dimanche 27 novembre 2016

Voyage au coeur d'un trou noir, par Alain Riazuelo

Pour accompagner la sortie du premier livre de Alain Riazuelo "Les trous noirs, à la poursuite de l'invisible" (éditions Vuibert), le documentaire génial qu'il avait fait en 2008 avec le magazine Science et Avenir est remis en ligne gratuitement. On y découvrait, grâce à des simulations numériques exceptionnelles, les effets visuels déroutants induits par les effets relativistes sur la lumière au voisinage d'un trou noir, qu'ils soient dus à la vitesse de déplacement ou au champ gravitationnel. Cette vidéo offre un complément naturel et très pertinent à son livre dont je vous recommande la lecture, accessible au grand public.

Découvrez ou regardez à nouveau "Voyage au cœur d'un trou noir", vous en reviendrez conquis et émerveillés.

10 commentaires :

Popaul a dit…

Bonjour,
J'ai lu autrefois le livre de JP Luminet sur les TN. En tant qu'objets géométriques singuliers à horizon et singularité centrale (pour les plus simples), ils ne m'ont jamais éblouis. Il existe à coup sûr des masses effondrées hyper denses ("MEHD") qui dévient extrêmement fortement la lumière, et dont Kip Thorne explique si bien la genèse. Mais ces êtres théoriques, conséquences étranges de la RG comme l'est aussi la possibilité de lignes de temps fermées, sont pour moi des trous noirs de la raison. Ce n'est pas pour rien qu'Einstein n'y a jamais cru, bien qu'il leur opposait cette mauvaise raison qu'ils n'auraient pas la possibilité physique de se former (comme si la Nature avait empêché pratiquement ce qu'elle permettait théoriquement).
On sera bientôt fixé avec les observations du EHT, c'est excitant ! Si l'on détecte en 2017 l'ombre d'un TN façon RG, je veux bien manger mon ombre de barbe, car je suis certain que l'horizon n'existe pas. Ce n'est qu'en champ faible que la RG est très bien vérifiée. Si la RG doit faire tintin sur ses TN Théoriques, exploser ses TNT, cela devrait ouvrir de nouveaux horizons...

Dr Eric SIMON a dit…

Popaul, vous ne devriez pas écrire une phrase qui commence par "je suis certain que...". Vous n'en savez pas plus qu'Einstein ou moi (pour prendre les deux extrêmes) ;-)) Je suis prêt à prendre le pari qu'on verra la silhouette de Sgr a* l'année prochaine.
Et je dois vous rappeler que les deux événements de fusion de trous noirs (plus le troisième candidat) qui ont été observés par LIGO sont des fabuleux tests de la RG en champ fort et les meilleurs qui soient. Ils n'ont montré aucune déviation avec les équations d'Einstein.

Popaul a dit…

Je suis sûr sur base d'arguments logiques qu'il serait trop long de développer ici, et parce que je fais plus confiance à la simple logique qu'à n'importe quelle autorité. Je suis sûr de gagner ce pari, mais évidemment je ne suis pas le pape, tout le monde peut se tromper.
Oui, des tests magnifiques mais loin de prouver l'existence des horizons. Les spécialistes ont un peu vite dit qu'ils y voyaient la preuve de la coalescence de deux TN au sens de la RG. La preuve eût été administrée si la forme des ondes observées avait prouvé que la forme du potentiel des TN en rotation correspondait bien à la forme théorique des TN en RG. Par exemple, la RG dit que du point de vue de l'observateur lointain que nous sommes, le temps s'arrête sur l'horizon. On ne risque donc pas de voir un jour des ondes gravitationnelles générées au voisinage d'un horizon.

Popaul a dit…

J'en suis sûr et j'en fais le pari, non pas gratuitement mais parce que j'ai développé une série d'arguments logiques qu'il serait trop long d'exposer ici. Et que je crois plus à la logique qu'à n'importe quelle autorité. Bien sûr je ne suis pas le pape et je peux donc me tromper comme tout le monde.

Les observations d'ondes gravitationnelles furent des tests magnifiques, mais loin de prouver l'existence des TN au sens de la RG contrairement à ce que certains spécialistes se sont empressé de clamer. Il eut fallu pour cela que la forme des potentiels des TN déduite des observations correspondît à celle de TN à horizon.

Parler comme T.Damour et d'autres de "coalescence des horizons" est nécessairement abusif puisque, selon la RG, le temps s'arrête sur les horizons. Donc rien ne s'y passe de notre point de vue, ni génération d'OG ni coalescence ni aucune sorte de processus qui prend du temps. Pour cette raison,on ne peut même pas imaginer voir d'ici des horizons de TN tourner l'un autour de l'autre en se frôlant.

Henri SOY a dit…

[mode ironie on]C'est vrai que s'il n'est pas indispensable de faire des expériences pour en déduire les lois de la physique, il suffit de rester dans son salon, et philosopher sur telle ou telle logique comme les grecs.[mode ironie off]

Dr Eric SIMON a dit…

@popaul pour donner des leçons de physique à Thibault Damour, et notamment concernant la RG, il faut en avoir les capacités. Si vous ne faites pas confiance à un specialiste qui publie encore une dizaine d articles de haut niveau par an dans les revues les plus importantes, dont les articles les plus cités atteignent 5000 citations et qui possède un h-index de 79, je ne peux rien pour vous.

Vous faites la confusion classique de penser que les ondes gravitationnelles se deplacent dans le temps et l espace. Mais ce sont au contraire des ondes de l'espace-temps lui même... La logique a ses limites.

Popaul a dit…

(excusez la répétition, je croyais avoir perdu le message)
Que soit l'ire honnie.

@Henri:
Expériences : je souhaite tout au contraire que l'EHT fasse des observations qui vaudront expériences cruciales, et dissipe certaines ombres autour des TN.
Théories : cela fait belle lurette que, en physique fondamentale du moins, on ne commence par observer en laboratoire ou dans le ciel pour ensuite construire une théorie. Les paradoxes sont des carburants pour la recherche, on aurait bien tort de les négliger. Ce sont alors les observations inattendues qui bousculent les théories existantes.
Logique : telle ou telle ? Je n'en connait qu'une, et je la trouve parfois assez malmenée.

@Eric
T. Damour est un grand expert de la RG, mais ça ne l'empêche pas de souscrire en MQ à l'aberrante interprétation des mondes multiples (mais je ne vais pas commencer à exposer en quoi elle est aberrante). C'est bien ça le principe d'autorité. Tel ponte dit ceci, donc pas la peine d'y regarder de plus prés.
Sur mon argument. C'est Kip Thorne lui-même qui explique que les OG sont plus simples à traiter dans l'espace et le temps à la façon des ondes électromagnétiques que comme des ondes d'ET (cf chapitre 11 de "Trous noirs et distorsions du temps", dans lequel il célèbre l'opportunisme méthodologique). D'autre part je ne vois pas en quoi des ondes d'ET ou quelque concept que ce soit serait autorisé à ne pas respecter la logique. Mais l'objection qu'un relativiste pur jus ferait, c'est plutôt que le point de vue de l'observateur lointain n'est qu'un point de vue relatif, sans valeur absolue. Que pour l'observateur sur l'horizon rien de spécial ne se passe et que le temps n'est pour lui en rien arrêté. Donc des signaux peuvent être émis au voisinage de l'horizon qui voyageront le long de l'ET courbe où nulle part le temps ne s'arrête là où passe le signal. Et pourront ainsi parvenir jusqu'à l'observateur lointain pour qui cependant rien ne se passe sur l'horizon. Si ce genre d'argument vous suffisait je ne pourrais rien pour vous :-). Car il faut choisir : soit on dit que l’arrêt du temps sur l'horizon est une pure et simple illusion d'optique pour l'observateur lointain, et dans ce cas les horizons sont de simples illusions d'optiques, soit ils sont une réalité et donc il y a un conflit de ponts de vue entre observateur locale et observateur lointain.
Par ailleurs, illusion ou pas, si on admet que l'observateur lointain voit les horloges arrêtées sur l'horizon, alors on doit admettre que plus généralement aucun processus périodique ne peut se produire selon lui à cet endroit. Y compris la génération d'ondes d'ET qui en RG est produite par un mouvement des sources DANS l'ET. Ce que voit cet observateur, c'est l'absence de génération possible d'OG sur l'horizon, et seulement des OG de périodes immenses au voisinage de l'horizon où le temps est extrêmement ralenti. Pas des signaux millisecondes.

Dr Eric SIMON a dit…

Popaul, vous fondez votre raisonnement logique sur une connaissance imparfaite de la théorie. Les limites de la logique sont les hypothèses de départ.
Il semble que vous n'avez pas intégré que les ondes gravitationnelles ne sont pas émises par l'horizon. Les OG n'existent pas sur l'horizon, mais autour du couple de TNs en rotation, produites par la rotation rapide des 2 fortes courbures d'espace-temps l'une autour de l'autre. Un trou noir tout seul ne produit pas d'ondes gravitationnelles.

Popaul a dit…

Épistémologie - "Les limites de la logique sont les hypothèses de départ" me stupéfie : que voulez vous dire exactement ? Le renoncement de principe à tout raisonnement logique concernant une théorie géométrique de la gravité ? Ce serait grave si c'est ça. Et je suis presque sûr qu'Einstein se retournerait dans sa tombe en entendant cela. L'esprit critique, c'est l'exercice de la logique. On peut définir une idéologie comme une doctrine qui comporte des propositions qui empêche celui qui y croit d'en sortir. Par exemple une religion devient une idéologie ainsi définie quand elle interdit toute pensée critique à propos de Dieu (c'est un péché très grave, etc. J'ai vécu cela). Idem chez les marxistes sincères chez qui toute velléité de pensée critique sur le système soviétique était intériorisée comme manifestation de pensée "petite-bourgeoise", péché anti prolétarien par excellence.

Théorie et expérience - Revenons à notre mouton. Non je ne suis pas si ignorant. J'ai en effet exagéré en parlant d'un signal d'OG émis au voisinage d'un TN (et non sur l'horizon), mais c'était pour faire ressortir le problème, peu importe la nature du signal qu'on imagine. Mais ce n'est pas moi qui ai parlé de "l'observation de la coalescence des horizons" ! Lors de la fusion de deux TN, les OG ne sont peut-être pas émise dans le voisinage de leurs horizons, mais elles le sont à coup sûr dans une région où le potentiel gravitationnel est très fort, avec un effet Einstein de ralentissement des fréquences très important. L'observateur lointain doit observer ce ralentissement selon la RG. Je pense que ce ralentissement est moins fort que ce que la RG prédit. Que la RG doit être modifiée de façon telle que le temps local au voisinage du TN est pour nous très ralenti mais jamais arrêté. Ce n'est pas mon petit doigt qui me le dit, mais la logique qui m'y contrait. On peut espérer que l'EHT précise par ses observations le régime de ralentissement aux alentours de Sagittarius A*. Une MEHD sans horizon a probablement aussi une ombre, mais d'une forme différente de celle d'un TNT. De manière générale je m'attend à ce que l'étude des observations suffisamment précises du régime suffisamment fort révèle cette divergence d'avec les prédictions de la forme actuelle de la RG
Il est ainsi possible et souhaitable qu'une analyse fine de futures expériences similaires permette de déduire assez précisément le profil du potentiel des trous noirs pour montrer l'absence d'horizon et prouver ainsi qu'il s'agit de MEHD et non pas de TNT. Ces vitesses fantastiques constitueraient des informations particulièrement intéressantes si elles correspondaient à la vitesse maximale possible dans le potentiel gravitationnel local de coefficient de ralentissement RL(r) au rayon r de la MEHD. Elle vaudraient alors des valeurs de l'ordre de c.RL(r), fournissant ainsi des indications sur le profil des potentiels des MEHD avant leur fusion.

Dr Eric SIMON a dit…

Je n'ai peut-être pas été clair : les limites de votre raisonnement "par la logique" reposent sur les hypothèses de départ que vous prenez pour votre raisonnement. Si celles-ci sont fausses, tout votre raisonnement tombe à l'eau.
On a observé la coalescence des horizons de deux trous noirs indirectement, évidemment, par la forme des ondes gravitationnelles détectées. On fait des observations indirectes. Oui, quand 2 trous noirs fusionnent, leurs horizons se réunissent pour n'en former plus qu'un, il y a une coalescence.
Pour information, la RG ne dit en aucun cas que le temps s'arrête, le temps propre s'écoule normalement (localement). Et l'effet de ralentissement extrême entre référentiels qui est lié à la courbure se voit seulement à proximité immédiate de l'horizon. Quand vous dites : "Je pense que ce ralentissement est moins fort que ce que la RG prédit", je vous réponds que je pense que la RG est plus forte que ce que vous pensez...
Allez, je clos cette discussion.