Chute libre vers/dans un trou noir

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Hitman458
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Chute libre vers/dans un trou noir

Message par Hitman458 » 06 février 2019, 21:58

Hello,

Pour faire suite à mon post sur la centrale inertielle, je me suis posés des questions sur ce à quoi ressemblerait une chute libre vers/dans un trou noir, et les conséquences que ça aurait sur notre compréhension de l'Univers.

Je précise que j'ai un background scientifique BAC-S et classe prépa, et qu'au delà de ça, je n'ai jamais eu la chance de parler avec des gens, des profs, ou des scientifiques qui pourraient m’expliquer car je n'ai pas du tout fait ce types de filières (cosmologie, relativité, etc) pendant mes études. Donc je vais sans doute dire des conneries.

Donc voilà, si j'étais en chute libre vers un trou noir, que se passerait-il ?

Je ne constaterais rien d'anormal, mon temps propre et mon référentiel inertiel restent mon temps propre et mon référentiel inertiel.
Je ne constaterais pas que ma montre ralentit.
Je ne constaterais pas que les dimensions de mon corps s'allongent* (la règle s'allongeant en même temps que moi).
En approchant du trou noir, j'imagine que mes molécules pourraient se désintégrer si la force de gravitation devient plus intense que la force électromagnétique qui maintient mes molécules ensembles.

En revanche un observateur extérieur me verrait ralentir en approchant de l'horizon des événements.
Un observateur extérieur verrait que mes dimensions se sont allongées.

*En approchant du trou noir, il se pourrait que les différentes parties de mon corps ne soient plus dans le même référentiel inertiel, c'est à dire que mon pied pourrait être 50x plus grand que mon cœur, et que le temps s'écoule plus lentement dans mon pied que dans mon cœur.
Les pulsations de mon cœur seraient désynchronisées par rapport aux pulsations sanguines dans mon pied.
Au mieux, je crève d'un problème de pression artériel ou d’arythmie cardiaque.

Disons qu'on veuille envoyer une sonde à la place, ça se vouerait à l'échec aussi, car les oscillateurs des circuits intégrés ne battraient plus de manières synchronisées et les puces ne pourraient plus communiquer via les BUS si les différents circuit de la carte sont dans des référentiels inertiels différents, avec des temps propres différents.

Imaginons qu'on fasse abstraction de ces problèmes (et des autres problèmes),.... car je risque aussi de me faire irradier par des rayons gamma, avoir un cancer, et de me faire déchiqueter par un jet de matière qui traverse mon corps à des vitesses relativistes en orbitant autour du trou noir....

Les observateurs extérieurs me verraient ralentir et m'allonger. Donc je les verrais accélérer et rétrécir.
Je m'attend à ce que l'horizon des éventements ne soit pas une frontière matériel palpable, c'est juste une frontière à partir de laquelle les observateurs extérieurs (ou leur arrière arrière arrière petits enfants ne me verront plus).

A ce stade, j'entre en chute libre dans le trou noir.
L'observateur extérieur ne me verra plus mais je continuerai de le voir.
Je continuerai de voir l'observateur, accélérer et rétrécir. Je pourrais aussi voir les autres étoiles en dehors du trou noir et mes mesures sur leur positions me monteraient que les étoiles s'éloignent et que leur éloignement s'accélère.
J'aurai l'impression que "l'univers" dans lequel je me trouve est en expansion accélérée.

D'où mes questions, est-ce que notre perception de "l'univers en expansion accéléré" n'est pas assimilable à une chute libre vers/dans un trou noir ?
Est-ce que notre univers possède un (ou plusieurs) horizon des événements ?

Il me semble que les physiciens ne comprennent pas la singularité à l'intérieur d'un trou noir car il n'y pas encore de "théorie du tout" pour expliquer la gravitation à l’échelle quantique.

Si les dimensions s'allongent et si le temps ralentit quand nous sommes en chute libre dans un trou noir, alors je ne comprend pas pourquoi il devrait y a voir une singularité à l'intérieur d'un trou noir, c'est à dire un point unique ou fini fatalement toute la matière concentrée.
Au contraire, la matière aspirée devrait se disperser, de plus en plus loin et de plus en plus vite (expansion accélérée) à l'intérieur du trou noir.

Du coup, une série d'autres questions :
Pour définir la taille d'un trou noir, en mesurant sa circonférence P et mesurant son rayon R, vais-je quand même trouver P = 2 Pi R ?
La mesure de R ne seraient pas faite dans le même référentiel inertiel que la mesure de P, on pourrait trouver que R soit immensément plus grand que P ?

Dans ce cas, une autre série de questions :
Est-ce qu'un trou noir est bien plus grand à l'intérieur qu'à l’extérieur ? (TARDIS)
Est-ce que à l’intérieur d'un jeune trou noir, j'y trouverai une étoile ?
Est-ce que à l'intérieur d'un vieux trou noir je pourrai trouver un système solaire ou une galaxie ?
Est-ce que à l'intérieur d'un super vieux trou noir, je pourrai trouver un amas de galaxie ?

En revenant sur Terre,
Que pouvons-nous supposer sur l’existence d'un ou plusieurs horizons des événements de l'Univers :
1. Sans savoir si l'Univers est de taille finie et de masse finie (dans le sens où il existe des coordonnées de l'univers à partir desquelles on ne trouve plus de matière ou d'énergie)
2. ou sans savoir si notre Univers est de taille infinie et de masse infinie,
3. ou sans savoir si notre Univers est de taille "infinie" et de masse fine, c'est à dire courbé sur lui même, comme la surface du sphère, on peut en faire le tour sans jamais être arrêté par une une frontière, on peut revenir à son point de départ en se déplaçant en "ligne droite sur une géodésique courbe"


Dans le cas 1, je m'attend à ce qu'on puisse calculer son "rayon de Schwarzschild" (oui c'est faux, mais je veux dire un horizon des éventements). ça serait intéressant de voir si le rayon de l’horizon des événements est plus grand ou plus petit que le taille de l'Univers.
On pourrait calculer des rayons des événements locaux (locaux = amas de galaxies, super amas), ça serait intéressant de voir si il est possible que amas de galaxies ou des supers amas nous soient totalement invisibles car ils se retrouvent cachés derrière un horizon des événements.

En conclusion,
Il existerait des zones de l'Univers totalement invisibles car cachées derrière un horizon des événements mais dont l’influence gravitationnelle serait bel est bien mesurable (telle la matière noire).
La mesure d'un Univers en expansion accélérée ne serait qu'une conséquence d'une chute libre dans une zone de l'univers suffisamment dense pour quelle soit cachée derrière un horizon des événements.

Autre chose,
Depuis mon trou noir, j'observe le système solaire à l'extérieur, dans mon temps propre je vois la Terre faire le tour du soleil en 1 seconde par exemple.
Je devrais voir un énorme décalage vers le bleu du spectre lumineux du Soleil.
Je mesure la luminosité d'une Supernova de type Ia, dans mon temps propre je mesure une énérgie-luminosité sur 1 seconde, ce qui correspond par exemple à 25 ans d'émission de lumière dans le temps propre de la supernova. Ma supernova devrait être beaucoup trop brillante par rapport à la valeur attendue et serait décalée vers le bleu ?
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Re: Chute libre vers/dans un trou noir

Message par Rothor » 08 février 2019, 20:04

Waouh ! Ça cogite la dessous :) Tout ce que tu dis correspond peu ou prou à ce que j'ai compris de la relativité générale. J'ai juste un point à développer.
Il me semble que les physiciens ne comprennent pas la singularité à l'intérieur d'un trou noir car il n'y pas encore de "théorie du tout" pour expliquer la gravitation à l’échelle quantique.
Une singularité, en physique, c'est en effet suspect. Ce que ça signifie généralement, c'est que le modèle n'est pas applicable au voisinage de cette singularité. La raison est assez simple : Un modèle (ou une théorie) physique est une simplification du réelle. Pour le construire, on fait des hypothèses. Et ces hypothèses doivent être conformes aux conditions physiques que l'on veut modéliser. Dans le cas de la relativité générale, on est sur un modèle qui ne prend en compte que la gravité et uniquement la gravité. Toutes les autres forces sont ignorées. La RG, c'est une théorie de la gravitation et uniquement de la gravitation. Quand on est loin d'un trou noir, la RG ca marche super bien. Mais plus on s'en approche moins ca marche, car les autres forces ont de plus en plus d'impact, et arrive un moment où on ne peut plus les négliger. Au lieu de dire que les physiciens ne comprennent pas la singularité d'un trou noir, je dirais plutôt qu'ils savent que ce n'est pas une bonne description et que ça ne correspond pas à la réalité physique. Pour l'expliquer, il est nécessaire de construire une théorie qui prend en compte la gravité et l'ensemble des autres forces. C'est ce qu'on appelle une théorie du tout, et ça n'existe pas encore...

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Re: Chute libre vers/dans un trou noir

Message par Hitman458 » 11 février 2019, 22:12

Merci Rothor pour cette précision sur la singularité, c'est mieux expliqué comme ça.

Du coup, ce phénomène d'expansion accélérée, je ne sais pas si c'est une connerie ou si ça a du sens.

Je me demande aussi,
si l'univers a bien une date d'origine (le big bang) et que l'apparition de la matière était plus ou moins homogène (à peu de chose près) alors l'Univers devait être presque "plat" dans ses premiers instants (je sous entends par "plat" = "pas trop déformé").

Toute cette masse créée a commencé à déformer l'Univers, la déformation se propage à la vitesse de la lumière. Chaque particule de matière crée sa propre déformation qui se propage dans l'univers.
En un point donné, "la somme des déformations" s'amplifie avec le temps au fur et à mesure que la déformation engendrée par les particules lointaines atteigne le fameux point donné.

Donc le point donné devient de plus en plus courbé.
De manière générale, l'univers se courbe de plus en plus, ce qui pourrait aussi donner l'impression d'un univers en expansion accélérée.
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Re: Chute libre vers/dans un trou noir

Message par Rothor » 14 février 2019, 14:00

Concernant ton interprétation de l'expansion de l'univers, j'ai pas vraiment d'avis. Par contre, pour ce qui est du Big Bang comme origine de l'univers, il s'agit d'une vision qui a fait son temps mais qui est maintenant à mon avis plutôt obsolète. Le Big Bang, c'est la singularité à l'échelle de l'univers. On ne sait pas trop ce que c'est. Les physiciens sont capable de remonter dans le temps jusqu'à ce qu'on appelle le mur de Planck, mais au-delà, il n'y a pas de théorie permettant de décrire l'univers. Ce qui s'est passé avant le mur de Planck, les physiciens n'est savent rien. Certains parlent de Grand rebond (Un univers se serait effondré et aurait rebondis sur lui même pour donner notre univers). Mais là, on est sur des spéculations métaphysiques sans aucune preuve scientifique.

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Re: Chute libre vers/dans un trou noir

Message par anonikies » 14 février 2019, 16:19

Salut.

Je n'ai pas fait d'étude donc moi aussi je vais dire des âneries. Mais com' tout le monde j'ai le droit de me poser des questions et j'aime partager quand ça me questionne ^^

Chute libre et trou noir ne me semble pas compatible. Dans ma représentation le trou noir est une sphère ultra compact et la chute libre de la Gravité. Donc je verrais plus un rouleau compresseur qui nous aplatirait sur sa surface (de façon sphérique et non torique) De même, sur le plan relativiste, il ne peut y avoir de date de début vu que le temps n'existe pas et le big bang n'est que théorique par extrapolation mathématique que la physique quantique ne valide pas en de ça du Mur de Planck. Pour illustrer, nous voyons passer un astéroïde en ligne droite, nous pouvons extrapoler sa provenance et sa destination sur les deux infinis de façon mathématique. Mais l'extrapolation restera linéaire et ne prendra pas en compte l'hypothétique traversée d'un espace courbe en un point quelconque par exemple etqui serait créée par une masse que nous ne voyons plus (ou pas encore car croisée en dehors de notre perception) et qui invaliderait le modèle mathématique utilisé pour l'extrapolation linéaire (car pas assez d'éléments). Le calcul ne serait pas faux mais il ne décrirait pas la réalité. Pour le big bang c'est la même avec "deux horizons des évènements sur l'infiniment grand à 13 Milliards d'années Lumière et l'infiniment petit, le mur de Planck). Du coup, côté raisonnement c'est casse gueule à tous les niveaux.

Comment imaginer les interactions dans un trou noir. Le côté "admettons" n'aide en rien à la réflexion voir la travestie. Avant d'arriver à proximité d'un trou noir il va se passer des choses (effet de marée, température,, ...) qui ne permettent même pas d'imaginer dans quel état de matière ou d'énergie le bouzin va arriver sur l'horizon des évènements. J'ai souvenir d'un reportage où les observateurs scrutaient l'arrivée d'un nuage de gaz à proximité d'un trou noir (je crois que c'était sur Sagittarius A*). Tous se réjouissant de pouvoir observer la prochaine absorption de ce gaz par le Monstre et de constater que ... Le nuage a continué sa route selon son inertie initiale sans être gobé. Et de là à se projeter sur ce qui pourrait se passer à l'intérieur. A moins de s'appeler D. Elbaz ou C. Galfard ça reste une sacré gymnastique d'esprit. De façon rationnelle et scientifique c'est déjà tellement aléatoire.

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Re: Chute libre vers/dans un trou noir

Message par Hitman458 » 23 février 2019, 14:03

anonikies a écrit :
14 février 2019, 16:19
Dans ma représentation le trou noir est une sphère ultra compact et la chute libre de la Gravité. Donc je verrais plus un rouleau compresseur qui nous aplatirait sur sa surface (de façon sphérique et non torique)
Oui, sans trop comprendre la dilatation de l'espace et du temps dans un trous noir, peut être qu' il y a bien une sphère ultra compacte sur laquelle on viendrait s’aplatir. Ca serait la "limite palpable" d'un trou noir et je pense que la rayon de cette sphère peut être bien inférieur au rayon de l'horizon des événements qui lui n'est pas une "limite palpable" mais juste une frontière mathématiques. Quelle serait notre perception de l'Univers entre l'horizon des événements et cette limite palpable ?
anonikies a écrit :
14 février 2019, 16:19
Mais l'extrapolation restera linéaire et ne prendra pas en compte l'hypothétique traversée d'un espace courbe en un point quelconque par exemple et qui serait créée par une masse que nous ne voyons plus (ou pas encore car croisée en dehors de notre perception)

C'est intéressant. J'ai passé quelques jours a essayer de coder en C une simulation de la gravité dans l'univers et je fait face à ce genre de problème.

D'abord j'ai bêtement simulé Newton, la gravité se propage instantanément et la vitesse de la lumière n'est pas une limite infranchissable.
En général, toutes mes étoiles finissent en big crunch, ou presque. Tous mes astres fusionnent en un point unique, une petite minorité se retrouve éjectée à des vitesses colossales. Impossible que l'Univers soit en expansion accélérée. Les astres ayant atteint la vitesse de libération se retrouvent sur une trajectoire hyperbolique.

Ensuite j'ai essayé de propager la gravité à la vitesse de la lumière. Les premières itérations de la simulation me montrent que les points les plus dense s’agglutinent et forment des grumeaux.
En revanche, ça me bouffe tellement de CPU et de RAM que je n'ai pas les moyen d'aller plus loin.
Cette modélisation utilise un espace euclidien et la vitesse de la lumière n'est toujours pas une limite infranchissable.
La modélisation ne tient pas compte de la dilatation du temps et de l'espace vis à vis de la masse des objets, et des vitesses relatives, ça serait un point à implémenter dans l'algorithme, mais je n'ai aucune idée de comment faire.

J'essayai de voir l'effet de la "propagation de la gravité à la vitesse de la lumière" sur la période de révolution des étoiles autour du centre galactique.
Les étoiles loins du centre se déplacent plus vites que ce que Newton prédit. Par contre vu la taille d'une galaxie, on peut en conclure que les galaxies sont des objets relativistes, on ne peut pas utiliser Newton pour comprendre la période de révolution des étoiles loins du centre galactique.
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