Une lampe torche dans un trou noir

[invite6a558c32]

Bonjour à tous et bonne année.

Dans sa conférence « Qu'est-ce qu'un trou noir, très simplement ? » (https://www.youtube.com/watch?v=HAaGIZhUkN8, après 42 minutes)
Aurélien Barrau explique le phénomène suivant : « A l'intérieur du trou noir, si on allume une lampe torche
et qu'on la dirige vers l'extérieur du trou noir, les photons se dirigent vers le centre du trou noir ».
C'est logique. A l'intérieur du trou noir, la vitesse de libération est plus grande que la vitesse de la lumière.
Les photons ne peuvent pas partir vers l'extérieur, ralentir et retomber vers le centre, comme une pierre qu'on lance vers le haut.
Leur vitesse diminuerait et même s'annulerait. C'est interdit par la Relativité restreinte.
Donc, ils partent directement vers le centre, à la vitesse de la lumière.

Supposons que la lampe torche soit constituée d'une bonne vieille ampoule dont le filament est situé au foyer d'une coupelle métallique,
opaque à la lumière et réfléchissante, en forme de parabole, destinée à rassembler la lumière en un faisceau cylindrique dirigé vers l'extérieur du trou noir.
Alors, tous les photons vont venir s'entasser dans le fond de la coupelle et y former un petit lac.
Un lac de photons! C'est impensable. Nécessairement un photon se déplace à la vitesse de la lumière. Point final.
On peut aussi se dire que la coupelle chute vers le centre du trou noir.
Mais elle est faite de matière et la lumière ira toujours plus vite qu'elle. Cela ne fait que ralentir le phénomène.

J'ai imaginé des solutions fantaisistes.
Solution 1 : Si la lumière ne peut pas s'enfuir, c'est qu'il n'y a pas de lumière.
On peut imaginer que la gravitation, gigantesque, intervienne directement au niveau des électrons
et modifie les phénomènes habituels de changement d'orbite des électrons qui sont à l'origine de la lumière.
Mais c'est alors une toute autre histoire.
Un être vivant, piégé dans le trou noir, avant de mourir écartelé par les phénomènes de marée,
mourrait peut-être parce que sa chimie organique serait complètement modifiée.
Solution 2 : L'énorme gravitation permet aux photons de traverser les métaux ou n'importe quel matériau.
Solution 3 : Les photons ont deux états : vitesse de la lumière ou vitesse nulle, ce deuxième état ne pouvant être atteint qu'à des niveaux de gravitation élevés.

Sérieusement, une bonne compréhension de la Relativité, et des notions relativistes de temps, d'espace et de vitesse devraient fournir l'explication.
Aurélien Barreau commence à donner des pistes ; je cite : « Localement la lampe torche va moins vite que la vitesse de la lumière et la lumière va à la vitesse de la lumière.
Mais globalement (???) la lampe va plus vite que la vitesse de la lumière. »
Et il ajoute : « Prenez ça avec des pincettes ! »
Moi je n'y comprend rien.

Quelqu'un saurait-il donner des explications de niveau Terminale à tout ça ?
Et si vous avez d'autres solutions loufoques, ça peut-être l'occasion de délirer un peu.
Merci
-----

[Deedee81]

Salut,

Il te manque une autre solution : la coupelle ne peut pas être immobile et tombe aussi vers le centre du trou noir et il arrive au centre avant la lumière (ça se voit bien sur un diagramme de Penrose).

C'est vraiment tout simple (même si c'est foutus trous noirs sont hautement non intuitifs)

[mach3]

Bonjour,

Pas besoin de solutions loufoques.

Il faut bien s'accrocher à l'affirmation selon laquelle "Localement la lampe torche va moins vite que la vitesse de la lumière et la lumière va à la vitesse de la lumière.", qu'on pourrait reformuler : "localement la physique est celle de la relativité restreinte", et dans laquelle il faut comprendre localement comme une région de l'espace-temps suffisamment petite pour que, compte-tenu de la précision voulue, on puisse négliger les effets de la courbure.

Pour décrire globalement, il faut choisir un système de coordonnées, mais en RG, aucun système de coordonnée ne possède toutes les propriétés dont on a l'habitude d'en attendre en ayant juste pratiquer de la mécanique classique ou de la relativité restreinte. Par exemple, dans la plupart des systèmes de coordonnées, la vitesse coordonnée de la lumière (c'est à dire la dérivée de la coordonnée spatiale par rapport à la coordonnée temporelle d'un photon) n'est plus forcément "c", et peut dépendre de la direction et du sens (l'important étant simplement que les autres objets allant dans la même direction et dans le même sens auront toujours une vitesse coordonnée inférieure à la vitesse coordonnée de la lumière dans cette direction et ce sens là). A noter qu'il y a des systèmes de coordonnées, dits conformes, où la vitesse coordonnée de la lumière est invariante (*), mais dans ce cas les coordonnées spatiales n'ont plus de lien direct avec les distances et les coordonnées temporelles n'ont plus de lien direct avec les durées.

Analysons les choses dans un système de coordonnées adapté, celui de Lemaitre, dans lequel un objet de référence qui chute depuis l'infini avec une vitesse nulle occupe une coordonnée spatiale constante.
Dans ce système, l'horizon se déplace à une vitesse coordonnée valant 1. A l'extérieur du trou noir, la vitesse coordonnée de la lumière est supérieure à 1, il est donc possible à un objet situé à l'extérieur de s'échapper, il suffit pour cela que sa vitesse coordonnée soit comprise en 1 et la vitesse coordonnée de la lumière. Par contre si sa vitesse coordonnée est inférieure à 1, il finira par être rejoint par l'horizon (et si sa vitesse coordonnée est inférieure à 0, il chute plus vite que l'objet de référence). Plus l'horizon est proche, plus la vitesse coordonnée de la lumière approche 1 et elle devient inférieure à 1 une fois sous l'horizon. Sous l'horizon donc, plus moyen de s'échapper : tout objet aura une vitesse coordonnée inférieure à 1 car la vitesse coordonnée de la lumière est inférieure à 1, alors que l'horizon s'éloigne à la vitesse 1, il est donc impossible de le rattraper.

m@ch3

(*) : pas tout à fait exact, mais on va éviter d'aller trop loin pour l'instant

[invite6a558c32]

Merci Deedee81 et Mach3. Vos réponses m'éclairent et m'ouvrent des horizons.
J'avais écrit

On peut aussi se dire que la coupelle chute vers le centre du trou noir.
Mais elle est faite de matière et la lumière ira toujours plus vite qu'elle.

D'après ce que vous dites tous les deux, la coupelle se dirige vers le centre du trou noir plus vite que la lumière qu'elle a émis.
La Relativité est vraiment difficile à comprendre.

Quelqu'un parmi vous connaitrait-il un livre ou un site "Diagramme de Penrose pour les Nuls" ?
Merci.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Je te fais un MP pour éviter l'auto-promo (mes articles et mes séries youtube)

(je remercie mach3 pour sa réponse plus complète)

[Sethy]

Je te fais un MP pour éviter l'auto-promo (mes articles et mes séries youtube)

(je remercie mach3 pour sa réponse plus complète)

M.P. aussi Deedee s.t.p. !

[Sethy]

Merci Deedee81 et Mach3. Vos réponses m'éclairent et m'ouvrent des horizons.
J'avais écrit
D'après ce que vous dites tous les deux, la coupelle se dirige vers le centre du trou noir plus vite que la lumière qu'elle a émis.
La Relativité est vraiment difficile à comprendre.

Quelqu'un parmi vous connaitrait-il un livre ou un site "Diagramme de Penrose pour les Nuls" ?
Merci.

Sais-tu ce qu'est une dérivée partielle ?

Si oui, alors suis les cours de Richard Taillet. C'est tout simple, tout est expliqué et tu vas piger. Alors bien sûr, tu ne connaîtras que ce qu'il explique mais tu t'éviterais des dizaines d'écueils.

En plus, ce sont de vrais cours (M1) films. C'est dynamique.

Lien : http://podcast.grenet.fr/podcast/cou...vite-generale/

[invite6a558c32]

Merci à tous pour ces liens.
Deedee81, j'ai regardé votre vidéo n° 10a.
Ca donne envie de regarder la suite.
Avec le cours de Richard Taillet, j'ai du pain sur la planche.

Je vous propose de clore ce sujet.
Encore merci.

[Mailou75]

« A l'intérieur du trou noir, si on allume une lampe torche
et qu'on la dirige vers l'extérieur du trou noir, les photons se dirigent vers le centre du trou noir »

Le problème est la notion de centre et d’extérieur. Quand on est dans le trou noir, tout se dirige vers le «centre» mais celui ci n’est plus un lieu mais un «avenir». Une manière de voir les choses est de se dire que tous les évènements contenus dans le trou noir sont dans le futur de tous ceux qui se trouvent à l’extérieur. Par conséquent, essayer d'envoyer un photon vers l’extérieur c’est tenter de l’envoyer vers le passé. C’est peine perdue...

[Deedee81]

Salut,

Le problème est la notion de centre et d’extérieur. Quand on est dans le trou noir, tout se dirige vers le «centre» mais celui ci n’est plus un lieu mais un «avenir». Une manière de voir les choses est de se dire que tous les évènements contenus dans le trou noir sont dans le futur de tous ceux qui se trouvent à l’extérieur. Par conséquent, essayer d'envoyer un photon vers l’extérieur c’est tenter de l’envoyer vers le passé. C’est peine perdue...

Ah tiens, c'est amusant comme façon d'expliquer Ceci dit, c'est correct.