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  • Questions sur les trous noirs et la matière noire

  • Vos questions sur les trous noirs et tous les mystères : univers parallèles, trous de vers, etc.
Vos questions sur les trous noirs et tous les mystères : univers parallèles, trous de vers, etc.
 #45549    par bongo
 lundi 20 août 2018 à 17:36
MIMATA a écrit :
  1. Il me semble que l'effet de Hawking joue sur le fait que la limite entre l'intérieur et l'extérieur d'un trou noir n'est pas parfaitement binaire, il y a une incertitude quand à la position exacte de la vrai limite et l'évaporation dont parle Hawking joue justement sur cette incertitude.
Ce n'est pas tout à fait lié à l'incertitude sur l'horizon des événements c'est un peu plus complexe :
https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89vap ... de_Hawking
La théorie quantique des champs (c'est-à-dire les lois de la mécanique quantique appliquée dans le cadre de la relativité restreinte) explique l'existence des fluctuations du vide : des paires particule-antiparticule sont en permanence générées par le vide. Des effets de ces fluctuations du vide peuvent être mis en évidence par divers phénomènes, comme l'effet Casimir en physique des particules, ou le déplacement de Lamb dans le spectre des niveaux d'énergie d'un électron dans un atome d'hydrogène.

De façon générale, ces paires de particules-antiparticules s'annihilent aussitôt, sauf si un phénomène physique permet de les séparer les unes des autres en un temps inférieur à la durée de vie typique de la paire. Dans le cas de l'effet Hawking, à l'horizon d'un trou noir, les forces de marée générées par le champ gravitationnel du trou noir peuvent éloigner la particule de son antiparticule, avant qu'elles ne s'annihilent. L'une est absorbée par le trou noir, tandis que l'autre (la particule émise) s'en éloigne dans un sens opposé. De façon heuristique, l'énergie de la paire particule anti-particule, mesurée par un observateur situé loin du trou noir est négative, du fait que les deux particules sont piégées dans le puits de potentiel du trou noir. De façon schématique, il est possible que la répartition d'énergie au sein de la paire particule anti-particule donne à l'une des deux une énergie qui serait considérée comme positive par un observateur distant, c'est-à-dire lui permettant de s'échapper de son champ gravitationnel. Dans un tel cas, l'absorption de l'autre particule peut être vue comme l'absorption d'une particule d'énergie négative, produisant une diminution de sa masse.

L'évaporation est proportionnelle à la force de marée générée par le trou noir. La force de marée est d'autant plus grande que le trou noir est petit, et donc léger. L'évaporation ayant pour effet de diminuer la masse et la taille du trou noir, le processus est divergent et l'évaporation - très lente au début - s'accélère de plus en plus. L'énergie des particules émises augmente avec la température du trou noir. En dessous d'une température limite, l'émission ne se fait qu'avec des particules de masse nulle comme les photons ou les gravitons et éventuellement les neutrinos. Au-dessus, l'émission de tous types de particules est possible, quoique ce régime ne concerne que la toute fin de l'évolution des trous noirs. Pendant la plus grande partie de leur existence, ceux-ci rayonnent des particules sans masse (voir ci-dessous).
 #45552    par MIMATA
 lundi 20 août 2018 à 18:29
@bongo, Il y a quand même quelque chose que je ne comprends pas dans cette théorie. D'après ce que je lis de la citation que tu mets, il s'agit en fait de "paires particule-antiparticule [qui] sont en permanence générées par le vide".
Wikipédia a écrit :De façon générale, ces paires de particules-antiparticules s'annihilent aussitôt, sauf si un phénomène physique permet de les séparer les unes des autres en un temps inférieur à la durée de vie typique de la paire. Dans le cas de l'effet Hawking, à l'horizon d'un trou noir, les forces de marée générées par le champ gravitationnel du trou noir peuvent éloigner la particule de son antiparticule, avant qu'elles ne s'annihilent. L'une est absorbée par le trou noir, tandis que l'autre (la particule émise) s'en éloigne dans un sens opposé.
On ne parle donc pas vraiment de matière/particules qui font partie du trou noir mais de matière/particules générées par le vide à l'horizon des événements d'un trou noir.
Il y a donc plusieurs cas possibles :
  1. La paire particule-antiparticule est générée à la limite extérieure et une particule ou une antiparticule est absorbée par le trou noir
  2. La paire particule-antiparticule est générée à la limite intérieure et une particule ou une antiparticule est émise par le trou noir
Dans les 2 cas et si l'on parle bien de trous noirs fait de matière et non d'antimatière :
  1. S'il s'agit de la particule qui est absorbée par le trou noir, la masse du trou noir devrait augmenter mais l'antiparticule à l'extérieur devrait s'annihiler au contact d'une particule présente autour du trou noir, supprimant de la masse à l'extérieur du trou noir.
  2. Si c'est une antiparticule qui est absorbée, elle devrait s'annihiler au contact d'une particule dans le trou noir et donc la masse du trou noir devrait diminuer, en revanche, la masse présente à l'extérieur du trou noir devrait augmenter.
Si on considère que les probabilités d’occurrence de chaque cas soient de 50/50, le bilan est nul... :thinking:
Dans tous les cas, il ne s'agit pas vraiment de la matière du trou noir mais de particules issues de l'énergie du vide.
Où est l'erreur dans mon raisonnement ? :confused:
 #45566    par bongo
 mardi 21 août 2018 à 09:42
MIMATA a écrit :D'après ce que je lis de la citation que tu mets, il s'agit en fait de "paires particule-antiparticule [qui] sont en permanence générées par le vide".
Oui en effet, on dit que le trou noir polarise le vide, comme un électron peut polariser le vide en électrodynamique quantique.
MIMATA a écrit :On ne parle donc pas vraiment de matière/particules qui font partie du trou noir mais de matière/particules générées par le vide à l'horizon des événements d'un trou noir.
Oui formellement aucune particule ne franchit l'horizon dans le sens interdit par la théorie d'Einstein.
MIMATA a écrit :Il y a donc plusieurs cas possibles :
  1. La paire particule-antiparticule est générée à la limite extérieure et une particule ou une antiparticule est absorbée par le trou noir
  2. La paire particule-antiparticule est générée à la limite intérieure et une particule ou une antiparticule est émise par le trou noir
Si c'est créé à l'intérieur de l'horizon aucune des deux ne sort.
MIMATA a écrit :Dans les 2 cas et si l'on parle bien de trous noirs fait de matière et non d'antimatière :
  1. S'il s'agit de la particule qui est absorbée par le trou noir, la masse du trou noir devrait augmenter mais l'antiparticule à l'extérieur devrait s'annihiler au contact d'une particule présente autour du trou noir, supprimant de la masse à l'extérieur du trou noir.
  2. Si c'est une antiparticule qui est absorbée, elle devrait s'annihiler au contact d'une particule dans le trou noir et donc la masse du trou noir devrait diminuer, en revanche, la masse présente à l'extérieur du trou noir devrait augmenter.
Si on considère que les probabilités d’occurrence de chaque cas soient de 50/50, le bilan est nul... :thinking:
Dans tous les cas, il ne s'agit pas vraiment de la matière du trou noir mais de particules issues de l'énergie du vide.
Où est l'erreur dans mon raisonnement ? :confused:
Alors... le souci est que la paire de particule antiparticule créée est virtuelle, elle emprunte de l'énergie au vide, et doit la rembourser rapidement (s'annihiler) pour ne pas être observable.
Donc dans le cas où la particule quitte l'horizon, et l'antiparticule est absorbée par le trou noir, l'anti particule en tombant dans le champ du trou noir extrait l'énergie potentielle de gravitation pour devenir réel et s'annihiler avec une particule dans le trou noir, de sorte que l'énergie empruntée au vide est remboursée, et l'énergie supplémentaire est transportée par la particule qui quitte l'horizon.
Le bilan est : une particule disparaît du trou noir pour se retrouver en dehors. Le trou noir s'est évaporé sans franchir l'horizon.

Dans le second cas, si c'est une antiparticule qui quitte l'horizon, la particule virtuelle tombe dans le trou noir, et ne trouve pas sa contrepartie pour s'annihiler... du coup l'opération n'est pas réalisable et donc n'est pas possible (il faut avoir en tête une sorte d'intégrale de chemin de Feynman, où plusieurs chemins sont explorés en même temps, seuls ceux qui sont possibles se réaliseraient). C'est comme ça que je comprends, mais je n'ai pas fait les calculs en détail.
 #45574    par MIMATA
 mardi 21 août 2018 à 14:29
bongo a écrit :du coup l'opération n'est pas réalisable et donc n'est pas possible
et donc ça n'arrive pas et donc, on n'a plus du 50/50 :thinking: mouais....un peu facile je trouve...ça voudrait dire que l'apparition des particules virtuelles anticipe le fait que ce ne sera pas possible...un peu comme si l'effet précédait la cause.

Quand on parle de "particules", on parle de quoi exactement ? Elles ont une masse ? Elles ont un équivalent dans le monde réel ?
 #45577    par bongo
 mardi 21 août 2018 à 16:15
MIMATA a écrit :
bongo a écrit :du coup l'opération n'est pas réalisable et donc n'est pas possible
et donc ça n'arrive pas et donc, on n'a plus du 50/50 :thinking: mouais....un peu facile je trouve...ça voudrait dire que l'apparition des particules virtuelles anticipe le fait que ce ne sera pas possible...un peu comme si l'effet précédait la cause.
Oui c'est exactement ça, comme si la particule savait à l'avance que ça ne se réalise pas et donc n'est pas émise. Mais la mécanique quantique est un peu bourrée de ce genre de chose. On peut citer par exemple l'expérience de choix retardée, ou de gomme quantique.

D'un autre côté en mécanique classique, on a un peu ça... dans l'expérience de réfraction, le photon passe par le chemin... qui lui prend le moins de temps... comme s'il savait à l'avance où il devait arriver et il prend le chemin qui prend le moins de temps (ce qui n'est pas forcément le chemin le plus court géographiquement).
MIMATA a écrit :Quand on parle de "particules", on parle de quoi exactement ? Elles ont une masse ? Elles ont un équivalent dans le monde réel ?
Ce sont exactement les mêmes que des particules réelles...

Par exemple, prenons un électron... bah c'est une particule de masse 9.109 e-31 kg, de charge 1.602e-19 C, de moment cinétique hbar/2.

Bon dans son environnement immédiat, il y a une paire d'électron positron virtuel de créé... et bien... si le positron rencontre le premier électron, il s'annihilent, et l'électron virtuel de fait... devient l'électron réel de départ. (un peu comme dans le film Air Force One, où le 747 voit le président en partir et c'est le Hercule C-130 qui transporte le président qui devient Air Force One).
 #45578    par MIMATA
 mardi 21 août 2018 à 16:19
Mais quel type de particules est-ce ?

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