Astronomie

Les trous noirs sont-ils vraiment des singularités ?

Les trous noirs sont-ils vraiment des singularités ?


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Les trous noirs ne peuvent-ils pas simplement être des objets super denses ? Ils pourraient toujours être noirs (avoir la couleur du noir n'a jamais vraiment exigé une physique spéciale, après tout) et avoir un champ gravitationnel très fort. Si nous soupçonnons qu'il absorbe réellement la lumière en raison de sa gravité, il est possible qu'il y ait une gravité suffisamment forte pour capturer la lumière, ne laissant aucune rayonner lorsque la matière tombe dans cet objet.

J'ai juste du mal à accepter que tout puisse exister avec une propriété infiniment grande car cela conduirait à une masse infiniment grande conduisant à des forces infiniment grandes… qui détruiraient simplement l'univers infiniment vite, n'est-ce pas ? Je pense donc qu'un objet supermassif peut tout aussi bien être un dur à cuire sans avoir à être une singularité.


Cette réponse est dans une certaine mesure fondée sur l'opinion. Je partage votre scepticisme quant à l'existence de singularités mathématiques strictes comme le prédirait la Relativité Générale. Ceci est principalement dû au fait que l'hypothèse d'une stricte singularité ignore la théorie quantique. Une approche pour surmonter la singularité est un Gravastar. Connexe est une star de Planck. Les deux approches tentent de surmonter les paradoxes proches de la singularité. Une réponse complète pourrait éventuellement être fournie par une gravité quantique encore à définir.

Une autre difficulté pour les « vrais » trous noirs est la rotation. Il ne faut pas s'attendre à ce que la solution de Schwarzschild se produise dans les trous noirs du monde réel.

Au lieu de cela, une solution Kerr (ou pourrait être une métrique Kerr-Newman) se rapprochera des objets astronomiques réels, incluant donc au moins une rotation, et pourrait être une charge électrique résiduelle.

Une particule sans masse voyageant à la vitesse de la lumière produit une énergie indéfinie selon la relativité restreinte. La nature ouvre une physique dédiée aux particules sans masse en leur permettant de prendre n'importe quelle énergie pour résoudre cette plage indéfinie. De la même manière, la nature pourrait ouvrir un nouveau type de physique à l'intérieur des trous noirs pour résoudre le paradoxe entre la relativité générale et la théorie quantique.


Qu'est-ce qu'une singularité ?

Une singularité est un point de l'univers où la matière est infiniment dense. La singularité est au centre du trou noir, et se cache souvent derrière un horizon événementiel. Donc, fondamentalement, une singularité est un point dans l'espace où beaucoup de matière est comprimée dans un très petit espace. Quand tu as une singularité matière ne va pas à l'infini. Densité est ce qui va à l'infini. La densité et la matière sont des choses différentes.

Une singularité est souvent créée dans une explosion de supernova. Une supernova est l'endroit où une étoile est causée lorsqu'il y a tellement de matière au centre d'une étoile (à la fin de sa vie) que l'étoile ne peut pas supporter sa propre force gravitationnelle, et elle s'effondre sur elle-même et explose.

La deuxième façon dont une supernova peut se produire est dans un système d'étoiles binaires - où s'il y a un nain blanc, elle vole de la matière à l'autre étoile et finit par accumuler tellement de matière qu'elle explose.

Une singularité est causée par les grandes étoiles, pas les petites. Les petites étoiles qui explosent dans une supernova créent ce qu'on appelle des étoiles à neutrons.

Alors, qu'est-ce qu'un trou noir ?

Un trou noir est une zone de l'espace avec un champ gravitationnel si fort que même la lumière ne peut s'échapper. Les trous noirs n'ont pas la couleur noire, ils n'ont pas de couleur car nous ne pouvons voir aucune lumière en revenir. Donc non, la lumière n'est pas absorbée. Les trous noirs peuvent également finir par se dissiper, en raison d'un mécanisme appelé Rayonnement de Hawking

Il existe plusieurs types de trous noirs, notamment :

  • Trous noirs supermassifs (souvent trouvés au centre des galaxies)

  • Des trous noirs stellaires

  • Trous noirs primordiaux

  • Trou noir rotatif (Kerr)

Enfin, il y a 3 zones principales à l'intérieur d'un trou noir.

Ce diagramme peut nous montrer beaucoup de choses, par exemple, comment les trous noirs n'ont pas d'attraction gravitationnelle qui traverse tout l'univers.

Sur une note finale, nous pouvons déterminer la zone où même la lumière ne peut pas s'échapper en utilisant le Rayon de Schwarzschild. Vu que vous avez dit que cette réponse ne devrait pas inclure la relativité, je n'inclurai pas non plus de mathématiques. Le rayon de Schwarzschild, en résumé, est l'endroit où l'horizon des événements se trouve dans un trou noir.

Résumé

Désolé d'avoir fourni une réponse maladroitement longue, j'avais du mal à comprendre ce que vous ne compreniez pas, et je pensais que si j'expliquais une singularité - alors je vous aiderais sûrement, désolé si je viens de dire des choses que vous savez déjà. J'ai fourni quelques liens Wikipedia si vous voulez jeter un œil à certains des termes que j'ai laissés en italique. Vous voudrez peut-être aussi regarder thermodynamique des trous noirs


Je pense que vous partez du principe qu'il existe un moyen de stabiliser un objet extrêmement dense à l'intérieur de l'horizon des événements d'un trou noir. Dans le classique théorie de la relativité générale la singularité est inévitable. Une fois à l'intérieur d'un horizon des événements, un objet est obligé d'avancer et d'atteindre la singularité dans un temps fini, de la même manière que vous êtes obligé d'avancer dans le temps, que cela vous plaise ou non.

Il est donc impossible d'avoir quelque chose dans classique GR qui ressemble à un trou noir et a un horizon des événements, mais qui ne forme pas une sorte de singularité. Cependant, nous savons que la RG classique doit se décomposer à des échelles (quantiques) extrêmement petites, il est donc tout à fait possible que quelque chose arrive à empêcher les singularités dans une théorie quantique de la gravité.

On est donc parfaitement libre d'inventer une version de la Relativité Générale qui permet une sorte d'évitement d'une singularité. Mais il y a (au moins) deux exigences. (1) Il devrait expliquer toutes les autres choses que la RG classique explique parfaitement bien. (2) Cela devrait avoir des conséquences observables en dehors de l'horizon des événements, car sinon c'est du nombrilisme inutile (IMO).

NB : Les trous de ver et autres peuvent être possibles dans les trous noirs rotatifs (GR classiques), mais ma compréhension limitée est que ceux-ci se forment malgré la singularité (qui n'est plus un point). Autrement dit, la singularité est toujours là, mais la matière n'y finit pas forcément (mais va ailleurs !)

Ce que vous avez écrit sur la masse infinie, la force infinie, etc. est tout simplement faux. La masse d'un trou noir est bien définie, tout comme ses effets gravitationnels. Une masse finie résulte encore de la prise de l'intégrale d'une densité infinie sur un volume nul.


Il y a beaucoup de bonnes réponses à cela sur le plan physique, mais je ne vois pas celle-ci abordée, alors je vais donner une réponse brièvement.

J'ai juste du mal à accepter que tout puisse exister avec une propriété infiniment grande car cela conduirait à une masse infiniment grande conduisant à des forces infiniment grandes… qui détruiraient simplement l'univers infiniment vite, n'est-ce pas ?

Si les trous noirs ont des infinis, ce qui n'est possible que s'ils ont une singularité, alors ces infinis sont, par définition, infiniment petits et non infinis à n'importe quelle distance, même à une fraction de la distance d'un atome. Donc "détruisez l'univers par des forces infinies", bien sûr, si l'univers était plus petit qu'un atome, ou peut-être, à l'intérieur de l'horizon des événements où il ne pouvait rien faire d'autre que tomber vers la singularité, mais à n'importe quelle distance sûre et raisonnable, noir les trous ne sont pas dangereux et ne constituent pas une menace pour l'univers.

Donc je pense qu'un objet supermassif peut tout aussi bien être un dur à cuire sans avoir à être une singularité

et

Gravastars à la rescousse ! Juste ce dont j'avais besoin. Enfin, certains théoriciens qui ne sont pas à l'aise avec les objets infiniment méchants qui peuplent notre univers !

OK pour commencer, les lois de la physique sont ce qu'elles sont, et elles se moquent de ce que nous pensons. Quant aux choses « méchantes », c'est dans l'œil du spectateur.

Il y a 2000 ans, le "feu de l'enfer" était du magma sortant d'un volcan occasionnel et l'enfer était à l'intérieur de la terre. Aujourd'hui, l'intérieur de la Terre génère un champ magnétique qui nous protège et nous donne la tectonique des plaques, ce qui est vraiment utile pour les planètes porteuses de vie. L'intérieur de la Terre n'a pas changé, mais notre perception de celui-ci a énormément changé. Aujourd'hui, nous aimons l'intérieur de la Terre, mais il y a 2000 ans, les gens le craignaient.

Il y a 100 ans, tout le monde pensait que l'Univers était la Voie lactée et il y a 80 ans, ils pensaient que l'Univers était éternel, jusqu'à ce que ce maudit Hubble suggère que l'Univers avait un début et, eh bien, tant pis pour que les choses soient éternelles. Si Hubble avait dit que 300 ans plus tôt, il aurait été brûlé vif, cela ne fait aucun doute, avec une plaque indiquant « blasphémateur »

C'est le problème du point de vue. Ce n'est pas une image complète. Les trous noirs font un grand "boogie man", comme quelque chose qui mange tout et ne peut pas être échappé, mais ce n'est qu'une partie de la situation dans son ensemble.

Einstein lui-même a trouvé que les trous noirs étaient une idée déplaisante (il n'aimait pas trop la mécanique quantique non plus), alors Einstein a imaginé que l'Univers avait une loi physique qui empêchait les trous noirs de se former et cela pourrait même être le cas, mais honnêtement, quelle différence est-ce d'être lentement écrasé autour de l'horizon des événements sur une éternité vs rapidement écrasé dans la singularité ou tout ce qui se passe au centre. D'un certain point de vue, c'est à peu près la même chose.

Certaines théories sont allées jusqu'à suggérer que les trous noirs sont des lieux magiques avec des univers de bébés entiers à l'intérieur. Je trouve que la pensée est plus créative que la science, mais la vérité est que ce qui se passe à l'intérieur de l'horizon des événements reste à l'intérieur de l'horizon des événements et personne ne le sait.

Sur les trous noirs en général:

Ils sont très utiles. La formation de trous noirs, et l'effondrement gravitationnel et le rebond de l'effondrement, créent et distribuent des éléments lourds à travers la galaxie et dans l'effondrement qui crée un trou noir ou une étoile à neutrons, quelque chose comme 90% de la matière de l'étoile est soufflé , recyclé, si vous voulez, dans la galaxie et seulement 10 % environ, forme le noyau effondré.

Vous pouvez considérer le trou noir comme un vilain petit vestige de la mort d'une étoile, mais je trouve que le fait que les grandes étoiles recyclent et distribuent une grande partie de leur matière à travers la galaxie est très cool. Les trous noirs supermassifs aident également à la formation des galaxies, donc la simple vérité est que les trous noirs sont très utiles, même si vous ne voudriez pas en croiser un.


Maintenant, sur ce qui se passe à l'intérieur d'un trou noir, il y a déjà de bonnes réponses à cela et je ne veux pas faire cela trop longtemps, d'autant plus que je suis un profane, mais je trouve la spéculation de cette région exotique à l'intérieur de l'horizon des événements à être très amusant à penser.

Personnellement, je ne crois pas aux singularités. Je (PENSE), que la nature ondulatoire et de champ de la mécanique quantique et le fait que l'espace vide a des propriétés qui, par exemple, les paires particule antiparticule peuvent se former essentiellement à partir de rien (ce qui rend possible le rayonnement colporteur), je pense qu'il y a probablement une sorte d'espace exotique d'une singularité jamais totale.

Je ne pense pas qu'il y ait ce qu'on pourrait appeler un matériau physique à l'intérieur d'un trou noir. Je pense que les choses se comporteraient différemment que cela, plus comme la nature exotique d'un proton ou d'un électron que la nature physique d'une surface, mais ce ne sont que mes réflexions sur le sujet. Sans théorie quantique de la gravité, c'est un peu comme si un aveugle regardait une carte. Personne ne sait. (trop long?)


Il est courant de décrire une singularité comme un point de densité infinie, mais en réalité ils sont plus généraux que cela : ils sont une sorte de comportement pathologique dans la métrique de l'espace-temps. Que les singularités soient des phénomènes physiques réels ou qu'elles démontrent simplement le point auquel une théorie (dans ce cas la relativité générale) ne peut plus décrire la nature est un sujet de débat.

Le théorème de singularité de Penrose démontre que sous un certain ensemble d'hypothèses très raisonnables, l'effondrement gravitationnel d'un objet comme une étoile conduit inévitablement à une singularité. Notez bien que la preuve est d'incomplétude géodésique (c'est-à-dire que les lignes de temps d'un objet en chute libre se terminent brusquement). Ce n'est pas (nécessairement) la même chose que les singularités de courbure apparentes à «densité infinie» qui se produisent dans des solutions de trou noir idéalisées comme la métrique de Schwarzschild.


Je crois que les trous noirs sont des singularités dans le sens où la matière en elle, n'est pas définie pour avoir un emplacement significatif ou des vitesses connues. Je ne pense pas que cela signifie une singularité dans le sens d'avoir un rayon nul.


Les trous noirs sont-ils vraiment des singularités ? - Astronomie

Si au début de l'univers nous avions une singularité, cela signifie-t-il que chaque trou noir a le potentiel de créer un univers tel que nous le connaissons ?

Non. Une singularité est en réalité plus un concept mathématique qu'une entité physique. Il est vrai que les mathématiques décrivant à la fois les trous noirs et le Big Bang contiennent des singularités, mais elles ne sont pas liées. De plus, un trou noir ne pèse que quelques fois la masse de notre Soleil, ou dans le cas de ceux au centre des galaxies, quelques millions de Soleils. L'Univers est évidemment beaucoup plus massif.

Cette page a été mise à jour le 27 juin 2015.

A propos de l'auteur

Laura Spitler

Laura Spitler était une étudiante diplômée travaillant avec le professeur Jim Cordes. Après avoir obtenu son diplôme en 2013, elle a effectué une bourse postdoctorale à l'Institut Max Planck de Bonn, en Allemagne. Elle travaille sur une gamme de projets impliquant la variabilité temporelle des sources radio, y compris les pulsars, les naines blanches binaires et l'ETI. En particulier, elle s'intéresse à la construction d'instruments numériques et au développement de techniques de traitement du signal qui permettent d'identifier et de classer plus facilement les sources transitoires.


Tout trou noir contient-il une singularité ?

Dans l'univers réel, non les trous noirs contiennent des singularités. En général, les singularités sont le résultat mathématique non physique d'une théorie physique erronée. Lorsque les scientifiques parlent de singularités de trous noirs, ils parlent des erreurs qui apparaissent dans nos théories actuelles et non d'objets qui existent réellement. Lorsque les scientifiques et les non-scientifiques parlent des singularités comme si elles existaient réellement, ils affichent simplement leur ignorance.

Une singularité est un point de l'espace où se trouve une masse de densité infinie. Cela conduirait à un espace-temps avec une courbure infinie. La théorie de la relativité générale d'Einstein prédit l'existence de singularités dans les trous noirs, une théorie qui a remarquablement réussi à faire correspondre les résultats expérimentaux. Le problème est que les infinis n'existent jamais dans le monde réel. Chaque fois qu'un infini surgit d'une théorie, c'est simplement un signe que votre théorie est trop simple pour gérer les cas extrêmes.

Par exemple, considérons le modèle physique le plus simple qui décrit avec précision comment les ondes se déplacent sur une corde de guitare. Si vous conduisez une telle corde à sa fréquence de résonance, le modèle le plus simple prédit que la vibration de la corde augmentera de façon exponentielle avec le temps, même si vous la conduisez doucement. La chaîne fait réellement cela. jusqu'à un certain point. Le problème est que la fonction exponentielle approche rapidement l'infini. Le modèle prédit donc qu'une corde de guitare entraînée à sa fréquence de résonance vibrera, avec le temps, au-delà de la lune, des étoiles, jusqu'à l'infini, puis en arrière. La corde vibre-t-elle réellement à l'infini simplement parce que le modèle le dit ? Bien sûr que non. La corde claque longtemps avant de vibrer vers la lune. L'apparition de l'infini dans le modèle indique donc que le modèle a atteint ses limites. Le modèle simple des vagues sur une corde est correct tant que les vibrations sont faibles. Pour éviter l'infini dans les équations, vous devez construire une meilleure théorie. Pour les cordes de guitare vibrantes, il suffit d'ajouter au modèle une description du moment où les cordes de la guitare claquent.

Comme autre exemple, considérons un gobelet en verre fin. Si un chanteur chante une note à la bonne hauteur, le gobelet commence à trembler de plus en plus. Le modèle le plus simple prédirait qu'avec le temps, le gobelet tremblera à l'infini. Dans la vraie vie, cela n'arrive pas. Au lieu de cela, le chant fait éclater le gobelet lorsque le tremblement devient trop violent.

Chaque théorie scientifique a ses limites. Dans son domaine de validité, une bonne théorie correspond très bien aux résultats expérimentaux. Mais allez au-delà des limites d'une théorie, et elle commence à donner des prédictions qui sont inexactes ou même tout simplement absurdes. Les physiciens espèrent un jour développer une théorie de tout qui n'a pas de limites et qui soit exacte dans toutes les situations. Mais nous ne l'avons pas encore. Actuellement, les meilleures théories physiques sont la théorie quantique des champs et la relativité générale d'Einstein. La théorie quantique des champs décrit très précisément la physique de la taille de l'homme à la plus petite particule. Dans le même temps, la théorie quantique des champs échoue aux échelles planétaire et astronomique et, en fait, ne dit rien du tout sur la gravité. En revanche, la relativité générale prédit avec précision les effets gravitationnels et autres effets à l'échelle astronomique, mais ne dit rien sur les atomes, l'électromagnétisme ou quoi que ce soit à petite échelle. Utiliser la relativité générale pour prédire l'orbite d'un électron autour d'un noyau atomique vous donnera des résultats embarrassants, et utiliser la théorie quantique des champs pour prédire l'orbite de la Terre autour du soleil vous donnera également de mauvais résultats. Mais tant que les scientifiques et les ingénieurs utilisent la bonne théorie dans le bon cadre, ils obtiennent généralement les bonnes réponses dans leurs recherches, leurs calculs et leurs prédictions.

La bonne chose est que la relativité générale ne se chevauche pas beaucoup avec la théorie quantique des champs. Pour la plupart des calculs à l'échelle astronomique et gravitationnelle, vous pouvez vous en tirer en utilisant uniquement la relativité générale et en ignorant la théorie quantique des champs. De même, pour les calculs à petite échelle et électromagnétiques, vous pouvez vous en sortir en utilisant la théorie quantique des champs et en ignorant la relativité générale. Par exemple, vous utilisez uniquement la théorie quantique des champs pour décrire ce que font les atomes du soleil, mais vous utilisez uniquement la relativité générale pour décrire ce que le soleil fait dans son ensemble. De nombreux efforts sont en cours pour unir de manière cohérente la théorie quantique des champs et la relativité générale en une théorie complète, mais aucun de ces efforts n'a été entièrement solidifié ou confirmé par des expériences. Jusqu'à ce qu'une théorie de tout réussisse, les physiciens peuvent généralement s'en sortir en utilisant à la fois la relativité générale et la théorie quantique relativiste de manière patchwork. Cette approche fonctionne principalement parce que les domaines de validité des deux théories ne se chevauchent pas beaucoup. Mais cette approche s'effondre lorsqu'un objet astronomique s'effondre à des tailles quantiques, ce qui est exactement ce qu'est un trou noir.

Un trou noir se forme lorsqu'une étoile massive manque du carburant nécessaire pour équilibrer la gravité et s'effondre sous sa propre gravité à une très petite taille. La relativité générale prédit que l'étoile s'effondre en un point infiniment petit avec une densité infinie. Mais, comme cela devrait être clair maintenant, une telle bête n'existe pas vraiment dans le monde réel. L'apparition d'une singularité de trou noir en relativité générale indique simplement que la relativité générale est inexacte à de très petites tailles, ce que nous savions déjà. Vous avez besoin de la théorie quantique des champs pour décrire des objets de petite taille. Mais, la théorie quantique des champs n'inclut pas les effets gravitationnels, qui sont la principale caractéristique d'un trou noir. Ce fait signifie que nous ne saurons pas exactement ce qui se passe dans un trou noir tant que les scientifiques ne pourront pas créer avec succès une nouvelle théorie décrivant avec précision les petites tailles et les effets gravitationnels puissants en même temps. Quoi que la nouvelle théorie finisse par nous dire, elle ne dira certainement pas qu'il y a des singularités dans les trous noirs. Si c'était le cas, ce résultat indiquerait simplement que la nouvelle théorie est tout aussi mauvaise que l'ancienne. En fait, l'une des exigences de la future théorie du tout est qu'elle ne prédise pas les singularités dans les trous noirs. En ce sens, l'intérieur des trous noirs est la dernière frontière de la physique théorique. À peu près tout le reste de l'univers peut être décrit avec précision (au moins en principe) en utilisant nos théories actuelles.


Des singularités, donc des trous noirs, peuvent-elles réellement exister ?

Il faut probablement dire que les singularités et les trous noirs sont deux bêtes différentes. Bien qu'ils soient généralement considérés comme étant associés, vous n'avez pas vraiment besoin de l'un pour avoir l'autre.

#27 Noches Nubladas

Alors, j'aime y penser comme ça.

Les trous noirs ne déforment pas seulement l'espace, ils déforment tout, y compris les mathématiques et les racines physiques sous-jacentes de chaque loi physique que les mathématiques tentent de décrire.

Pendant les secondes qui ont suivi le big bang, l'univers était si dense que la matière ne pouvait même pas exister, il faisait si chaud. Ce n'est qu'après 400 000 ans qu'il s'est suffisamment refroidi pour que la matière baryonique normale puisse se former à partir du plasma primordial.

Les étoiles à neutrons sont parmi les choses les plus chaudes de l'Univers. Mais ils sont toujours "normaux" dans la mesure où ils sont toujours importants. Si dense = chaud, en général il semble de toute façon.

Donc, ils sont toujours techniquement des stars. Ou au moins des objets stellaires.

Donc, dans un certain sens, suggérer que les trous noirs ne sont pas réels, c'est parce qu'à un certain niveau réel, ils ne sont même plus dans notre univers. Juste "lourdement" influençant la forme de l'espace.

Je pense donc aux trous noirs déformant les mathématiques et faisant que les lois physiques réelles n'existent pas ou les déformant pour se plier à des formes que nous ne reconnaîtrions pas et contournant notre compréhension en les supprimant pour toujours de notre vue directe.

Une autre façon de penser à eux est qu'ils sont là en train de démonter la matière dans leurs quarks et de tout émettre sous forme de rayonnement colporteur.

Je précise parfois, même loin ici dans les boonies, que nous n'allons probablement pas échapper au trou noir au centre de la galaxie car tout dans cette galaxie est susceptible d'être éventuellement consommé par le trou noir super massif au centre de la Voie Lactée.

#28 Joe1950

C'est vraiment une excellente explication, Dee. Je l'apprécie et toutes les réponses postées. J'ai certainement beaucoup appris de ce fil. C'est un univers merveilleux et étrange et plus nous en savons, il semble que plus nous savons que nous ne savons pas.

Mais notre curiosité et progresser dans la compréhension de notre réalité est une noble caractéristique humaine. Espérons que cela l'emportera sur certains de nos traits inférieurs et destructeurs.

#29 auroraTDunn

Je ne suis en aucun cas un expert des trous noirs. Bien que je passe une grande partie de mon temps libre à modéliser et visualiser des simulations LCDM (matière noire froide lambda) de l'univers avec Gadget et Eagle et j'ai fait une bonne partie du travail de visualisation sur les trous noirs pour des articles scientifiques ou à d'autres fins d'affichage/d'instruction . Mon véritable domaine d'intérêt, en astrophysique, concerne les exoplanètes, en particulier leurs atmosphères potentielles.

Si les gens veulent du grand public, je recommande les livres de Brian Greene. Pour ces personnes de base assez instruites en mathématiques, il y a toujours le tome sur tout ce qui concerne la gravité, le livre 'Gravitation' de Charles Misner et Kip Thornes qui n'est ni une lecture légère ni même un livre léger >1200 pages. Mais.

Une chose dont vous devez vous rappeler lorsque nous commençons à parler de radiations, de formations, d'appétits, etc., c'est qu'il existe différents types de trous noirs, les principaux étant les trous rotatifs ou non, chargés ou non, les combos, actifs vs sédentaires, les combos de chaque. La contribution de chaque type joue FORTEMENT dans le fonctionnement des trous noirs, en particulier à l'horizon des événements vers l'intérieur jusqu'à la singularité.

Pliage et mélange et temps. C'est là que la chose devient extrêmement funky. Il y a ceux qui croient que le temps est quelque chose de spécial et d'unique, tout comme une dimension spatiale et peut être utilisé pour avancer, reculer, même latéralement. Sans cette croyance, la science-fiction ne serait qu'une fraction de l'ombre de ce qu'elle est actuellement. Ensuite, il y a l'école en laquelle je crois fermement, ce temps n'est que le changement instantané (notez l'absence de l'expression « taux de changement ») de tout, partout. Quelle que soit votre école de pensée, la gravité affecte la façon dont tout fonctionne (c'est là que le taux de changement entre en jeu) jusqu'au niveau quantique exactement de la même manière. À des champs gravitationnels plus élevés, les forces électriques normales et autres qui agissent au niveau subatomique commencent à être effectuées beaucoup plus fortement, de plus, alors qu'il est VRAIMENT difficile de visualiser la gravité fonctionne dans toutes les directions et non dans des feuilles planes comme nous sommes habitués à le visualiser. L'importance de ceci est que le stress interne devient vraiment bancal plus la gravité devient forte. Et si vous considérez un univers qui fonctionne en 10 ou 11 dimensions plus la super-gravité et la gravité s'enroulant autour et à travers chacun d'eux. Désolé passé qui dépasse ma compréhension.

#30 Noches Nubladas

Il faut probablement dire que les singularités et les trous noirs sont deux bêtes différentes. Bien qu'ils soient généralement considérés comme étant associés, vous n'avez pas vraiment besoin de l'un pour avoir l'autre.

C'est vrai, les singularités ne sont pas toujours des trous noirs. Mais un trou noir a toujours une singularité.

Le big bang était aussi une singularité.

Et bien sûr, la singularité gravitationnelle, ou spatio-temporelle, se présente sous différentes formes en fonction de la rotation, mais il existe d'autres modèles mathématiques assez exotiques. Une singularité ponctuelle, est un trou noir non tournant. Quelle est leur probabilité ? Probablement une licorne. Depuis quand ces choses se forment, elles se forment à partir d'objets massifs qui ont eu une certaine tournure pour commencer. En raison de la conservation du moment angulaire, lorsqu'ils s'effondrent en une étoile à neutrons de la taille d'une ville et tournent à des vitesses extrêmement élevées. Donc, la probabilité qu'il y ait un trou noir non rotatif là-bas est assez mince, je dirais. Même si ce n'est pas zéro, je parie.

Et il y a des singularités illusoires dans les mathématiques qui indiquent généralement des trous dans notre compréhension, ce qui a conduit de nombreuses personnes à suggérer que les trous noirs n'existent pas. Y compris Einstein lui-même en fait.

Un bon endroit pour commencer à regarder ceci:

"Les physiciens ne savent pas si la prédiction des singularités signifie qu'elles existent réellement (ou existaient au début du Big Bang), ou que les connaissances actuelles sont insuffisantes pour décrire ce qui se passe à des densités aussi extrêmes"

Et c'est principalement parce que si souvent une singularité est une illusion. En fait, ce n'est que récemment que nous avons vu des preuves qui prouvent leur existence au centre de presque toutes les galaxies de l'univers et en fait récemment j'ai lu un article sur un amas globulaire qui pourrait s'avérer en avoir un. Peut-être qu'ils le font tous, mais ils sont plus petits et plus silencieux que leurs cousins ​​​​super massifs.


Singularités

Au centre d'un trou noir se trouve une singularité gravitationnelle, un point unidimensionnel qui contient une masse énorme dans un espace infiniment petit, où la densité et la gravité deviennent infinies et l'espace-temps se courbe à l'infini, et où les lois de la physique telles que nous les connaissons ils cessent de fonctionner. Comme le décrit l'éminent physicien américain Kip Thorne, c'est "le point où toutes les lois de la physique s'effondrent".

La théorie actuelle suggère que, lorsqu'un objet tombe dans un trou noir et s'approche de la singularité au centre, il s'étirera ou "spaghettifie" en raison du différentiel croissant d'attraction gravitationnelle sur différentes parties de celui-ci, avant de perdre complètement et probablement sa dimensionnalité. disparaissant irrévocablement dans la singularité. Un observateur observant à une distance de sécurité à l'extérieur, cependant, aurait une vision différente de l'événement. Selon la théorie de la relativité, ils verraient l'objet se déplacer de plus en plus lentement à mesure qu'il s'approche du trou noir jusqu'à ce qu'il s'arrête complètement à l'horizon des événements, sans jamais tomber dans le trou noir.


(Cliquez pour une version plus grande)
Une singularité gravitationnelle est cachée dans un trou noir
(Source : Université du Nord de l'Arizona : http://www4.nau.edu/meteorite/
Météorite/Livre-GlossaireS.html)

L'existence d'une singularité est souvent prise comme preuve que la théorie de la relativité générale s'est effondrée, ce qui n'est peut-être pas inattendu car cela se produit dans des conditions où les effets quantiques devraient devenir importants. Il est concevable qu'une future théorie combinée de la gravité quantique (telle que la recherche actuelle sur les supercordes) puisse décrire les trous noirs sans avoir besoin de singularités, mais une telle théorie est encore loin de là.

Selon l'hypothèse de la « censure cosmique », la singularité d'un trou noir reste cachée derrière son horizon des événements, en ce qu'il est toujours entouré d'une zone qui ne permet pas à la lumière de s'échapper, et donc ne peut être directement observée. La seule exception autorisée par l'hypothèse (appelée singularité « nue ») est le Big Bang initial lui-même.

Il semble donc probable que, de par sa nature même, nous ne pourrons jamais décrire complètement ni même comprendre la singularité au centre d'un trou noir. Bien qu'un observateur puisse envoyer des signaux dans un trou noir, rien à l'intérieur du trou noir ne peut jamais communiquer avec quoi que ce soit à l'extérieur, de sorte que ses secrets semblent être en sécurité pour toujours.


Moteurs Planck

Cela signifie que la compréhension actuelle des trous noirs devra éventuellement être mise à jour ou remplacée par quelque chose d'autre qui peut expliquer ce qui est au centre d'un trou noir.

Mais cela n'empêche pas les physiciens d'essayer.

Une théorie des singularités des trous noirs remplace ces points infiniment minuscules de matière infiniment comprimée par quelque chose de bien plus agréable au goût : un point incroyablement minuscule de matière incroyablement comprimée. matière. C'est ce qu'on appelle un noyau de Planck, car l'idée théorise que la matière à l'intérieur d'un trou noir est compressée jusqu'à la plus petite échelle possible, la longueur de Planck, qui est de 1,6 * 10^ moins 35 mètres.

Avec un noyau de Planck, qui serait une singularité, un trou noir n'hébergerait plus d'horizon des événements et il n'y aurait aucun endroit où l'attraction gravitationnelle dépasserait la vitesse de la lumière. Mais pour les observateurs extérieurs, l'attraction gravitationnelle serait si forte qu'elle ressemblerait et agirait comme un horizon des événements. Seules des observations extrêmement sensibles, pour lesquelles nous n'avons pas encore la technologie, pourraient faire la différence.


Les quatre types de trous noirs

La catégorisation des trous noirs est en fait assez simple grâce au fait qu'ils possèdent très peu de qualités indépendantes. John Wheeler avait une manière colorée de décrire ce manque de caractéristiques. Le physicien a dit un jour que les trous noirs « n'ont pas de cheveux », ce qui signifie qu'en dehors de quelques caractéristiques, ils sont essentiellement indiscernables. Ce commentaire a été immortalisé comme le théorème sans cheveux des trous noirs.

Les trous noirs n'ont que trois propriétés mesurables indépendantes : la masse, le moment angulaire et la charge électrique. Tous les trous noirs doivent avoir une masse, cela signifie donc qu'il n'y a que quatre types différents de trous noirs basés sur ces qualités. Chacun est défini par la métrique ou la fonction utilisée pour le décrire.

Cela signifie que les trous noirs peuvent être assez facilement classés par les propriétés qu'ils possèdent, comme indiqué ci-dessous.

Cependant, ce n'est pas la méthode la plus courante ou la plus appropriée pour catégoriser les trous noirs. Comme la masse est la seule propriété commune à tous les trous noirs, la façon la plus simple et la plus naturelle de les répertorier est leur masse. Ces catégories de masse sont imparfaitement définies et jusqu'à présent, les trous noirs de certaines catégories, notamment les trous noirs intermédiaires, restent non détectés.

Les cosmologistes pensent que la majorité des trous noirs sont des trous noirs de Kerr rotatifs et non chargés. And the study of these spacetime events reveals a phenomenon that perfectly exemplifies their power and influence on spacetime.


What is the difference between black hole singularity and big bang singularity?

The Big Bang singularity is a point of zero volume, but very high mass, which makes the density infinite. This singularity contained all of the matter and energy in the Universe. The initial moment of the cyclopean explosion very well remains a mystery ' however, astronomers and physicists believe that after the tiniest fraction of a second, the strong nuclear force and the electromagnetic force separated, which probably caused the Universe to begin inflating. The Big Bang itself created space, time, and all of the matter and energy we know today. Black hole singularities are created after the core of a very massive star collapses beyond an imaginary sphere called the event horizon. Since these singularities are infinitesimally small, they possess infinite density. The differences are that black hole singularities, of course, do not contain all of the matter and energy in the Universe because there are so many of them. There was only one Big Bang singularity, and it contained the whole Universe. Another difference is that space and time were born from the Big Bang singularity, and black holes actually stretches out space to the point where it probably rips the fabric of space-time, and ends time altogether. According to Stephen W. Hawking, singularities either occur entirely in the future or entirely in the past. In this case, black hole singularities always lie in the future (if you were to go near one, your time will come to an end), and the Big Bang singularity always lie in the past (if you were able to rewind time, galaxies will become closer together, eventually coming together at a point).
Answered by: Joel Novicio, Undergraduate Physics Student, South San Francisco

Depends on which type of black hole you consider. If you consider a simple non-rotating black hole, I can't really think of a difference between the singularities (other than the fact that one exists within the universe whereas the other 'was the universe' - but this is irrelevant). In both cases the singularity was a single point where the curvature of space time are infinite. It is believed that at this point the general theory of relativity (almost universally accepted as 'the' accurate description of gravity) ceases to hold true. The singularity of a rotating black hole is essentially the same except that it exists in a ring (thus the name ring singularity). The consequences of a rotating black hole (if they exist - we have no direct proof that any type of black holes exist) however, are very different from non-rotating ones.
Answered by: K Shaban, CS/Physics Student, Carnegie Mellon

A black hole singularity is the dimensionless point where all matter pulled into the back hole is concentrated. It has infinite density and therefore does not exist within space-time as it is the point of infinite curvature of space-time. The big bang singularity is where all the mass of the universe used to be concentrated. It had all of the properties of a black hole singularity but from it 'grew' space time and matter was released into this space as the fundamental particles of very high energy. This is the big bang. Therefore, the main difference is that a black hole singularity is the end of space time (and pulls matter in) and the big bang singularity is the beginning of space time (where matter and space were made 'real').
Answered by: Martin Archer, Physics A Level Student, Surrey, UK

'What a wonderful and amazing scheme have we here of the magnificent vastness of the Universe! So many Suns, so many Earths . '


Are black holes really singularities? - Astronomie

Reading astronomy books, I've come up with the word "singularity" a lot, but I can't figure out what it exactly means.

A singularity means a point where some property is infinite. For example, at the center of a black hole, according to classical theory, the density is infinite (because a finite mass is compressed to a zero volume). Hence it is a singularity. Similarly, if you extrapolate the properties of the universe to the instant of the Big Bang, you will find that both the density and the temperature go to infinity, and so that also is a singularity. It must be stated that these come due to the breaking down of the classical theory. As yet, there is no theory of quantum gravity, but it is entirely possible that the singularities may be avoided with a theory of quantum gravity.

This page was last updated June 27, 2015

A propos de l'auteur

Jagadheep D. Pandian

Jagadheep a construit un nouveau récepteur pour le radiotélescope d'Arecibo qui fonctionne entre 6 et 8 GHz. Il étudie les masers au méthanol à 6,7 GHz dans notre Galaxie. Ces masers se produisent sur des sites où naissent des étoiles massives. Il a obtenu son doctorat de Cornell en janvier 2007 et a été stagiaire postdoctoral à l'Institut Max Planck de radioastronomie en Allemagne. Après cela, il a travaillé à l'Institut d'astronomie de l'Université d'Hawaï en tant que boursier postdoctoral submillimétrique. Jagadheep est actuellement à l'Institut indien de science et de technologie spatiales.


3 Answers 3

A popular assumption about black holes is that their gravity grows beyond any limit so it beats all repulsive forces and the matter collapses into a singularity. [. ] Is there any evidence for this assumption?

It's not an assumption, it's a calculation plus a theorem, the Penrose singularity theorem.

The calculation is the Tolman-Oppenheimer-Volkoff limit on the mass of a neutron star, which is about 1.5 to 3 solar masses. There is quite a big range of uncertainty because of uncertainties about the nuclear physics involved under these extreme conditions, but it's not really in doubt that there is such a limit and that it's in this neighborhood. It's conceivable that there are stable objects that are more compact than a neutron star but are not black holes. There are various speculative ideas -- black stars, gravastars, quark stars, boson stars, Q-balls, and electroweak stars. However, all of these forms of matter would also have some limiting mass before they would collapse as well, and observational evidence is that stars with masses of about 3-20 solar masses really do collapse to the point where they can't be any stable form of matter.

The Penrose singularity theorem says that once an object collapses past a certain point, a singularity has to form. Technically, it says that if you have something called a trapped lightlike surface, there has to be a singularity somewhere in the spacetime. This theorem is important because mass limits like the Tolman-Oppenheimer-Volkoff limit assume static equilibrium. In a dynamical system like a globular cluster, the generic situation in Newtonian gravity is that things ne pas collapse in the center. They tend to swing past, the same way a comet swings past the sun, and in fact there is an angular momentum barrier that makes collapse to a point impossible. The Penrose singularity theorem tells us that general relativity behaves qualitatively differently from Newtonian gravity for strong gravitational fields, and collapse to a singularity is in some sense a generic outcome. The singularity theorem also tells us that we can't just keep on discovering more and more dense forms of stable matter beyond a certain density, a trapped lightlike surface forms, and then it's guaranteed to form a singularity.

Why can't some black holes be just bigger neutron stars with bigger gravity with no substantial difference except for preventing light to escape?

This question amounts to asking why we can't have a black-hole event horizon without a singularity. This is ruled out by the black hole no-hair theorems, assuming that the resulting system settles down at some point (technically the assumption is that the spacetime is stationary). Basically, the no-hair theorems say that if an object has a certain type of event horizon, and if it's settled down, it has to be a black hole, and can differ from other black holes in only three ways: its mass, angular momentum, and electric charge. These well-classified types all have singularities.

Of course these theorems are proved within general relativity. In a theory of quantum gravity, probably something else happens when the collapse reaches the Planck scale.

Observationally, we see objects such as Sagittarius A* that don't emit their own light, have big masses, and are far too compact to be any stable form of matter with that mass. This strongly supports the validity of the above calculations and theorems. Even stronger support will come if we can directly image Sagittarius A* with enough magnification to resolve its event horizon. This may happen within 10 years or so.