Nox Forum ;-)

Forum officiel de l'équipe Halo Nocturnes
 
AccueilFAQRechercherS'enregistrerMembresGroupesConnexion

Partagez | 
 

 [Physique] Introduction à l’astrophysique

Voir le sujet précédent Voir le sujet suivant Aller en bas 
AuteurMessage
arazel
Admin


Nombre de messages : 79
Age : 28
Localisation : Reims
Date d'inscription : 30/04/2007

MessageSujet: [Physique] Introduction à l’astrophysique   Mer 9 Mai - 23:27

Introduction à l’astrophysique (par le phénomène du trou noir)
Suivi de : Cosmologie : de la création à l’expansion


Beaucoup de monde se questionne au sujet de ce que serait un "trou noir" (de l'anglais BlackHole), sans pour autant avoir les outils nécessaires à la compréhension, ou l'aide d'un savant éclairé.

Il est vrai que le phénomène du trou noir est captivant, même fascinant par sa force et son mystère ; c'est pourquoi je tenterai de l'expliquer simplement, sans rentrer dans des détails trop techniques, et sans utiliser aucun calcul (Je devrai utiliser les "Equations d'Einstein"! ce dont je suis incapable), pour que cela ne reste pas qu'un seul mystère.

Pour y parvenir, revenons un peu, voir beaucoup en arrière.

Depuis l'antiquité jusqu'au 20ième siècle, les savants imaginaient l'univers comme une capsule, qui engloberait toute l'existence et toute matière. Plus précisément, ils imaginaient l'univers DANS une capsule fermée, et cette capsule était le temps.
Cette image veut traduire l'idée que depuis toujours l'homme a imaginé le temps comme absolu ; ce qui veut dire invariable, soumis à aucune loi, un découlement sans restriction, uniforme et constant. Aussi, la lumière était pensée comme infini dans sa vitesse, c'est à dire qu’elle pouvait traverser l'univers instantanément. (La vitesse de la lumière fut calculée dès le 18ième siècle)

Aujourd’hui nos visions ont changées.
Les travaux d'Albert Einstein quant à la relativisation (1905 : relativité restreinte (Vitesse limite; quantum). 1915 : relativité générale (Espace-temps, gravité)) révolutionnèrent tous les fondements de la physique. Pour comprendre les trous noirs, j'expliquerai trois points capitaux des avancés apportées par Einstein.

Premièrement, la lumière. La lumière est une vitesse limite. Ce qui veut dire que rien ne peut aller plus vite. Seule les photons (les particules de lumière) la connaissent, puisqu'ils la forment, et les particules de masse nulle (suivant la correspondance pointée par la formule E=Mc²). Cependant quelqu'un pourrait me dire : si une lumière est issue d'un corps se déplaçant à la vitesse de la lumière, alors sa vitesse correspond à la vitesse de la lumière ajoutée la sienne. Mais pourtant non, étrangement. Il est vrai que sur terre, nous connaissons cette relativité des vitesses par rapport au référentiel. Par exemple, imaginons un train roulant à 100 km/h. Un homme à l'intérieur marche à 10 km/h vers l'avant. Pour lui (en admettant que la vitesse du train est rectiligne uniforme et constante), il ne marche qu'à 10 km/h, mais pour un observateur situé hors du train, il se déplace à 110 kmh alors, du fait que son déplacement s'ajoute au train. (Dépendance du référentiel) De même, l'observateur croit qu'il se déplace à 110 kmh, mais c'est sans compter la vitesse de la planète, que nous prenons comme immobile...) Or, Pour la lumière, ce phénomène n'existe pas. Je prendrais un autre exemple pour continuer. Imaginons maintenant un vaisseau spatial se déplaçant à la vitesse de la lumière. Un homme à l'intérieur tient une lampe torche. Il se place au milieu de vaisseau, de sorte que quand il allume la lampe, il voit apparaître la lumière sur les deux extrémités du vaisseau en même temps. (L'homme voit du coin de l'oeil à la fois le devant et l'arrière, en admettant qu'il puisse.) Pour lui, tout parait instantané, puisqu'il part d'un référentiel immobile. Mais imaginons pour un autre observateur situé dans l'espace, et observant par les lucarnes du vaisseau. Il voit le faisceau lumineux s'écraser contre les parois arrières du vaisseau, compte tenu de l'accélération. Par contre, le vaisseau se déplaçant à la vitesse de la lumière, jamais il ne verra le faisceau atteindre les parois de devant. Imaginons maintenant, que l’homme à la lampe torche allume toute les seconde sa lampe. Pour lui, il le fait rigoureusement à la seconde. Mais pour l'observateur, le faisceau lumineux n'arrive jamais! (S'il ne se préoccupe que de l'avant) Et donc les secondes ne passent plus. Ce qui nous amène a la relativité du temps.

En simple ; l'écoulement du temps (comme de la lumière) dépend de la gravité. En gros, plus la gravité est grande, plus le temps ralenti. Pour comprendre brièvement la gravité, qui s'oppose à la théorie des forces d'Isaac Newton, pensez que la gravité est en gros une masse qui attire vers elle d'autre masse (vous collé à votre siège collé à la Terre de part sa gravité par exemple). Hé bien la gravité d'une planète attire les photons (qui ont une masse donc) composant la lumière, ce qui déforme sa trajectoire. Donc ; comme le temps est lié à la vitesse de la lumière, si la lumière varie de trajectoire, le temps aussi. Je vais prendre l'exemple très célèbre des Jumeaux : imaginez maintenant des jumeaux qui ont eu 20 ans le premier janvier 2000. L’un part en orbite autour de la planète, l'autre reste sur Terre. Le premier se déplace à 1% de la vitesse de la lumière. Il passe vingt ans d’après son calendrier dans l'espace, puis revient. Surprise son frère a vieilli plus que lui. Et plus le vaisseau Spatial ira vite (se rapproche de la vitesse de la lumière), plus les 20 ans passés dans la navette seront en réalité sur Terre étendus.

J'en viens donc à la remise en cause de l'espace et du temps comme identités distincts. Comme nous venons de voir, le temps se déforme avec la masse (la gravité). Pour l'anecdote, Sachez que nous fabriquons actuellement des horloges (atomiques) tellement précises (plus du milliardième de seconde) que nous pouvons observer la différence de temps entre le sol et une altitude d'un mètre! N’est-ce pas incroyable? Ce qui veut dire en théorie que la résidente du 3ième étage vieillira moins vite que l'occupant du rez-de-chaussée! Je dis bien en théorie, car dans la réalité les différences sont tellement minimes que sur l'ensemble d'une vie cela représenterait une minuscule fraction de seconde d'écart. Poursuivons. Avec ce que nous venons de voir, nous sommes en mesure de réorganiser l'entier univers. Imaginez-le comme un tissu tendu. Si je pose une bille dessus, cela formera un creux, la bille s'enfoncera dans le tissu. Pour la planète c'est la même chose : elle déforme l'espace, et donc, le temps : nous ne parlerons plus de temps mais d'espace-temps.

Une précision supplémentaire. L'image du tissu n'est qu'une représentation en 3 dimensions. Gardez à l'esprit que notre univers est en quatre dimensions, c'est à dire nos trois dimensions plus le temps.


Les trois points initiaux énoncés, j'en reviens au trou noir. Tout d'abord il faut savoir que les trous noirs se forment à partir des étoiles. Cependant, quelques une seulement peuvent y accéder. (Je ferai peut être dans le futur un article sur les différentes étoiles, leurs fonctionnements, leurs catégories et leurs réactions. ce qui est vraiment dense et compliqué)

Disons simplement pour le moment que les étoiles supermassives finissent leur vie en se contractant sur elles mêmes. Nous appelons cela l'effondrement. Utilisons nos connaissances acquises précédemment. Nous savons qu'une étoile influence la lumière qui passe près d'elle. Pensez à un rayon passant à coté d'une étoile : celui-ci sera dévié, mais continuera sa progression. (Pensez aussi que la gravitation part du centre de l'astre.) Notre étoile commence alors à s'effondrer. Ce qui veut dire, que sa masse augmente, puisque les parois se rapprochent du centre. Et donc, que la gravitation augmente. Alors tout ce qui gravite autour de l'astre y compris la lumière est plus attiré qu’à l'habitude. Je rappelle que pour échapper à la gravitation d'une masse, il faut une vitesse minimum, sans laquelle notre course serait freinée, et nous finirions par retomber. Revenons à l'étoile. Son effondrement continu. Il arrive un "seuil critique" d'effondrement ou même la lumière n'est pas assez rapide pour s'échapper. La lumière étant la vitesse limite.... rien ne peut plus lui échapper, c'est un point de non retour. Tout est par conséquent aspiré dans le rayon d'action de l'étoile, pendant qu'elle continue à s'effondrer sur elle même. Cela explique pourquoi nous ne pouvons voir un trou noir : parce que la lumière est aspirée, et donc elle ne nous parviendra jamais! En réalité nous discernons un trou noir par l'entourage, les rayons sur le point d'être absorbé. Avec exactitude, il faudrait préciser que nous ne pouvons même pas voir ces rayons, parce que leurs gammes d'onde ont dévié de sorte que nous ne puissions les voir. Nous appelons ce phénomène de décalage d'onde l'effet Doppler, qui est par exemple la cause de la sirène d'ambulance qui devient de plus en plus grave au fur à mesure que cette dernière s'éloigne, et que je n'expliquerai pas ici. Et l'étoile s'effondre toujours, jusqu'à atteindre un rayon de même pas 20 kilomètres carrés! A ce point, les calculs physiques nous annoncent que la masse de l'étoile et sa force de gravitation deviennent infinies ; tout comme la dilatation du temps qu'il propose. Nous appelons cela une singularité. (Une caractéristique d'une théorie mettant en évidence qu'elle doit être encore affinée.)

Voilà, nous venons de retracer l'explication de l'apparition d'un trou noir. Je m'arrêterai là pour cette fois, nous verrons l'ensemble des théories et connaissance que nous avons sur le trou noir en lui-même plus tard!

En attendant, vous pouvez toujours vous renseignez sur la physique des molécules, le Big-bang, la théorie de la superforce, de la supersymetrie et de la supercorde (l’univers à 10 dimensions !)...
Revenir en haut Aller en bas
Voir le profil de l'utilisateur http://www.capharnaumcapricorne.com
arazel
Admin


Nombre de messages : 79
Age : 28
Localisation : Reims
Date d'inscription : 30/04/2007

MessageSujet: Re: [Physique] Introduction à l’astrophysique   Mer 9 Mai - 23:49

Suite de nos aventures spatio-temporelles dans la quatrième dimension.

Revenons sur les étoiles, sur lesquelles nous nous étions que trop peu attardé. Il y en a de plusieurs sortes, provenant de leurs évolutions. Le cycle premier est celui pendant lequel une étoile brûle son hydrogène. (Qui en passant est le plus léger atome existant : un proton et un électron seulement.) On appelle cette période la séquence principale. La très grande majorité des étoiles se trouverait dans cette séquence principale, comme notre soleil. Une fois tout l’hydrogène consumé, l’astre commence à brûler de l’hélium : elle devient alors une géante rouge. Les géantes rouges, comme leur nom l’indique, sont bien plus grandes que précédemment, lorsqu’elles appartenaient à la séquence principale. Cette croissance s’explique par l’expulsion de gaz entourant le noyau qu’opère l’étoile, le rejetant à l’extérieur, ce qui dilate son enveloppe. Mais en gagnant en volume, l'enveloppe perd en densité et en température. Cela se traduit par un changement de couleur de son rayonnement vers le rouge, expliquant pourquoi nous les appelons géantes rouges. Pour notre soleil toujours, cette transformation se fera d’ici 5 milliards d’années, ce qui englobera les trois premières planètes de notre système solaire, à savoir Mercure, Venus et… la Terre.
Arrive le moment de la mort stellaire, qui diffère suivant les masses des étoiles. Sans décrire toutes les réactions physiques qui se produisent, leurs causes et leurs conséquences, (j’ai une vie moi aussi…) énumérons les différentes branches. Après le stade de la géante rouge, l’étoile peut devenir soit une naine blanche, soit une supergéante. Si elle devient une naine blanche, elle finira en naine noire, et ne bougera plus. Soit elle devient supergéante. (Encore beaucoup plus massive !) De là encore, deux possibilités : Soit elle devient une étoile à neutrons, (appelée aussi pulsar), soit un trou noir. Les trous noirs stellaires sont donc issus des étoiles de plus de 30 masses solaires environ, s’effondrant sur elle-même.

Nous revoilà à nos trous noirs ;-)

Ils peuvent se classer en trois catégories, suivant leur taille :
- Les trous noirs stellaires, que nous venons de voir ;
- Les trous noirs primordiaux, objets théoriques à l’échelle des particules, qui seraient survenus juste après le Big-Bang. (une époque de telle densité et chaleur que tout porte à croire que les apparitions de trous noirs étaient fréquentes.) Leurs existences furent proposées par Stephen Hawking.
- Les trous noirs supermassifs, de plusieurs centaines de millions de masses solaires. Ils seraient le cœur des galaxies, ou du moins un assez grand nombre, et certaines études montrent qu’ils seraient même nés avant la galaxie dont ils occupent le noyau…

Il existe aussi une classification des trous noirs les divisant suivant leur fonctionnement théorique, c'est-à-dire qu’il y a eu à la base de nos conceptions du trou noir un trou sphérique, sans mouvement, et non chargé ; puis les avancées théoriques nous ont amenées à l’envisager non sphérique et/ou tournant sur lui-même et/ou chargé électroniquement… Bref, Retenons pour l’instant, car nous allons nous en servir, qu’il y a eu un type de modèle dit de Kerr.

Maintenant, une petite histoire. Celle-ci répond à la question que l’on pourrait se poser, à savoir qu’adviendra t’il si un cosmonaute observe un autre cosmonaute tombant dans un trou noir, et qu’adviendra t’il pour ce dernier ? Notre observateur se situe immobile dans l’espace. Il regarde le cosmonaute s’approcher du trou noir. Au fur et à mesure que celui-ci progresse vers le trou noir, l’observateur voit les mouvements du cosmonaute ralentir. Pourtant à sa montre, rien ne change, les secondes passent toujours pareil. Et plus le cosmonaute approche du centre du trou, plus il parait ralentir ! Jusqu’à même devenir immobile et éternel. Car pour l’observateur, l’homme aspiré par le trou noir tend vers la singularité, là ou la masse et le temps sont infinis. Imaginons maintenant que nous soyons le cosmonaute pris dans le trou noir. Si nous regardons autour de nous, nous voyons le temps s’accélérer. Pourtant à notre montre, tout se passe normalement. Mais c’est alors que le temps passe maintenant tellement vite que nous voyons en quelques secondes la vie d’une étoile, du début à la fin !
Bien sûr tout ceci n’est que fiction, ne serait-ce que par la réalité de ce que l’on appelle le phénomène de marée. En effet, les différences d’attractions présentes en une distance si réduite, nous mènent à comprendre que l’attraction serait différente aux pieds de l’homme et à son casque ! Il deviendrait alors élastique, s’étendant jusqu’à connaître le sort que vous imaginez bien… De plus, le trou noir aspirant la lumière, je doute que vous puissiez voir le cosmonaute…

Avant de passer à la grande question, j’ajoute que nous avons déjà donné naissance à des trous noirs de taille moléculaire, grâce à ce que nous appelons des accélérateurs de particules. Ceux-ci n’étant présents qu’une infime fraction de seconde, compte tenu de l’effet dit d’évaporation.

Et la grande question est : Peut-on voyager dans le temps ?

Thème de rêve inépuisable qu’est le voyage temporel, que nous allons aborder. Déjà, être capable de voyager dans le futur, ce n’est qu’une question de temps, si j’ose dire, ou, comme dirait Hawking, de machinerie. Nous n’avons qu’à nous référer au paradoxe (qui n’en est pas un) des jumeaux de Lanvin, rappelez vous, un qui reste sur Terre et l’autre qui voyage à une grande vitesse. Ainsi, plus nous serons capables d’aller vite, plus nous seront aptes à accélérer le temps. (N’oubliez pas que lorsque le jumeau rentre sur Terre au bout d’un an (à son calendrier), même s’il n’a même pas atteint 1% de la vitesse de la lumière, tous ses proches sont morts depuis des siècles !

Bref, l’idée difficile dans le voyage dans le temps concerne en réalité le voyage dans le passé. Continuons notre expérience avec la vitesse de la lumière. Si nous nous déplaçons à la vitesse de la lumière, nous accélérerions le temps au plus vite que la relativité le permet. Mais oublions cette limite, et considérons que nous puissions aller plus vite encore : nous ferions machine arrière ! Pour prendre un exemple ; imaginez qu’une course (d’automobile ou de ce que vous souhaitez) se passe en un temps donné sur Terre, et une autre sur une autre planète située à dix années-lumière. (Une année-lumière est la distance parcourue par la lumière en une année.) Les habitants sur la Terre savent que la course sur l’autre planète se déroule 20 ans après celle-ci. Ce qui veut dire que, même en voyageant à la vitesse de la lumière, il faudrait le double de temps si l’on compte voir les deux événements sportifs ! Cependant, si un être vivant habitant sur l’autre planète avait un vaisseau spatial dépassant la vitesse de la lumière, il pourrait non seulement assister aux deux évènements, mais de plus parier à coup sûr sur le gagnant de la course terrestre, même si sur Terre elle est censée se dérouler avant! Mais bien sûr, dépasser la vitesse de la lumière est impossible… Et si vous rester sceptique quant aux résultats de la théorie, sachez que les scientifiques ont accéléré des particules jusqu’à 99,99% de la vitesse de la lumière, et qu’ensuite, toute puissance ajoutée n’amène plus rien : les particules sont retenues par une barrière invisible…

Une autre possibilité serait de voyager par un « trou de ver ». En effet, le modèle de Kerr du trou noir, décrivant un trou noir en rotation, autorise le passage d'un mobile au travers de la singularité centrale annulaire. Mais qu’est-ce qu’un trou de ver ? Imaginez une montagne. Cette montagne représente l’univers courbe. Le chemin habituel nous ferait passer par la cime de toutes les montagnes, même si nous croyons que se chemin est plat. (Nous ne nous rendons pas compte de la courbure de l’univers.) Le trou de ver est le tunnel, passant véritablement par le chemin le plus court. Si nous transposons dans la réalité, cela voudrait dire qu’en passant par le trou de ver, nous prendrions un chemin plus cour que la lumière, et donc arriverions avant elle, et donc reviendrions dans le temps. Cependant, tout ceci n’est encore qu’une vérité mathématique théorique…De plus, le trou de ver formé par le trou noir stellaire serait de l’ordre moléculaire, et bouché, même l’on pense que la technique humaine pourra supplanter ces problèmes. (Notamment par la déformation de l’espace-temps négatif par une énergie positive.) L’embouchure du trou de ver est appelé trou blanc, ou fontaine blanche. Tentez d’imaginer une balle. Sur une face nommez un point X est sur une autre un point Y. Le chemin le plus court est courbe et rectiligne. Sauf si vous percez la balle entre ces deux points. Vous n’avez plus qu’à appelez un des trous, trou noir, l’autre trou blanc et le passage trou de ver, et vous obtenez une magnifique représentation 3D du phénomène :-)

Mais de toute évidence, il est inutile de spéculer, car si le retour dans le temps est nié par la science, c’est parce qu’il remet en cause la loi fondatrice de l’univers : la Causalité. (Une chose est une conséquence d’une autre)

Il n’y a qu’à faire l’expérience suivante pour s’en rendre compte :

X à tuer son ancêtre.
Donc X n’a jamais vécu.
Donc X n’a pas pu tuer son ancêtre.
Donc X vit.
Donc X part tuer son ancêtre
Donc X n’existe pas
Donc X….

Cet exemple tiré d’un ouvrage de Barjavel illustre bien le phénomène de causalité.

Et puis de toute façon, la meilleure preuve qu’un voyage dans notre passé n’est pas possible, c’est que si c’était le cas, nous serions déjà envahis de visiteurs du futur ;-)
Revenir en haut Aller en bas
Voir le profil de l'utilisateur http://www.capharnaumcapricorne.com
 
[Physique] Introduction à l’astrophysique
Voir le sujet précédent Voir le sujet suivant Revenir en haut 
Page 1 sur 1
 Sujets similaires
-
» Les lois de la physique et le fluff
» [Partie 2 de La Tempête : introduction] Briefing (Humains et Hérétiques seulement)
» Lettre d'introduction de l'ambassadeur Flamand
» [Le pays de Bree] La vieille Fôret (Introduction.)
» Introduction et menu

Permission de ce forum:Vous ne pouvez pas répondre aux sujets dans ce forum
Nox Forum ;-) :: Dies :: Sciences-
Sauter vers: