Discussion:Paradoxe de l'information

Discussion sur l'Oracle

Voir Wikipédia:Oracle/semaine 30 2018#Paradoxe de l'information

Trou noir

Bonjour, Il y a quelque chose que je ne comprends pas dans l'article "Paradoxe de l'information", c'est : au départ, comment quelque chose peut-il être absorbé par un trou noir pour un observateur extérieur ? Si un objet plonge vers un trou noir, le temps que met un signal lumineux à atteindre l'observateur augmente d'autant plus que l'objet approche de l'horizon du trou, et devient infini au moment où l'objet passe sur cet horizon. Autrement dit, on ne peut jamais observer qu'un objet a franchi l'horizon, tout ce que l'on peut voir c'est que cet objet s'en rapproche de plus en plus lentement, et son image dérive de plus en plus vers l'infra-rouge - son "horloge interne" semble s'arrêter pour l'observateur extérieur. Mais du coup, l'horizon d'un trou noir devrait être tapissé des images figées de tout ce qu'il a absorbé - donc, quelque part, cette information n'est pas "dans" le trou noir, elle reste sur sa frontière. Quelqu'un pourrait-il m'éclairer sur cette question de trou noir ? — Le message qui précède, non signé, a été déposé par un utilisateur sous l’IP 192.54.145.66 (discuter), le 30 juillet 2018 à 10:44‎.

Je vous propose de poser votre question sur la page de discussion de l'article, vous y aurez plus de chances qu'ici. En effet, les rédacteurs de l'article sont susceptibles d'avoir cette page en suivi et de pouvoir vous aider. Et en particulier, voyez  Jean-Christophe BENOIST :. _Bertrouf 31 juillet 2018 à 15:09 (CEST)

J'offre une tournée générale à la prochaine Wikirencontre si quelqu'un est capable d'apporter une source satisfaisante sur cette question (c'est à dire notable et qui répond de manière satisfaisante à la question). La réponse "officielle" (mais qui ne répond que indirectement à cette très bonne question), est que en "temps propre", l'objet franchit sans problème l'horizon et donc "tombe" sans problème dans le trou noir. Si on pose la question "quand" dans l'univers extérieur (en temps de l'extérieur) l'objet franchit l'horizon, puisqu'il le franchit en temps propre, on répond que la question n'a pas de sens, on ne peut pas mettre en rapport physique les temps dans deux référentiels si différents. Ce semble mettre un temps infini à s'approcher de l'horizon est plutôt l'image de l'objet, que l'objet. Le fait est que les trous noirs se forment, fusionnent et s'agrandissent : cela prouve que la matière "tombe" effectivement dans les TN.

Evgueni Lifchits s'est fait la même réflexion que l'IP, sérieusement, et a imaginé le concept de "frozen star" où toute la matière forme une coquille autour de l'horizon (voir [1] par exemple). Mais ce modèle n'explique pas les fusions de TN réellement observés avec les ondes gravitationnelles et est donc faux.

J'ai abordé ce problème dans "Physics Forum" ici (Logan5 c'est moi), sous un angle purement observationnel, uniquement avec des observations et mesures (à la Einstein, qui ne raisonne que avec des règles et des horloges dans des référentiels bien définis : tout ce qui sort des règles et des horloges n'a pas de sens physique). Tout ce qui se fait avec des observations et mesure, à partie d'un observateur bien défini, "a du sens" et on ne peut plus dire "cela n'a pas de sens". Cette approche n'a mené nulle part, malheureusement, dans cette discussion. Les intervenants se répondant et se contredisant les uns les autres, en perdant de vue souvent l'angle initial. C'est peut-être un angle d'approche trop original, ou faux quelque-part, bien que personne ne m'ait dit qu'il y a qqchose de faux dans cette approche. On peut la lire si on a du courage. Donc, en ce qui me concerne, et surtout en ce qui concerne WP, j'en reste à la "version officielle", faute de mieux. --Jean-Christophe BENOIST (discuter) 31 juillet 2018 à 16:04 (CEST)

Je n’y comprends rien, soyez-en sûrs, néanmoins la question fait penser au « principe holographique » à propos duquel je lis ici : Selon Bekenstein (et la découverte du rayonnement des trous noirs a accrédité cette idée), la surface de l'horizon des événements permet donc d'associer une entropie à un trou noir. Pour 't Hooft et Susskind, cela voulait dire que l'information perdue concernant un objet en 3D tombant dans un trou noir était caractérisée par un objet en 2D, à savoir la surface de l'horizon de ce trou noir. (je n’y comprends rien non plus). rv¹⁷²⁹ 1 août 2018 à 09:17 (CEST)

Je ne suis pas un spécialiste de la question, mais je me rappelle bien avoir lu que l'atteinte de l'horizon du trou noir par un objet en chute libre prend (1) un temps (propre) infini pour l'objet, mais (2) un temps fini pour un observateur extérieur. Pas de problème donc pour que l'information véhiculée par l'objet soit confisquée par le trou noir. — Ariel (discuter) 1 août 2018 à 10:05 (CEST)

Sans attendre la confiscation de l'information scientifique on peut lire un article tout simple sur les trous noirs concernant la relativité restreinte et générale. -- Doalex (discuter) 1 août 2018 à 10:53 (CEST)

Merci pour ces citations en particulier à  Jean-Christophe BENOIST : et son «Physics Forum».

S’agissant de la question « Detecting matter falling into a Black Hole » posée sur ce forum, il me semble que toutes ces discussions supposent une certaine matérialité au trou noir ou à son horizon, mais «en réalité» (si j’ai bien compris) il ne s’agit «que» de courbure de l’espace-temps plus ou moins forcée. Si on suppose que chaque point de l’espace émet en permanence de la lumière et est repérable par ce qu’il émet (ce qu’il fait au moins en particule virtuelle), l’horizon d’un trou noir se caractérise surtout (avec les mains) par le fait que l’espace-temps « glisse » et fuit tellement vite sur ces points que la lumière mettra un temps infini à parvenir à l’observateur. Autrement dit, il se situe à une distance infinie en termes d’années-lumière (et au-delà ? c’est déchiré, il n’y a plus rien de physiquement observable). Cette surface de fuite infinie doit avoir une tension superficielle énorme, suivant les idées inspirées par the motion montain (cf. vol. 2 chapitre 11). Du coup, l’équilibre au repos d’une telle surface se fait à énergie minimale, comme celui d’une bulle de savon : c’est (pour l’observateur extérieur) une surface sphérique (pour un Trou noir de Schwarzschild), ou si la fuite est de plus vrillée, un Trou noir de Kerr (un peu comme l’aplatissement de la Terre aux pôles). Mais ce n’est vrai que pour un trou noir isolé.

Maintenant, quand un objet tombe dans un trou noir, ce n’est pas un objet sans masse : il a sa propre masse et son propre rayon de Schwarzschild (le mien est de l’ordre de 10^-25m) ; et chaque atome constituant a son propre rayon de Schwarzschild s’il faut en compter les chutes individuellement. Mais supposons pour clarifier la chose, et pour ne considérer que les horizons en cause, qu’un trou noir métrique s’approche d’un trou noir kilométrique, et qu’il n’y a aucune rotation à prendre en compte, et qu’on accompagne le centre de gravité du système, et que toutes les hypothèses qui vont bien sont faites. Clairement, si un point quasi-horizontal du petit trou voit s’approcher le grand, il va subir l’autre champ gravitationnel, et donc la lumière qu’il émet sera perturbée en conséquence. Du côté opposé à la chute, un photon qui eût pu s’échapper se trouvera finalement dans l’incapacité de le faire. Autrement dit, l’horizon de nos deux trous gonfle du côté distal, c’est-à-dire que l’espace « glisse » plus vite qu’il ne le faisait précédemment. Inversement, entre les deux trous, un photon parviendra à se libérer plus facilement en présence de l’autre trou.

Entre les deux trous, l’espace est courbé de chaque côté, mais du coup il y a un point où le potentiel fait selle, comme pour les points de Lagrange. Localement l’espace-temps pour ce point est plat, sa vitesse (si les hypothèses qui vont bien sont faites) est nulle, donc le temps s’y déroule au même rythme que pour l’observateur extérieur. Mais inversement, si on place un physicien sur ce point avec une perche d’arpenteur, orientée suivant l’axe reliant les deux centres des trous, il verra les extrémités de la perche le fuir de plus en plus vite, et le front correspondant aux deux horizons (dont il peut calculer la distance à partir des déformations observables de sa perche graduée) se rapprocher de plus en plus vite : les deux trous se percutent donc en un temps fini (et observable ?).

Tant que notre physicien martyr a existé, il a pu émettre en permanence de la lumière, dont une partie est tombée dans le petit trou, une autre dans le grand trou, et le reste s’est échappé vers l’extérieur où notre observateur a pu l’observer (s’il est bien placé). Par hypothèse, tant que de la lumière peut s’échapper, c’est qu’on est en-deçà de l’horizon. Reste à savoir si l’horizon du physicien sacrifié est le même que pour l’observateur extérieur, c’est-à-dire que si un signal est émis juste avant la rencontre des deux horizons, il peut être capté par l’observateur extérieur. En tout cas, si effectivement le temps s’écoule identiquement au point de Lagrange localement plat et à distance quasi-infinie, le signal émis par le physicien sacrifié n’est ni accéléré ni retardé, il atteint donc l’observateur extérieur après un temps fini correspondant à sa distance. Après, la nature du signal est l’énergie évacuée lorsque les deux horizons sphériques à énergie minimale se reconfigurent en un horizon sphérique unique – mieux vaut ne pas laisser traîner ses doigts dans l’opération.

Donc on devrait pouvoir répondre à ces deux questions : d’une part l’instant de la collision, et d’autre part l’instant où le signal parvient à l’observateur extérieur.

Mais ça ne répond toujours pas à ma question : pourquoi les images des objets tombant dans un trou noir seraient-elles effacées ?

Il y a trop d'éléments dans cette intervention pour pouvoir tout discuter. Une leçon que j'ai tiré de "Physics Forum" est qu'il faut discuter d'UN sujet à la fois; pourtant j'en avait abordé DEUX, et c'était déjà trop cela a suffit à faire diverger la discussion. Je ne prendrais donc qu'un seul point ci-dessus : "il me semble que toutes ces discussions supposent une certaine matérialité au trou noir ou à son horizon" : cela dépend du point de vue (référentiel), pour l'objet tombant l'horizon n'a aucune matérialité (aucun effet observable). Vu de l'extérieur, il en est autrement, il y a des effets observables. C'était d'ailleurs le point de départ de la discussion dans "Physics Forum", notamment cet article que je cite dans le post #1. Si un objet émet des OG visibles de l'extérieur en franchissant l'horizon, c'est qu'il a une matérialité vu de l'extérieur. La discussion dans PhyFo n'a pas éclairci ci les OG étaient émise lors de l'approche de l'horizon, ou en franchissant l'horizon. Pouvez vous sélectionner UN point sur lequel discuter plus particulièrement ? (mais je pars bientôt en vacances, je serais moins dispo). --Jean-Christophe BENOIST (discuter) 1 août 2018 à 11:57 (CEST)

 Jean-Christophe BENOIST : « Pour l'objet tombant l'horizon n'a aucune matérialité (aucun effet observable) » : c’est très douteux. Par rapport aux équations mathématiques, un point mathématique ne verra peut-être pas de discontinuité, mais un objet physique a une certaine étendue, et cette étendue est sujette aux déformations de l’espace-temps. Il y a une disruption de l’espace-temps au niveau de l’horizon, parce que celui-ci étant situé à une infinité d’années-lumière d’un observateur extérieur (où qu’il soit), rien ne peut se trouver « au-delà ». À l’approche de l’horizon, l’observateur verra une déformation de plus en plus grande de l’espace-temps, dans le sens où un point situé à un centimètre devant lui en direction du centre du trou noir s’éloignera à une vitesse d’autant plus grande qu’il est près de l’horizon (ou de manière équivalente : dans sa vision, un point matériel sera d’autant plus décalé vers le rouge qu’il sera proche de l’horizon). À la limite, en atteignant l’horizon, un point infiniment proche de lui s’éloignera à la vitesse de la lumière : c’est définitivement un effet physique « observable » que d’être transformé en spaghetti !

Un point à discuter particulièrement? Cette idée de point d’équilibre situé entre les deux trous noirs en approche l’un de l'autre: est-ce qu’il existe effectivement un tel point où le temps s’écoule au même rythme que pour un observateur lointain ? dans ce cas, le temps de chute et le temps de transmission de l’information sont tous les deux définis.

Cordialement,

Oui, vous avez raison, le principe d'équivalence n'est valable que localement, et donc un objet étendu "sentira" l'horizon, même de son propre référentiel. Mais on parle ici des principes, et on fait des expériences de pensée un peu idéales, dans le cas idéal, qui permettent de s'affranchir de ces complications. Le reste mérite réflexion, et j'aurais peut-être le temps pendant mes vacances. --Jean-Christophe BENOIST (discuter) 1 août 2018 à 14:37 (CEST)

À la question de l'IP "Quelqu'un pourrait-il m'éclairer sur cette question de trou noir ?", la réponse est "non". Lylvic (discuter) 16 octobre 2018 à 21:09 (CEST)

À la question "Cette idée de point d’équilibre situé entre les deux trous noirs en approche l’un de l'autre: est-ce qu’il existe effectivement un tel point où le temps s’écoule au même rythme que pour un observateur lointain ?", la réponse est "non" aussi : même dans le cas idéal de deux TN de Schwarzschild, gentiment immobiles (et assimilés à des points), un tel point d'équilibre existe sans doute pour la chute dans l'axe des TN (n'aller ni vers l'un ni vers l'autre), mais cet axe est lui-même situé dans un gouffre gravitationnel dont on ne ressort que laborieusement (si les TN ne sont pas assez éloignés), le temps y est donc gouffrement ralenti par rapport à un observateur éloigné. De même que pour le point de Lagrange, il y a sans doute toute une surface (2D) sur laquelle on n'est attiré ni vers l'un ni vers l'autre, mais vers le point de Lagrange. À valider par une source, mais c'est ainsi que me parle ma compréhension de ces choses. Cordialement. Lylvic (discuter) 16 octobre 2018 à 21:54 (CEST)

Au sujet de la chute de temps infini vers un TN, des physiciens ont une réponse puisqu'ils avaient modélisé l'émission d'ondes gravitationnelles au cours de la fusion de deux TN, avant la célèbre observation : pour fusionner il faut donc qu'ils tombent l'un vers l'autre en un temps fini, et que le modèle mathématique en rende compte. Ma conclusion provisoire et frustrée. Cdt. Lylvic (discuter) 16 octobre 2018 à 23:31 (CEST)

Paradoxe de la représentation artistique d'un trou noir

Bonjour, L'image d'artiste agrémentant cet article est bien paradoxale.

- Le théorème de la calvitie est bien expliqué et le trou noir ainsi dessiné possède des lignes de champ magnétique ce qui est un contre-sens. - Un trou noir déforme l'espace. La première simulation sur l'apparence de l'environnement d'un trou noir a été effectuée par J.-P. Luminet en 1979 et bien mis en scène dans "Interstellar". L'arrière du disque d'accrétion devrait apparaître au dessus du trou.

Là, j'y vois plutôt une naine blanche... noire, ce qui n'est pas vraisemblable puisque même refroidie - elle serait plus vielle que l'Univers - la matière accrétée porteraient malgré tous sa surface à haute température...

Sans critiquer la qualité artistique de l'image, elle en est pas moins paradoxale. — Le message qui précède, non signé, a été déposé par Astrochim (discuter), le 2 janvier 2021 à 18:46 (CET)

Elle est en effet très remplaçable. Allez-y ! faites votre choix dans https://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Black_holes Jean-Christophe BENOIST (discuter) 2 janvier 2021 à 19:02 (CET)