Trou noir et bâton

[likethat]

Bonjour,

On voit souvent des articles et conversations du type "que se passerait-il si vous tombiez dans un trou noir". On parle alors de champ gravitationnel, de rayon de schwarzschild et autre joyeusetés pour en finir avec une inéluctable spaghettification, dont le moment où elle survient dépend de la la masse du trou noir.

Je me demandais néanmoins ce qui se passerait si, une personne en orbite autour d'un trou noir, plongeait un long objet rigide dans un trou noir (par exemple un très long bâton) et tentait de le ressortir?

1 - la personne serait incapable de retirer le bâton vers elle, quelle que soit l'énergie employée. Le bâton finirait donc pas être totalement avalé par le trou noir, et la personne avec si elle ne le lâchait pas
2 - le partie du bâton la plus prêt de la singularité serait spaghettifiée, le reste du bâton pouvant être retiré
3 - autre chose

Merci
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[Deedee81]

Salut,

On avait déjà évoqué ce scénario.
(hum, pas facile de retrouver la discussion car elle utilisait une corde et quand on tape corde il ressort toutes les discussions sur la théorie des cordes GRRRR)

1 - la personne serait incapable de retirer le bâton vers elle, quelle que soit l'énergie employée. Le bâton finirait donc pas être totalement avalé par le trou noir, et la personne avec si elle ne le lâchait pas
2 - le partie du bâton la plus prêt de la singularité serait spaghettifiée, le reste du bâton pouvant être retiré
3 - autre chose

2 et 3. Il va être effectivement étiré par les forces de marées, mais pas seulement. La partie sous l'horizon va forcément tomber (pas le choix, les seules trajectoires de type temps plongeant vers le centre). Donc si on le tient très fort : ou bien on va devoir le lâcher, ou bien il va casser, ou bien il va s'étirer (une rigidité infinie étant impossible et même anti-relativiste, voir le paradoxe du bâton que l'on pousse en relativité restreinte).

[likethat]

Merci Deedee81, très clair!

[Tryss2]

Ce qui me fait me poser la question suivante :

Les objets sont des objets parce que la force électromagnétique maintient les atomes "ensemble". Force électromagnétique dont le médiateur est le photon. Du coup, est-ce que sous l'horizon un objet va rester cohérent ? Ou bien est-ce que la notion même de molécule n'a plus de sens ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[papy-alain]

D'une manière générale, on ne connaît pas l'état de la matière dans un trou noir.

[LeMulet]

Ce qui me fait me poser la question suivante :

Les objets sont des objets parce que la force électromagnétique maintient les atomes "ensemble". Force électromagnétique dont le médiateur est le photon. Du coup, est-ce que sous l'horizon un objet va rester cohérent ? Ou bien est-ce que la notion même de molécule n'a plus de sens ?

Ou alors il va surtout avoir un problème au moment de passer l'horizon.
Théoriquement il pourrait y avoir un "mur de feu", qui interdit même la possibilité de parler du baton.

Le mur de feu est, en physique théorique, un phénomène hypothétique qui se produirait à l'horizon des événements d'un trou noir.
Il est en effet prédit qu'il existe une zone de grande densité énergétique autour d'un trou noir, créée par le bris d'intrications quantiques généré par le rayonnement de Hawking.

Ce phénomène a été décrit en 2012 par Joseph Polchinski et son équipe pour répondre à une incohérence de la théorie de la complémentarité des trous noirs, développée par Leonard Susskind et Larus Thorlacius au début des années 19902.

L'intrication de la particule émise par le trou noir avec le rayonnement de Hawking composé de plusieurs particules - photons - provenant de la particule absorbée mène à un paradoxe : la particule absorbée était déjà intriquée avec l'autre particule de la paire lors de la création par fluctuation du vide.

Cela crée un système où une particule est intriquée avec plusieurs autres à la fois.

Cela entre en contradiction avec le principe de « monogamie » de l'intrication, qui stipule qu'une particule ne peut être complètement intriquée avec deux particules en même temps.

Pour éviter ce paradoxe de l'information, l'intrication entre la particule absorbée par le trou noir et celle qui s'en est échappée doit être brisée, ce qui libérerait une quantité importante d'énergie.
« C'est un processus intense, comparable au bris des liens entre les molécules, et cela libère de l'énergie [...]

L'horizon des évènements serait littéralement un anneau de feu brûlant tous ceux qui y tomberaient»
Ainsi, autour d'un trou noir, il est prévu qu'une zone de grande densité énergétique existe en raison d'une quantité énorme de bris d'intrications quantiques

https://fr.wikipedia.org/wiki/Mur_de_feu

[Deedee81]

Salut,

Un objet tombant en chute libre ne "devrait" même pas voir l'horizon, à cause du principe d'équivalence. Donc, tout ça ne devrait guère cause de soucis (sauf si on retient le bâton of course, comme expliqué).

Sauf si on y ajoute une larme de quantique et dans ce cas il se peut que l'hypothèse du mur de feu décrite ci-dessus soit correcte (ce n'est pas mon hypothèse favorite et je crois qu'elle n'a d'ailleurs pas trop la cotte, à confirmer). On entre là dans les spéculations. Je pense que dans cette discussion ci on devrait en rester à notre bonne vieille relativité générale. C'est déjà assez compliqué comme ça.

[LeMulet]

On entre là dans les spéculations. Je pense que dans cette discussion ci on devrait en rester à notre bonne vieille relativité générale. C'est déjà assez compliqué comme ça.

Si c'est "déjà assez compliqué comme ça", il faut aller parler du bâton sur le sous-forum "notions de base".

Donc il vaut mieux continuer à évacuer le paradoxe de l'information qui apparait sur la base des considérations scientifiques connues, qui implique que si on ne fourni pas une explication théorique supplémentaire, ce qui sera dit sera juste scientifiquement absurde ?

Vous savez comment on dit... si ma tante en avait.

[Deedee81]

Non, non, mon soucis est strictement pédagogique et pour une question de respect.

EDIT et ça c'est bien vu, j'aurais dû déplacer dans les notions de base. C'est fait. Je n'ai pas encore pris le pli. Merci pour la piqure de rappel.

- La gravité quantique c'est beaucoup plus compliqué que la relativité générale
- la gravité quantique c'est spéculatif. Avec tous les modèles, théories et hypothèses qui existent, on peut dire tout et son contraire : le bâton va casser, va rester, va se désintégrer, tout est "juste", à la limite "il va se transformer en serpent" aussi, en exagérant à peine

Donc aborder la gravité quantique ici comme tu viens de le faire ne peut pas aider à répondre à la question de likethat. Autant alors rester dans le cadre initial de la question, la relativité générale classique, où là au moins on peut donner une réponse précise et juste (dans ce cadre théorique).

De plus comprendre la gravité quantique nécessite d'abord de comprendre la relativité générale (sinon on peut faire un peu illusion, en répétant ce qu'on lit, mais en réalité on ne comprend rien). Et donc il est plus intéressant d'abord de bien faire comprendre la relativité générale à likethat que d'aborder la gravité quantique.

Donc, par pédagogie et par respect pour le primo-posteur, restons en à la physique classique. Au moins pour le moment sauf s'il demande d'aller dans ce sens.

[LeMulet]

Donc, par pédagogie et par respect pour le primo-posteur, restons en à la physique classique. Au moins pour le moment sauf s'il demande d'aller dans ce sens.

D'accord niveau pédagogique.
Donc dans ce cadre, j'ai entendu dire que si on entre sous l'horizon, tenter de "reculer" revient à accélérer et donc de tomber encore plus vite vers la singularité.
Essayer de retirer le bâton ne risquerait-il pas de l'enfoncer encore plus vite ?
Il faudrait le pousser pour le maintenir en place ... ?

[mach3]

Les objets sont des objets parce que la force électromagnétique maintient les atomes "ensemble". Force électromagnétique dont le médiateur est le photon. Du coup, est-ce que sous l'horizon un objet va rester cohérent ? Ou bien est-ce que la notion même de molécule n'a plus de sens ?

en restant dans le cadre de la RG, sans ajouter d'ingrédients spéculatifs (sinon, il y a des centaines de réponses différentes à la question...), un objet peut rester cohérent sous l'horizon du moment qu'il résiste aux forces de marées.

Des particules non liées, initialement immobiles les unes par rapport aux autres et tombant dans un trou noir (ou sur n'importe quel astre d'ailleurs!) s'éloignent radialement et se rapprochent orthoradialement, à cause de la non-uniformité du champ (plus fort plus bas, plus faible plus haut, non parallèle à lui même en orthoradial à cause de la symétrie sphérique). Un objet fait de particules liées subira donc une contrainte d'allongement dans le sens radial et de contraction dans le sens orthoradial : c'est la force de marée. Les forces de liaison internes (EM) vont compenser partiellement cette contrainte, mais au fur et à mesure de la chute, elle ne fera qu'augmenter (et elle diverge lors de la singularité du trou noir), et donc la déformation de l'objet va s'amplifier jusqu'à la rupture. L'intensité des forces de marées au niveau de l'horizon dépend de la masse du trou noir : un même objet pourra être détruit par les forces de marée bien avant d'atteindre l'horizon pour un petit trou noir et bien après avoir atteint l'horizon pour un très gros.

m@ch3

[Deedee81]

D'accord niveau pédagogique.
Donc dans ce cadre, j'ai entendu dire que si on entre sous l'horizon, tenter de "reculer" revient à accélérer et donc de tomber encore plus vite vers la singularité.
Essayer de retirer le bâton ne risquerait-il pas de l'enfoncer encore plus vite ?
Il faudrait le pousser pour le maintenir en place ... ?

Non pour le dernier point Mais ce qui précède : ha que très bonne question. Je ne sais pas, même si intuitivement je dirais oui (avec une très faible différence sur le résultat). Mais tout est contre-intuitif avec les TN. J'ai peur de dire une co...rie. Quand on pense que la force centrifuge est inversée (et nulle sur la dernière orbite, instable, des photons) !!!!! Y a rien de simple avec ces gros animaux tout noir. Qui se lance dans les calculs ?

[mach3]

Donc dans ce cadre, j'ai entendu dire que si on entre sous l'horizon, tenter de "reculer" revient à accélérer et donc de tomber encore plus vite vers la singularité.
Essayer de retirer le bâton ne risquerait-il pas de l'enfoncer encore plus vite ?

Pour objet qui passe sous l'horizon, oui, il vaut mieux (quoique cela se discute, on peut vouloir abréger les souffrances...) rester en chute libre (suivre la géodésique), car ce sera le chemin le plus long possible (qui dure le plus longtemps, en terme de durée propre, donc mesurée effectivement par l'objet qui chute) entre l'horizon et la singularité, tout autre chemin (accélération, peu importe le sens) sera plus court. Dire "tomber encore plus vite" dans ce cas est cependant délicat, car sous l'horizon, on ne tombe plus vers un lieu, on évolue vers une époque, et la durée propre avant d'atteindre cette époque dépend du mouvement (chute libre ou non notamment).

Pour un objet étendu, qui s'étendrait de l'extérieur à sous l'horizon il y a des points délicats. A noter que ma réflexion se déroule en même-temps que j'écris.
D'abord, celui qui, de l'extérieur, tient le bâton, ne voit jamais le bâton passer l'horizon (à moins de passer l'horizon lui-même). Imaginons que je me maintiennent à une altitude constante et que je laisse le bâton descendre librement (je ne le retiens pas), je vais juste voir son extrémité rougir puis noircir, car le redshift gravitationnel divergera au niveau de l'horizon (il se peut que je le voie se briser avant, mais ce n'est pas obligé tout dépend du trou noir et de l'intensité de ses forces de marée). Autre effet, si je retiens le bâton pendant qu'il descend, c'est-à-dire que je ne le laisse pas effectuer une chute libre (par exemple je le descends tout doucement), il va certainement casser avant d'atteindre l'horizon : l'accélération (propre) subie par un corps qui n'est pas en chute libre peut augmenter beaucoup sur l'horizon (elle diverge pour l'immobilité), et il pourra donc y avoir une altitude (avant l'horizon) où l'extrémité du bâton subira une accélération tellement grande comparé à l'endroit du bâton que je retiens qu'il se brisera (c'est une manifestation des forces de marée, le bâton subit une contrainte tendant à l'allonger dans le sens radiale).
Il ne serait donc en fait pas possible de plonger un bâton vers l'horizon sans qu'il ne brise avant. La seule solution pour qu'il ne brise pas avant est de le laisser tomber en chute libre (il faut néanmoins que sa résistance soit suffisante ou que les forces de marées soient assez gentilles), en tout cas que sont mouvement soit assez proche de la chute libre pour que l'accélération propre n'atteigne pas des valeurs élevées. On peut imaginer un bâton assez long pour que, en terme un peu tirés par les cheveux, on puisse en saisir une des extrémités quand l'autre "serait déjà sous l'horizon", pour arrêter sa chute et le remonter pour voir ce qui est arrivé à cette autre extrémité : on aurait alors une rupture du bâton, car on arrêterait la chute libre d'une extrémité du bâton, l'information de cet arrêt se propagerait à la vitesse du son dans le bâton et au bout d'un moment, une partie suffisamment grande du bâton est devenue immobile et subit alors des forces de marées destructrices (et il peut même casser avant, car pendant que l'info se transmet, le bâton continue de s'allonger, et l'allongement à la rupture peut localement être dépassé).

Finalement, la réponse à la question initiale :

Je me demandais néanmoins ce qui se passerait si, une personne en orbite autour d'un trou noir, plongeait un long objet rigide dans un trou noir (par exemple un très long bâton) et tentait de le ressortir?

est : l'objet long et rigide casse nécessairement quelque part au-dessus de l'horizon si on le maintient immobile, peut casser quelque part au-dessus de l'horizon si on ne le retient pas (chute libre), fonction des propriétés mécanique de l'objet et de la masse du trou noir, et pourrait ne pas casser (si il ne casse pas en chute libre) si on s'arrange pour que son mouvement, sans être une chute libre, n'engendre pas d'accélérations propres susceptibles de le détruire, sachant que toute tentative de stopper ou remonter le bâton mènerait à une rupture (on passerait forcément par la case immobile).

m@ch3

[Tryss2]

en restant dans le cadre de la RG, sans ajouter d'ingrédients spéculatifs (sinon, il y a des centaines de réponses différentes à la question...), un objet peut rester cohérent sous l'horizon du moment qu'il résiste aux forces de marées.

Des particules non liées, initialement immobiles les unes par rapport aux autres et tombant dans un trou noir (ou sur n'importe quel astre d'ailleurs!) s'éloignent radialement et se rapprochent orthoradialement, à cause de la non-uniformité du champ (plus fort plus bas, plus faible plus haut, non parallèle à lui même en orthoradial à cause de la symétrie sphérique). Un objet fait de particules liées subira donc une contrainte d'allongement dans le sens radial et de contraction dans le sens orthoradial : c'est la force de marée. Les forces de liaison internes (EM) vont compenser partiellement cette contrainte, mais au fur et à mesure de la chute, elle ne fera qu'augmenter (et elle diverge lors de la singularité du trou noir), et donc la déformation de l'objet va s'amplifier jusqu'à la rupture. L'intensité des forces de marées au niveau de l'horizon dépend de la masse du trou noir : un même objet pourra être détruit par les forces de marée bien avant d'atteindre l'horizon pour un petit trou noir et bien après avoir atteint l'horizon pour un très gros.

m@ch3

Précisons donc :

On a une bille de fer pur de 1cm de rayon en rotation à 1 tour par seconde. Elle tombe dans un trou noir supermassif (donc forces de marée faible). Que se passe t'il sous l'horizon?

[mach3]

Précisons donc :

On a une bille de fer pur de 1cm de rayon en rotation à 1 tour par seconde. Elle tombe dans un trou noir supermassif (donc forces de marée faible). Que se passe t'il sous l'horizon?

Les forces de marée (que ce soit avant ou après l'horizon), vont, par déformations transitoires de la bille exercer un couple qui va modifier la rotation de la bille jusqu'à ce que l'axe soit colinéaire avec la direction radiale (ou alors qu'elle s'arrête de tourner) : les forces de marée vont tendre à allonger la bille radialement et l'écraser orthoradialement, elle prendra alors une forme ellipsoide oblongue, cela aura un impact sur le moment d'inertie et donc sur la rotation (l'axe de rotation doit s'aligner ou la rotation s'arrêter). A partir d'un certain moment après l'horizon, les forces de marée seront trop intenses et l'allongement à la rupture sera atteint, la bille (qui ressemblera d'ailleurs plus à un fil à ce moment là...) sera mise en pièce.

m@ch3

[JPL]

Bon on parle d’un bâton ou d’une bille parce que ça comment à aller bien loin de la question initiale. Il faut s’habituer aux règles de chacun de ces nouveaux sous-forums.

[likethat]

Les réponses de Deedee81 et mach3 me semblent aussi claires et complètes que possible au regard de l'état actuel des connaissance. Sujet traité en ce qui me concerne. Merci