[Seconde partie !]
./23>
Quand on est à la surface d'un astre (ou d'un corps quelconque), il faut atteindre une certaine vitesse de libération pour échapper à l'attraction gravitationnel du corps. Par exemple, pour échapper à la pesanteur terrestre, il faut atteindre 40 km/s (De mémoire, corrigez si je me trompe).
En diminuant le rayon de l'astre (et en gardant la masse constante), la vitesse de libération augmente. Si la vitesse de libération atteint 300000 km/s (c'est à dire la vitesse de la lumière), plus aucune particule ne peut s'échapper de la surface de l'astre, y compris les photons (c'est à dire la lumière) : l'astre est devenu un trou noir.
Le rayon critique à partir duquel la vitesse de libération est 300000km/s s'appelle le rayon de Schwartzchild ; pour la Terre il vaut à peu près 1 cm. Donc si on comprimait toute la Terre dans une bille d'un cm de rayon, elle deviendrait un trou noir. Bien sûr, on ne connaît aucun mécanisme capable de faire ça...
De mémoire moi aussi : 11.2 km/s à la surface de la Terre.
Il est à noter que l'interprétation en terme de vitesse de libération est une approche classique (par opposition à relativiste (et non par opposition à quantique ^^), donc je dirai newtonienne plutôt que classique), donc fausse, même si le calcul donne la même valeur (le fameux rayon de Schwarzschild).
Par définition, la vitesse de libération est la vitesse minimale pour qu'un objet ne retombe pas sur l'astre considéré en étant lancé dans la direction (ou plutôt le sens) opposé au centre de masse ; si sa vitesse est tout juste celle de libération, il atteindra une distance infinie avec une vitesse nulle (énergie mécanique nulle).
Donc, dans l'approche newtonienne, un électron (prendre un objet avec une masse permet de se représenter le phénomène plus facilement qu'avec un photon) partant de l'horizon des événement (là où la vitesse de libération vaut c) avec une vitesse juste inférieure à c retombera forcément, mais se sera tout de même éloigné du trou noir avant d'y retombé, donc pourra être détecté.
Un photon partant de l'horizon atteindrait l'infini (donc pourrait être détecté) avec une vitesse nulle (ce qui est d'ailleurs incompatible avec la constance de la vitesse de la lumière.
Dans l'approche relativiste, le trou noir 'attire' à lui l'espace-temps (il y a 'glissement' de la structure de l'espace-temps), avec une vitesse d'autant plus grande que l'on est proche de la singularité, l'espace-temps ayant la vitesse c au niveau de l'horizon des événements ; un photon a toujours la vitesse c, mais par rapport à l'espace-temps, donc vu de très loin, là où l'espace-temps n'est quasiment pas affecté par le glissement, le photon fait du sur-place, tout en ayant toujours la vitesse c.
D'ailleurs, si le trou noir est en rotation, il ne fait pas qu'attirer l'espace-temps, il l'entraîne également dans son mouvement de rotation, donc la force gravitationnelle n'est plus purement radiale (d'où l'avancée du périhélie de Mercure à cause de la rotation du Soleil ... enfin, je crois).
Pour réduire la Terre à l'état de trou noir, la compression n'est pas la seule méthode : on peut également créer un mini-trou noir qui serait immédiatement attiré au centre de la Terre, puis qui la 'mangerait' de l'intérieur, ne laissant plus qu'un trou noir de 1.8 cm de diamètre (je crois me souvenir que c'est cette valeur numérique).
Pour anecdote une bombe à hydrogène (celle-là même qui a besoin d'une bombe atomique comme allumette) utilise de l'eau lourde comme 'carburant' (eau dont les atomes d'hydrogène (un proton) sont remplacé par du deutérium (un proton et un neutron)), l'eau lourde se trouvant dans l'eau de mer.
Je ne sais plus quel physicien à calculé que si on utilisait toute l'eau lourde présente sur Terre pour faire une grosse bombe à hydrogène, la pression obtenue au centre lors de l'explosion serait telle qu'il se formerait un trou noir (forcément minuscule vu les masses mises en jeu).
./59>Ce ne sont plus des neutrons qui sont à l'intérieur du trou noir. D'ailleurs, ce qu'il y a à l'intérieur est indéterminé. Vu de l'extérieur, le trou noir est défini par un seul paramètre : sa masse (dans les modèles plus modernes, il y a aussi sa vitesse de rotation) . Le rayon du trou noir dépend uniquement de sa masse.
Pour ce qu'il y a à l'intérieur du trou noir, voir les types 4 et 5 décrits précédemments : on ne le sait pas, on ne le saura jamais, et on s'en moque.
Vu de l'extérieur, un trou n'a que 3 caractéristiques : sa masse, mon moment cinétique (vitesse de rotation, direction et sens de l'axe), et sa charge électrique ; en dehors de ces 3 paramètres, 'un trou noir n'a pas de cheveux' (citation célèbre de je ne sais plus quel physicien).
./59>Ca utilise des phénomènes quantiques. Pour simplifier : dans le vide quantique, il apparaît spontanément des couples particule/antiparticule de nulle part, qui disparaissent après un bref instant. Quand ce phénomène arrive près de l'horizon des évènements d'un trou noir, il peut arriver (coup de bol) que la particule tombe dans le trou noir, alors que l'antiparticule s'échappe (ou vice versa). Elles ne peuvent alors plus disparaître. Pour que la conservation d'énergie soit respectée, le trou noir pert un peu de masse, et de l'extérieur on a l'impression qu'il a émis une particule.
Ce phénomène de création/annihilation de paires particule/antiparticule s'appelle 'fluctuation quantique du vide'.
D'après l'inégalité d'Heisenberg, pour un système quantique donné, l'imprécision sur la position multipliée par celle sur l'impulsion doit être supérieure à 'h barre'/2 (avec 'h barre'=h/(2Pi), et h la constante de Planck).
Mais on a la même inégalité avec le produit de l'imprécion sur l'énergie par celle sur le temps.
Considérez une boîte vide, totalement dépourvue de particules : l'énergie y est strictement nulle (imprécision nulle), pour une durée infinie (imprécision nulle) également, donc l'inégalité n'est pas respectée.
Pour pallier ceci, des paires virtuelles particule/antiparticule font se créer puis s'annihiler : le vide fluctue.
La boîte n'aura plus strictement une énergie nulle, mais pourra par exemple avoir pendant un petit temps dt une énergie dE=1.022 MeV (cas d'une paire électron/positron sans vitesse), avec dt*dE>='h barre'/2.
La paire retournant au néant après le temps dt, elle n'est que virtuelle, les particules ne devenant réelle (et acquérant à ce moment là une certaine énergie) que si elle ne peuvent s'annihiler, ce qui est par exemple le cas si l'une d'elle se fait happer par un trou noir, mais pas l'autre.
D'ailleurs, si le trou noir est chargé, c'est la particule de signe opposé qui aura une plus forte probabilité d'être happée, le trou noir tendant à retrouver sa neutralité électrique (c'est d'ailleurs le cas de tout objet dans l'Univers).
Pour le moment cinétique, la particule qui tombe fait varier celle du trou noir, donc par conservation, l'autre particule, celle qui s'échappe, emporte la différence de moment cinétique.
./63>C'est comme pour notre ami le boson de Higgs
Ca n'a rien à voir avec les trous noirs, ça !
Et E=mc² ou pas (ou plutôt E=gamma*mc², avec gamma=1/racine(1-v²/c²)), ce n'est pas cette équivalence masse-énergie pourquoi l'électron a une masse au repos de 0.511 MeV (remarquez que j'utilise ici en fait une énergie, grâce à l'équivalence), et non de 0.42 MeV ou toute autre valeur fantaisiste.
Personne n'a encore trouvé pourquoi les masses observées sont ce qu'elles sont, excepté peut-être la théorie de Higgs, et encore.
D'après cette théorie, il existe dans tout l'espace un champ, le 'champ de Higgs' (tout comme il existe le champ électro-magnétique).
En utilisant une analogie (qui n'est pas de moi), ce champ peut-être représenté par une pièce remplie de physiciens lors d'un cocktail.
Arrive alors dans cette pièce un prix Nobel (de Physique, forcément
), qui tente de se frayer un chemin jusqu'au buffet ; mais avec tous les physiciens dans la salle qui l'entourent et se pressent autour de lui pour avoir un autographe ou une explication de sa théorie, il a du mal à avancer : il a acquis une masse, qui est une concentration du champ de Higgs.
Et un autre prix Nobel aura plus ou moins de difficulté à aller au buffet selon sa notoriété, c'est-à-dire sa masse.
Maintenant, imaginez que, venant d'on ne sait où, arrive par la porte la rumeur selon laquelle un prix Nobel va arriver : les physiciens près de la porte ayant entendu cette rumeur vont se rassembler pour discuter entre eux de ce qu'ils vont bien pouvoir demander au prix Nobel, tandis que quelques physiciens à la périphérie de ce groupe, saisissant quelques brides de la conversation, vont faire se déplacer le centre de discussion.
Ainsi, alors même qu'il n'y a aucun prix Nobel dans la salle, on a une concentration en un point des physiciens, c'est-à-dire du champ de Higgs : un boson de Higgs vient de passer de l'état virtuel à l'état réel !
---)
c^2
Remarque sur l'équation E=gamma*mc² : m.c^2 v^2
E = gamma.m.c^2 = --------------- = m.c^2.(1 - ---)^(-1/2)
v^2 c^2
racine(1 - Si v<<c on a v^2<<c^2, d'où v^2/c^2<<1 : on peut faire un développement limité de la puissance -1/2 au premier ordre.
(1-x)^(-1/2) =~ 1-(-1/2)x = 1+x/2, avec x=v^2/c^2.
Donc E =~ m.c^2.(1+1/2.v^2/c^2) = m.c^2 + 1/2.m.v^2
Le premier terme est l'énergie au repos de la particule, le second est son énergie cinétique dans l'approximation newtonienne.
Allez hop, voilà, un bon gros pavé bien indigeste et inutile !
'Mais qui a commandé ça ?' (citation célèbre qui explique pourquoi les quarks s'appellent des quarks ^^).
@++
ti évidemment qu' en 2° année d'école d'ingé je connais ca, ce que je demande c une explication précise par qqn qui s'y connait genre éventuellement Hippo, pas une équation toute sèche qui sert à tout.
-
