Les trous noirs sont-ils vraiment des singularités?

Les trous noirs ne peuvent-ils pas être des objets super denses? Ils pourraient toujours être noirs (avoir la couleur du noir n'a jamais vraiment exigé de physique particulière, 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 capter la lumière, sans en laisser rayonner lorsque la matière tombe dans cet objet.

J'ai juste du mal à accepter que n'importe quoi puisse exister avec une propriété infiniment grande car cela conduirait à une masse infiniment grande conduisant à des forces infiniment grandes ... qui détruiraient l'univers infiniment vite, n'est-ce pas? Je pense donc qu'un objet supermassif peut être un badass tout aussi bien 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 prédit la Relativité Générale. C'est principalement parce que l'hypothèse d'une singuarité stricte ignore la théorie quantique. Une approche pour surmonter la singularité est un Gravastar . Une star de Planck est liée . Les deux approches tentent de surmonter les paradoxes proches de la singuarité. Une réponse complète pourrait éventuellement être apportée par une gravité quantique encore à définir .

Une autre difficulté pour les "vrais" trous noirs est la rotation. La solution de Schwarzschild ne devrait pas se produire dans les trous noirs du monde réel.

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

Une particule sans masse voyageant avec 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 peut 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 d'événements. Donc, fondamentalement, une singularité est un point dans l'espace où beaucoup de matière est comprimée dans un très petit espace. Lorsque vous avez une singularité, la matière ne va pas à l'infini. La 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 une naine blanche , elle vole la matière de l'autre étoile et finit par accumuler tellement de matière qu'elle explose.

Une singularité est causée par les grandes stars, 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 dans l'espace avec un champ gravitationnel si fort que même la lumière ne peut pas s'échapper. Les trous noirs n'ont pas la couleur noire, ils n'ont pas de couleur car nous ne pouvons pas voir de lumière en revenir. Donc non, la lumière n'est pas absorbée. Les trous noirs peuvent également éventuellement se dissiper, en raison d'un mécanisme appelé Hawking Radiation

Il existe plusieurs types de trous noirs, notamment:

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

• 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 une 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 maths. Le rayon de Schwarzschild, en résumé, est l'endroit où l'horizon des événements se trouve dans un trou noir.

Sommaire

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 Wikipédia si vous souhaitez consulter certains des termes que j'ai laissés en italique. Vous voudrez peut-être aussi regarder la thermodynamique des trous noirs

• Rayon de Schwarzschild
• Ergosphère
• Rayonnement Hawking
• nain blanc
• 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 la théorie classique de la relativité générale, la singularité est inévitable. Une fois à l'intérieur d'un horizon d'événements, un objet est obligé de se déplacer vers 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 en GR classique qui ressemble à un trou noir et qui a un horizon d'événement, mais qui ne forme pas une sorte de singularité. Cependant, nous savons que le GR classique doit se décomposer sur des échelles (quantiques) extrêmement petites, il est donc tout à fait possible que quelque chose se produise pour 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 d'éviter en quelque sorte une singularité. Mais il y a (au moins) deux exigences. (1) Il devrait expliquer toutes les autres choses que le GR classique explique parfaitement bien. (2) Cela devrait avoir des conséquences observables en dehors de l'horizon des événements, car sinon c'est du nombril inutile (OMI).

NB: Les trous de ver et similaires 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 toujours de la prise de l'intégrale d'une densité infinie sur un volume nul.

Il est courant de décrire une singularité comme un point de densité infinie, mais en réalité, ils sont plus généraux que cela: ce sont des comportements pathologiques dans la métrique 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, selon 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 de l'incomplétude géodésique (c'est-à-dire que les lignes temporelles de certains objets en chute libre se terminent brusquement). Ce n'est pas (nécessairement) le même que les singularités de courbure apparentes de «densité infinie» qui se produisent dans les solutions de trous noirs idéalisées comme la métrique de Schwarzschild.

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

J'ai juste du mal à accepter que n'importe quoi puisse exister avec une propriété infiniment grande car cela conduirait à une masse infiniment grande conduisant à des forces infiniment grandes ... cela détruirait juste l'univers infiniment rapide, 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, infinis petits et non infinis à quelque distance que ce soit, même à une fraction de la distance d'un atome. Donc "détruire 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.

Je pense donc qu'un objet supermassif peut être un badass tout aussi bien 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 des objets infiniment méchants peuplant notre univers!

D'accord 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, "l'enfer" était du magma vu sortant du 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. Nous aimons maintenant 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 cet horrible Hubble ait suggéré que l'Univers avait un début et, bien, tant de choses éternelles. Si Hubble avait dit que 300 ans plus tôt, il aurait été brûlé sur le bûcher, 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 grande image.

Einstein lui-même a trouvé les trous noirs une idée désagréable (il n'était pas trop passionné par la mécanique quantique non plus), donc 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, à quel point différent est-ce d'être écrasé lentement 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 endroits magiques avec des univers bébé entiers à l' intérieur . Je trouve cette pensée 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 emportée , recyclé, si vous voulez, de retour dans la galaxie et seulement 10% environ, forme le noyau effondré.

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

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 (PENSEZ), que la nature des ondes et des champs de la mécanique quantique et le fait que l'espace vide a des propriétés qui, par exemple, des paires de particules anti-particules peuvent se former essentiellement à partir de rien, (ce qui rend possible le rayonnement de colportage), je pense qu'il y a probablement une sorte d'espace exotique qui n'a jamais une singularité complète.

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 de 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 les aveugles qui regardent une carte. Personne ne sait. (trop long?)

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