder la quantité de laser qu'il faudrait, en se limitant aux lasers connus pour être faisables.

    Par contre j'ai l'impression que tu as un doute sur la possibilité de faire un trou noir avec des lasers si ceux-ci n'ont pas une fréquence de Planck. Quelles serait les objections de principe? Autre interprétation possible de ton questionnement sur le trou noir de Planck: tu es ok que de la mégaingénierie à l'échelle solaire suffirait dans cette configuration, mais ce que tu souhaites est un trou noir de la taille de planck pour jouer avec. Si c'est la seconde interprétation, on peut toujours les mettre à évaporer. En plus les militaires vont adorer
    Dernière modification par Jiav ; 25/01/2014 à 21h27.

  13. #10
    mtheory

    Re : black hole factory

    Citation Envoyé par Jiav Voir le message
    Par contre j'ai l'impression que tu as un doute sur la possibilité de faire un trou noir avec des lasers si ceux-ci n'ont pas une fréquence de Planck. Quelles serait les objections de principe?
    Quand tu te rapproches de la vitesse de la lumière un gaz de particule de matière se comporte comme un gaz de photons. Surtout, ce qui fait que les protons ou des électrons pourraient donner un trou noir c'est la force de gravitation et c'est la même chose pour les photons. La section efficace de production sera la même, de l'ordre du rayon de Rs donc il faut des photons avec l'énergie de Planck pour faire un trou noir de Planck.

    Franchement, je vois pas comment focaliser des rayons lasers pour faire un trou noir même de la masse d'une montagne. Je réfléchie.
    “I'm smart enough to know that I'm dumb.” Richard Feynman

  14. #11
    mtheory

    Re : black hole factory

    Citation Envoyé par mtheory Voir le message
    Quand tu te rapproches de la vitesse de la lumière un gaz de particule de matière se comporte comme un gaz de photons. Surtout, ce qui fait que les protons ou des électrons pourraient donner un trou noir c'est la force de gravitation et c'est la même chose pour les photons. La section efficace de production sera la même, de l'ordre du rayon de Rs donc il faut des photons avec l'énergie de Planck pour faire un trou noir de Planck.

    Franchement, je vois pas comment focaliser des rayons lasers pour faire un trou noir même de la masse d'une montagne. Je réfléchie.
    quelques calculs déjà

    L'énergie d'un photon c'est E=pc
    La longueur d'onde de ce photon avec la MQ ça donne p=

    donc E= et

    Le rayon de Rs pour une particule d'énergie E c'est Rs = 2G E/ c4

    deux photons donnent un trou noir quand leurs longueurs d'ondes sont en gros inférieures au rayon Rs associé à leur énergie on a donc comme condition ce qui nous donne et finalement

    donc que ça soit avec des photons ou des particules de matière on a un trou noir uniquement quand on dépasse l'énergie de Planck pour les particules. Il n'y a pas le choix.

    Je réfléchie a ce qui se passe si on a un très grand nombre de photons et pas deux mais je crois que ça devrait pas changer grand chose vu que pour le LHC on a des paquets de protons.
    Dernière modification par mtheory ; 25/01/2014 à 23h43.
    “I'm smart enough to know that I'm dumb.” Richard Feynman

  15. #12
    invite73192618

    Re : black hole factory

    Citation Envoyé par mtheory Voir le message
    Quand tu te rapproches de la vitesse de la lumière un gaz de particule de matière se comporte comme un gaz de photons.
    Encore une fois je ne vois pas le rapport entre une collision de faisceau laser dans le vide et les gaz de photon, puisque ces derniers impliquent l'existence de matière comme support d'interaction.

    Citation Envoyé par mtheory Voir le message
    La longueur d'onde de ce photon avec la MQ ça donne p=

    donc E= et
    Détail, mais ce ne serait pas plutôt que ?

    Citation Envoyé par mtheory Voir le message
    Le rayon de Rs pour une particule d'énergie E c'est Rs = 2G E/ c4
    C'est ce que j'ai assumé (que le Rs d'un photon correspond au Rs d'une particule massive de même énergie). Un doute après coup: pas de subtilité à considérer?

    Citation Envoyé par mtheory Voir le message
    donc que ça soit avec des photons ou des particules de matière on a un trou noir uniquement quand on dépasse l'énergie de Planck pour les particules. Il n'y a pas le choix.
    Cela me semble clair aussi, mais c'est bien parce que tu ne considères qu'un ou deux photons que l'on reste dans le même ordre de grandeur. Pour une particule massive cela semble le seul choix possible étant donné le principe d'exclusion. Pour les photons, l'énergie peut être portée par une myriade de photon même si chacun est individuellement très loin de l'énergie de Planck.
    Dernière modification par Jiav ; 26/01/2014 à 03h38.

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  17. #13
    ansset

    Re : black hole factory

    mais comment contiens tu cette énergie ( que je n'ose calculer ) dans un volume ridicule et comment la transformes tu en matière massique ?
    y'a quelque chose qui cloche là dedans, j'y retourne immédiatement !

  18. #14
    EauPure

    Re : black hole factory

    Si j'ai bien compris le maintient c'est la pression des lasers et la matière c'est m=e/c²
    mais cette matière est une particule ou plusieurs et dans le cas de plusieurs on retombe sur le principe d'exclusion
    Dernière modification par EauPure ; 26/01/2014 à 08h28.
    La béatitude est l'attitude de l’abbé : la théorie bleue

  19. #15
    mtheory

    Re : black hole factory

    Citation Envoyé par Jiav Voir le message

    Détail, mais ce ne serait pas plutôt que ?
    oui, oui c'est h, la fatigue et l'habitude d'écrire hbar en LaTeX
    “I'm smart enough to know that I'm dumb.” Richard Feynman

  20. #16
    mariposa

    Re : black hole factory

    Citation Envoyé par mtheory Voir le message
    oui, oui c'est h, la fatigue et l'habitude d'écrire hbar en LaTeX
    Bonjour,

    J'ai une question tres simple sur les trous noirs, d'autant plus que je connais pas du tout cette physique.

    Dans ton intervention j'ai cru comprendre que tu détachais le concept de trous noirs de la singularité mathématique de la RG.

    Cete question m'interesse et d'autant plus quand on discute de la fabrication d'un mini-trou noir.

    Cela veut dire que l'on doit faire une transition entre un etat initial connu noté |initiale> vers un état final noté |trou noir>

    Pour calculer cette amplitude de transition il faut connaitre formellement l'etat final.

    Ce qui m'amene a la question simple: Quel est le contenu "materiel" du trou noir.

  21. #17
    mtheory

    Re : black hole factory

    [QUOTE=mariposa;4741923]
    Bonjour,

    J'ai une question tres simple sur les trous noirs, d'autant plus que je connais pas du tout cette physique.

    Dans ton intervention j'ai cru comprendre que tu détachais le concept de trous noirs de la singularité mathématique de la RG.
    Absolument. Il n'y aucune ambiguïté de depuis longtemps. C'est l'horizon des événements qui définit un trou noir. Toute l'astrophysique des trous noirs ne s'occupe que la solution de Schwarzschild extérieur avec cet horizon. Tout le monde sait que la singularité centrale, parfaitement décrite et prédite par la RG, doit être un artefact de la RG classique et tout le monde s'attend à ce que d'une façon ou d'une autre elle soit éliminée. Discréditer ou avoir des doutes sur la théorie des trous noirs parce que la RG prédit une singularité est un non sens complet.
    “I'm smart enough to know that I'm dumb.” Richard Feynman

  22. #18
    EauPure

    Re : black hole factory

    et si l'état initial est très proche du 0 absolu comme un condensat de Bose-Einstein ça fait pas une différence avec un état initial chaud ?
    La béatitude est l'attitude de l’abbé : la théorie bleue

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  24. #19
    mtheory

    Re : black hole factory

    Citation Envoyé par mariposa Voir le message

    Cete question m'interesse et d'autant plus quand on discute de la fabrication d'un mini-trou noir.

    Cela veut dire que l'on doit faire une transition entre un etat initial connu noté |initiale> vers un état final noté |trou noir>

    Pour calculer cette amplitude de transition il faut connaitre formellement l'etat final.

    Ce qui m'amene a la question simple: Quel est le contenu "materiel" du trou noir.
    On ne sait pas vraiment, tout dépend de ce que devient la RG sous l'horizon et pas uniquement des corrections quantiques. La LQG élimine la singularité un peu comme la MQ supprime l'effondrement de l'atome de Rutherford. La théorie des cordes donnent plusieurs solutions possibles, par exemple la théorie de Samir Mathur. On a une théorie de la production des trous noirs quantiques.
    Dernière modification par mtheory ; 26/01/2014 à 13h12.
    “I'm smart enough to know that I'm dumb.” Richard Feynman

  25. #20
    mariposa

    Re : black hole factory

    [QUOTE=mtheory;4742024]
    Citation Envoyé par mariposa Voir le message

    Absolument. Il n'y aucune ambiguïté de depuis longtemps. C'est l'horizon des événements qui définit un trou noir. Toute l'astrophysique des trous noirs ne s'occupe que la solution de Schwarzschild extérieur avec cet horizon. Tout le monde sait que la singularité centrale, parfaitement décrite et prédite par la RG, doit être un artefact de la RG classique et tout le monde s'attend à ce que d'une façon ou d'une autre elle soit éliminée. Discréditer ou avoir des doutes sur la théorie des trous noirs parce que la RG prédit une singularité est un non sens complet.
    Bonjour,

    Ouf je suis soulagé. Cela est bien une démonstration de plus comment le rapport entre physique et mathématiques est mal géré.

    Par contre tu n'as pas répondu, ou esquisser une réponse a ma deuxième question:

    Quelle est la constitution " matérielle. " d'un trou noir?

    Eventuellement, en amont de cette question: La question est-elle physiquement légitime?

  26. #21
    invite73192618

    Re : black hole factory

    Citation Envoyé par ansset Voir le message
    mais comment contiens tu cette énergie ( que je n'ose calculer ) dans un volume ridicule et comment la transformes tu en matière massique ?
    Imagine que tu éclaires le bout de ton doigt avec un laser. Cela apporte une certaine énergie. Imagine que tu éclaires le même spot avec deux lasers. Cela amène plus d'énergie. Il n'y a pas de besoin spécial pour la comprimer ou rien, c'est juste la somme des faisceaux.

    Maintenant on augmente le nombre de laser. Au départ il ne se passe rien de spécial. Au bout d'un moment, c'est chaud sur ton doigt, fait que tu décides de focaliser sur un espace vide plutôt que sur ton doigt. Bonne décision. Maintenant on augmente encore. Avec suffisamment de laser (soit un nombre astronomique de petits lasers de poche, soit un nombre plus restreint de laser gamma à très courte longueur d'onde), tu vas finir par rencontrer une preuve de cela.

    Cela, c'est le fait que fondamentalement un photon fluctue entre la forme photon et des formes de particules virtuelles qui se recombinent. La recombinaison spontanée fait que ces fluctuations n'ont pas d'impact au final sur la propagation d'un faisceau laser (certains ont émis l'hypothèse que pour un rayon gamma extrémal cela pouvait avoir un impact et ralentir la vitesse des photons, mais on a pas vu d'évidence encore, y compris pour des photons beaucoup plus énergétiques que tout ce qu'on aura besoin de considérer ici). En revanche cela aura un impact au point de contact des lasers, car une paire de particules virtuelles peut capter l'énergie d'un autre photon pour "devenir réelle" et s'échapper. Autrement dit, avec suffisamment d'énergie (mais pas trop), la rencontre de faisceaux de laser peut produire des particules. Celles-ci seront évidement créés uniquement dans la zone de contact des faisceaux lasers, avant de s'échapper avec une vitesse légèrement inférieure à la vitesse des photons.

    Maintenant on augmente encore le nombre de laser. Plus on augmente, plus le flot de particules créé est grand et contient de l'énergie. Au bout d'un moment on observe des bizarreries dans la façon dont les particules s'échappent: il y a tellement d'énergie que les effets gravitationnels commencent à devenir visibles. Quand la somme des énergies dépasse la quantité d'énergie maximale qu'un espace peut contenir avant de s'effondrer (ce que l'on peut calculer simplement avec le rayon de Schwarzschild), les effets gravitationnels sont tels que plus aucune particule ne peut sortir de la zone de contact. C'est un trou noir.

  27. #22
    invite73192618

  28. #23
    mtheory
    “I'm smart enough to know that I'm dumb.” Richard Feynman

  29. #24
    invite73192618

    Re : black hole factory

    Merci, je l'avais pas vu

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  31. #25
    invite73192618

    Re : black hole factory

    Du nouveau sur ce front?

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