Pourquoi les trous noirs attirent-ils la lumière ?

[Ouchterlony62]

Bonjour à tous !

Je suis nouveau sur le site et je me pose cette question depuis un certain temps et malgré quelques explications hasardeuses, je n'ai pas encore trouvé concrètement la réponse: Pourquoi un trou noir attire-t-il la lumière alors que les photons ont une masse théorique nul?
En effet, je crois savoir que si les objets massifs (comme les trous noirs) attirent les photons ,cela se fait de par l'interaction gravitationnelle Fg= G.ma.mb/d² qui s'explique en terme relativiste par une déformation de l'espace-temps. Mais comment cela peut-il se faire alors que les photons ont une masse nul ! J'ai vu à maintes reprises, que les photons n'ont certes pas de masse mais une énergie ce qui serait a priori la même chose. Mais pourquoi concrètement ? Quel est le lien ? J'ai également entendu dire que les photons ont une propriété qui fait qu'ils prennent toujours le chemin de plus bref possible, ce qui expliquerait leur déviation dans un trou noir.. Est-ce la clé ?

Merci d'avance pour vos réponses qui, je l'espère m'éclaireront !
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[phys4]

Pourquoi un trou noir attire-t-il la lumière alors que les photons ont une masse théorique nul?
En effet, je crois savoir que si les objets massifs (comme les trous noirs) attirent les photons ,cela se fait de par l'interaction gravitationnelle Fg= G.ma.mb/d² qui s'explique en terme relativiste par une déformation de l'espace-temps. Mais comment cela peut-il se faire alors que les photons ont une masse nul ! J'ai vu à maintes reprises, que les photons n'ont certes pas de masse mais une énergie ce qui serait a priori la même chose.

Bonjour,
Dire que les photons ont une masse nulle est une question de convention : leur masse propre est nulle, mais ils se comportent comme la masse que représente leur énergie vis à vis des interactions.
Il n'y a pas que les TN qui agissent, il est prouvé depuis 1920 que le Soleil aussi peut dévier un rayon de lumière, de même que toutes les étoiles. C'est devenu un moyen de mesure des masses d'étoiles massives ou de galaxies.

Mais pourquoi concrètement ? Quel est le lien ? J'ai également entendu dire que les photons ont une propriété qui fait qu'ils prennent toujours le chemin de plus bref possible, ce qui expliquerait leur déviation dans un trou noir.. Est-ce la clé ?

Utiliser le terme d'attraction en RG n'est pas approprié. Nous dirions qu'il y a une déformation de l'espace-temps : les photons comme tous les objets suivent leur "ligne droite" qu'on appelle alors géodésique et qui est déterminé par la géométrie de cet espace-temps.
Pour des densités de matière pas trop élevées et des vitesse faibles par rapport à la lumière, les trajectoires obtenues sont très proches de celles de la théorie de Newton.

[Ouchterlony62]

D'accord, donc si j'ai bien compris les photons ne sont attirés par les trous noirs que par déformation de l'espace-temps ?

Considérons un photon se déplaçant d'un point A à un point B. Si l'espace est euclidien, le photon prendra la ligne droite pour aller de A à B. En cas d'une intense déformation de l'espace temps suite à la présence d'un corps massif (style TN), pour aller de A à B si le corps se trouve entre ces deux points, la géodésique du photon passera alors dans le trou noir. Une fois à l'intérieur celui-ci ne peut en ressortir et la lumière a donc été ''attiré'' par le trou noir. Est ce bien ce type de mécanisme qui est à l'oeuvre ? Ou me suis-je totalement foiré ?

Merci pour ta réponse en tout cas

[OME]

Bonjour,

Cette équation n'est qu'une approximation pour des scénarios non-relativistes et ne va donc pas être correcte pour les photons (qui sont par définition relativistes). Du coup il faut passer à la relativité générale et au concept d'espace-temps pour une meilleure description. C'est long à expliquer, donc allez voir par exemple http://www.astronomes.com/la-fin-des...ivite-generale.

[A voir en vidéo sur Futura]

[phys4]

pour aller de A à B si le corps se trouve entre ces deux points, la géodésique du photon passera alors dans le trou noir. Une fois à l'intérieur celui-ci ne peut en ressortir et la lumière a donc été ''attiré'' par le trou noir. Est ce bien ce type de mécanisme qui est à l'oeuvre ?

C'est bien ce mécanisme, le cas présenté avec un obstacle juste entre A et B est un peu trivial.
Ca marchera pour tout objet placé sur la ligne AB sans faire appel à la courbure de l'espace-temps.

[Ouchterlony62]

Très bien, merci pour cette explication. Ca parait évident maintenant, les photons se déplacent dans cet espace-temps. Celui-ci étant courbé par un corps, la trajectoire du dit photon change. Mais de fait ,du point de vue relativiste ,si j'intègre bien, on peut davantage dire que les champs gravitationnels sont des espaces dans lesquels s'exercent une propriété de la géométrie (la déformation de l'espace-temps) qu'une force à proprement parlé ?

[phys4]

Mais de fait ,du point de vue relativiste ,si j'intègre bien, on peut davantage dire que les champs gravitationnels sont des espaces dans lesquels s'exercent une propriété de la géométrie (la déformation de l'espace-temps) qu'une force à proprement parlé ?

Pour cette raison, les anglo saxons appellent aussi la RG "dynamique de la géométrie".

[Gilgamesh]

On peut dire que la RG est une géométrodynamique également en français