Big rip et trou noir

Bonsoir à tous.

Comme je l'avais posté sur un autre forum, j'ai decouvert dans une revue la théorie du big rip qui m'a beaucoup etonné et interressé.
Je précise tout de suite que ma culture en astrophysique est en grande partie de la vulgarisation scientifique. Je ne suis pas capable de comprendre les equations mathématiques liées à ce domaine pointu, mais j'essaye de me représenter et comprendre les conceptes de la physique et de l'astrophysique autrement que par une equation mathématique. Bref, J'essaye de comprendre avec mes moyens

Je reviens sur le big rip ;

Je pense qu'il est tres moyennement utile d'expliquer ici ce qu'est le big rip, surtout que je suis loin d'en avoir compris les causes et les conséquences, mais bon, je vais résumer quand meme, histoire de vérifier que je ne dit pas n'importe quoi... .

Donc il s'agirait d'une augmentation de l'energie sombre avec le temps, au point que son accroissement s'emballe au point de disloquer les galaxies, puis les systemes planétaires, puis les etoiles et planetes, et finalement meme les atomes eux meme ainsi que leur sous particules quelques fractions de secondes avant l'instant du big rip.

Cette vision en soit est deja etonnante. Si j'ai bien compris les grandes lignes, plus il y a d'espace, plus il y a d'espace crée... et ainsi de suite.

Donc tout d'abord, ma question portait sur le fait que le moment du big rip est une forme de s'ingularité inverse au big bang : Le big bang avait une densitée infiniment grande, le big rip a une densité infiniment petite.
Ma premiere question porte donc sur le sort du temps et de l'espace. Etant donné qu'ils ont été crée lors du big bang, est - ce egalement leur fin au moment du big rip ?

Puis une deuxieme question m'est venu : Qu'en est il du sort des trous noirs ? Un trou noir étant constitué de vide avec une singularité infiniment dense en son centre, que se passe-t-il pour le TN au moment du BR ? Qu'advient-il-de l'horizon des evenements (forcement plus grand à un moment ou à un autre que la distance "critique" liée au big rip). Comment se comporte alors la courbure de l'espace temps au sein du TN ? l"intérieur" est il egalement soumis au big rip ? Et enfin, que se passe t'il avec la singularité, car nous sommes la en présence d'un infiniment dense confronté à un infiniment "dechirant"...

Ouf, j'ai fini pour le moment !

Cubitus a écrit:

Je reviens sur le big rip [..] Cette vision en soit est deja etonnante. Si j'ai bien compris les grandes lignes, plus il y a d'espace, plus il y a d'espace crée... et ainsi de suite.

Oui, c'est en gros cela, et surtout : l'expansion diverge en un temps fini.

Il y a plusieurs modèles possibles de l'énergie sombre, postulée pour expliquer l'expansion accélerée de l'univers observée il y a quelques années. Le paramètre clé pour identifier un scénario de "big rip" en supposant vraie la relativité générale est le rapport de la pression sur la densité d'énergie de l'énergie sombre, soit w = p/ρ. Si w < -1/3 l'expansion est accélerée. Si l'énergie sombre est une constante cosmologique, alors w = -1 (p = -ρ), et il n'y a pas encore de divergence. Enfin, dans d'autres modèles w pourrait être inférieur à -1 (ce qui impliquerait un facteur d'échelle a ~ t^α avec α < 0 donc une expansion accelerée pour t < 0 et une singularité pour t = 0). La densité de l'énergie sombre (nommée dans ce cas "énergie fantôme") augmenterait alors avec le temps et donnerait lieu à un "big rip", toute structure étant in fine ejectée hors de l'horizon des autres.

L'observation ne permet pas pour l'instant de trancher si w < -1 ou pas, w semblant se situer autour de -1 avec une certaine marge d'erreur (-1,5 < w < -0,7). Puisque dans le cas w < -1 plusieurs autres conditions assez particulières doivent être satisfaites, ce cas n'est pas actuellement considéré comme le plus probable, mais cela reste bien sûr une possibilité ouverte.

Cubitus a écrit:

Ma premiere question porte donc sur le sort du temps et de l'espace. Etant donné qu'ils ont été crée lors du big bang, est - ce egalement leur fin au moment du big rip ?

Le big rip, tout comme le big bang, est une singularité de la théorie (d'autres types de singularité future ont été classifiés). Ceci signifie que la relativité générale, qui est à présent la théorie ordinairement appliquée en cosmologie, n'a rien à dire sur ces états. En un sens on peut dire que les notions d'espace et de temps cessent de s'appliquer, mais cela traduit surtout une limite de la théorie. Pour pouvoir décrire ces états, il faudrait disposer d'une théorie quantique de la gravité, qui n'existe pas encore.

Il y a eu tout de même quelques tentatives d'interprétation du "big rip" dans un cadre quantique, selon les quelques théories incomplètes existantes. Dans un modèle récent selon la théorie des cordes (cosmologie branaire), la singularité est remplacée par un retour en arrière cosmique, où chaque parcelle d'univers, revenue à une conditions de vide immaculé suite à sa déconnexion causale, subirait une contraction violente dans un univers désormais séparé, qui serait ensuite suivie d'une nouvelle expansion inflationnaire (big-bang) ouvrant un nouveau cycle. Dans un autre, selon la gravitation quantique à boucles, on obtient un résultat similaire, la singularité future étant remplacée par un "rebond" parfaitement rigide conduisant l'univers à un très rapide effondrement.

Cubitus a écrit:

Qu'en est il du sort des trous noirs ? [..] Et enfin, que se passe t'il avec la singularité, car nous sommes la en présence d'un infiniment dense confronté à un infiniment "dechirant"...

Les trous noirs perdraient probablement leur masse en absorbant l'énergie fantôme, jusqu'à disparaître totalement avant le "big rip".

Ok. merci pour ces reponses assez claires pour moi

Donc, pour résumer, on ne peut pas trancher aujourd'hui, car les observations ne permettent pas de spécifier la valeur exacte de w.

Concernant les trous noirs, si leur avenir est une simple evaporation, je dois dire que je suis un peu decu. J'avais une autre idée deriere la tete. (donc l'expansion de l'espace crée une sorte d'energie negative absorbée par le trou noir ? Un peu à la maniere du rayonnement de hawking et de l'absorbtion de particules virtuelles ?)

En fait, concernant les trous noirs, j'avais un raisonnement depuis un moment qui me faisait penser qu'ils sont des univers a part entiere au meme titre que le notre. Et mon raisonnement me faisait arriver au fait que nous sommes nous meme dans un trou noir, avec l'univers global peut etre finalement composé d'une arboresence de trous noir. Un univers fractal finalement...
Le fait qu'un trou noir soit un objet "contracté" et que notre univers soit en expansion n'est pas selon mon idée contradictoire, bien au contraire. Sans rentrer dans les details tout de suite, la différence serait juste une différence de point de vue. Le liens entre les deux est le fait que lorsqu'on se rapproche d'un trou noir, il arrive un moment ou la force centrifuge est inversée. Et donc l'observateur à visuellement l'impression que l'univers se retroune "comme un gant". Du coup ce qui est à l'infini et tout autour de lui devient un point (dans le passé), et la singularité central du trou noir se retrouve tout autour de nous dans le futur...

Je n'ai malheureusement pas les connaissances mathématiques et physiques pour vérifier si mon idée peut etre juste ou si elle est fausse. J'avais posté il y a deux ans un topic sur ce sujet, mais je me suis rendu compte depuis de certaines erreurs dans le raisonnement que j'avais eu à l'epoque.

Si tu veux avoir plus de détail sur mon raisonnement, je t'invite à lire ce topic. Aujourd'hui, je ne poserait plus les choses de cette maniere, surtout que je réfléchissait un peu en meme temps que j'ecrivais.

http://forums.futura-sciences.com/showt ... +trou+noir
lit egalement un peu plus loin, je complete mon explication (celle de l'epoque).
Etant donné que je ne suis pas du tout astrophysicien, ni mathématicien, je n'ai donc pas tous les elements en mains. Je suis simplement parti des quelques connaissances générales que j'ai pu glaner, et je me suis dit que la solution serait peut etre de refléchir à ce que voit un observateur. Apres tout, c'est ce qu'on fait en science : l'observation. Mais comme je suis pas certain que les choses se passent comme cela...

Le point qui concait le plus, c'est que quand on entre dans un trou noir, A PRIORI, on ne ressent qu'un temps fini avant de se heurter sur la singularité. A moins, que le temps s"ecoulant de plus en plus différament nous fasse ressentir le moment ou on se crash comme étant infiniment dans le futur. Je suis incapable de verifier ce point.

Par contre, SI le big rip surviendra, et SI quand on entre dans un trou noir on se crash au bout d'un temps fini, alors je tiens mon explication sur l'accroissement du taux d'expansion ainsi que l'explication du big rip : Le big rip serait simplement le moment ou l'on va se crasher sur la singularité, et donc etre infiniment concentrés (selon un point du vue extérieur à notre univers), mais comme tout nous semble inversé, on voit l'univers se "crasher" à l'infini... Par contre, si un observateur tombé dans un trou noir a l'impression de tendre vers la singularité sans jamais l'atteindre, alors cela signifierait qu'il n'y aura jamais de big rip, mais que l'univers continuera de s'étendre de plus en plus.

Qu'en pense tu ?
Mathématiquement, est ce qu'un observateur dans un trou noir se voit avec une durée de vie limité ou a t il l'impression d'avoir l'ethernité devant lui ?

Autre question subsidiaire : j'ai lu qu'entre le moment du big bang et celui du big rip, la durée pourrait etre de l'ordre de 35 Milliards d'année.
Si jamais mon raisonnement était bon, il y aurait un moyen de calculer la masse de notre univers : Il suffirait de calculer la taille/masse d'un trou noir necessaire pour qu'un observateur qui plonge dans celui ci voit s'ecouler selon son point de vue 35 millards d'année avant de se heurter sur la singularité. Mais j'imagine que le chiffre de 35 millirards d'année est calculé justement en fonction de l'energie contenu dans notre univers... donc serpent qui se mord la queue.

Si tu peux me donner ton avis ...


cordialement, Cubitus.

Cubitus a écrit:

Concernant les trous noirs, si leur avenir est une simple evaporation, je dois dire que je suis un peu decu. J'avais une autre idée deriere la tete. (donc l'expansion de l'espace crée une sorte d'energie negative absorbée par le trou noir ? Un peu à la maniere du rayonnement de hawking et de l'absorbtion de particules virtuelles ?)

Oui, il est correct d'interpréter dans cette théorie l'absorption d'énergie fantôme par le trou noir comme une absorption d'énergie négative.

Cubitus a écrit:

En fait, concernant les trous noirs, j'avais un raisonnement depuis un moment qui me faisait penser qu'ils sont des univers a part entiere au meme titre que le notre. Et mon raisonnement me faisait arriver au fait que nous sommes nous meme dans un trou noir..

Cette possibilité a été en effet étudiée. Il est intéressant de noter qu'on ne peut pas l'exclure, et qu'elle n'équivaut pas à l'univers décrit par le modèle cosmologique courant. On ne peut pas l'exclure car l'intérieur d'un trou noir pourrait avoir une métrique de Friedmann - la même qui décrit un univers homogène et isotrope (solution de Oppenheimer-Snyder). Mais il n'y a évidemment pas d'équivalence globale, car la singularité du big bang concerne la totalité de l'espace, alors qu'un trou noir est localisé dans une région particulière. L'observation du rayonnement de fond confirme l'homogénéité à grande échelle de l'univers, ce qui tend à exclure cette idée. Mais reste toujours la possibilité que cette homogénéité soit purement locale, et que nous soyons à l'intérieur d'un trou blanc ou noir dont la dimension dépasse celle de l'univers observable. On voit ici la difficulté de falsifier un tel modèle par l'observation, ce qui implique un intérêt de recherche limité.

Cubitus a écrit:

Le point qui coincait le plus, c'est que quand on entre dans un trou noir, A PRIORI, on ne ressent qu'un temps fini avant de se heurter sur la singularité. A moins, que le temps s'ecoulant de plus en plus différemment nous fasse ressentir le moment ou on se crash comme étant infiniment dans le futur.

Il faut probablement considérer une solution "trou blanc" - où la singularité est dans le passé (comme pour le big bang), et assimiler le big rip plutôt à la fin du trou blanc.

Cubitus a écrit:

Mathématiquement, est ce qu'un observateur dans un trou noir se voit avec une durée de vie limité ou a t il l'impression d'avoir l'eternité devant lui ?

Il se voit avec une durée de vie limitée.

Cubitus a écrit:

Autre question subsidiaire : j'ai lu qu'entre le moment du big bang et celui du big rip, la durée pourrait etre de l'ordre de 35 Milliards d'année.

Cette durée dépend de la valeur exacte de w. Le cas de 35 milliards d'années correspond à la limite inférieure (w = -1,5).

Citer:

Il faut probablement considérer une solution "trou blanc" - où la singularité est dans le passé (comme pour le big bang), et assimiler le big rip plutôt à la fin du trou blanc.

Oui, justement, le cas des trous blanc m'interesse, car selon ma maniere de voire les choses, je verrais l'univers parent comme un trou blanc.

Juste pour préciser les choses, quand je parle de "retourner comme un gant", je parle de ce genre de choses :
http://casa.colorado.edu/~ajsh/schw.shtml et plus précisement cette vue : http://casa.colorado.edu/~ajsh/bhi_gif.html

Mais en fait je voudrais verifier des choses sur ce que serait un trou blanc, car je n'ai pas trouvé les informations que je cherchais, en tout cas des informations qui me soit accessible.

Donc, d'apres ce que j'ai compris, un trou blanc est l'inverse exacte d'un trou noir et qu'a ma connaissance, on en a jamais observé, mais il n'y a pas de raison que ca n'existe pas.

Les points que je voudrais verifier :

- Un trou blanc repousse absolument tout à la vitesse de la lumiere à sa surface ?

- La lumiere emise à l'intérieur d'un trou noir ne peut s'echapper, donc est ce que la lumiere emise à l'exterieur d'un trou blanc ne peut atteindre sa "surface-horizon" ? (surface definie comment, d'ailleurs ?)

- comment evolue une horloge qui sort d'un trou blanc vu d'un observateur suffisamment loin ? pour le cas d'un TN, on voit le temps de l'horloge se ralentir puis s'arreter à sa surface, et donc j'imagine que pour le cas d'une horloge sortant d'un TB et vue de l'extérieur, on verra le temps s'ecouler à une vitesse proche de l'infini, puis ralentir rapidement tout en s'eloignant pour finalement atteindre notre vitesse d'ecoulement à notre niveau.

- Il me semble qu'il y a une tres forte similarité entre l'intérieur d'un trou noir et l'extérieur d'un trou blanc, pourvu que tu retournes le trou noir comme un gant, non ? (et donc à prioris entre l'extérieur d'un trou noir et l'intérieur d'un trou blanc).

- je suis moins sur de ce point, mais bon : J'ai lu que le temps se "courbe" en direction d'un trou noir (inclinaison des cones de lumiere), et une fois sous l'horizon, l'intégralité du cone du futur pointe sur la singularité. Qu'en est il pour un trou blanc ? L'intégralité du cone de passé des objets à l'extérieur d'un trou blanc pointe sur le trou blanc (ce qui signifierait que tout est issu du trou blanc...) ?

- Un trou noir est sensé etre relié à un trou blanc. Mais finalement il ne s'agit peut etre que d'un seul et meme objet, simplement vu d'un endroit différent, non ?

Citer:

Cette durée dépend de la valeur exacte de w. Le cas de 35 milliards d'années correspond à la limite inférieure (w = -1,5).

Cette valeur dépend de quels parametres ? la quantité de matiere/energie contenu dans l'univers ? Sa densité ? d'autres parametres ? En fait, j'ai entendu parler de cette valeur, mais je n'arrive pas trop à comprendre ce qu'elle représente.

Cubitus a écrit:

Je voudrais verifier des choses sur ce que serait un trou blanc [..] Un trou blanc repousse absolument tout à la vitesse de la lumiere à sa surface ? La lumiere emise à l'intérieur d'un trou noir ne peut s'echapper, donc est ce que la lumiere emise à l'exterieur d'un trou blanc ne peut atteindre sa "surface-horizon" ? (surface definie comment, d'ailleurs ?)

Un trou noir est au trou blanc ce qu'un verre qui se casse est aux morceaux qui recomposent le verre, c'est comme dans un film joué à l'envers. Ce n'est pas un phénomène impossible, mais il est très peu probable, pour d'évidentes raisons thérmodynamiques. Pour répondre à ta question, puisque même la lumière ne peut pas sortir d'un trou noir, même la lumière ne peut pas rentrer dans un trou blanc. Son antihorizon est défini de la même manière que pour l'horizon du trou noir, comme une surface de rayon 2GM/c² où M est la masse du trou blanc (supposé statique et non chargé).

Cubitus a écrit:

comment evolue une horloge qui sort d'un trou blanc vu d'un observateur suffisamment loin ? pour le cas d'un TN, on voit le temps de l'horloge se ralentir puis s'arreter à sa surface, et donc j'imagine que pour le cas d'une horloge sortant d'un TB et vue de l'extérieur, on verra le temps s'ecouler à une vitesse proche de l'infini, puis ralentir rapidement tout en s'eloignant pour finalement atteindre notre vitesse d'ecoulement à notre niveau.

Il faut jouer le film à l'envers. On verrait d'abord l'horloge arrêtée sur la surface, puis soudain elle commencerait à bouger, de moins en moins lentement et tout en sortant de la surface.

Cubitus a écrit:

- Il me semble qu'il y a une tres forte similarité entre l'intérieur d'un trou noir et l'extérieur d'un trou blanc, pourvu que tu retournes le trou noir comme un gant, non ? (et donc à prioris entre l'extérieur d'un trou noir et l'intérieur d'un trou blanc). [..] L'intégralité du cone de passé des objets à l'extérieur d'un trou blanc pointe sur le trou blanc (ce qui signifierait que tout est issu du trou blanc...) ?

Il est ambigu de comparer l'intérieur à l'extérieur, car seul le temps est inversé. Si à l'intérieur du trou noir la singularité est dans le futur, alors à l'intérieur (pas à l'extérieur) du trou blanc la singularité est dans le passé, et les cônes du futur pointent vers la sortie. Pour l'extérieur, puisque tout ne rentre pas nécessairement dans le trou noir, aussi tout ne sort pas nécessairement du trou blanc (c'est ce qui le différencie d'un big-bang, où au contraire tout procède nécessairement de la même singularité).

Cubitus a écrit:

Un trou noir est sensé etre relié à un trou blanc. Mais finalement il ne s'agit peut etre que d'un seul et meme objet, simplement vu d'un endroit différent, non ?

Ce lien implicite d'un trou noir avec un trou blanc devrait être considéré un artefact de la solution mathématique pour un trou noir vide classique (un vrai trou noir étant supposé non vide et quantique). Un trou noir n'a donc aucun trou blanc associé (cfr aussi l'argument thérmodynamique du verre cassé).

Cubitus a écrit:

Cette valeur (w) dépend de quels parametres ?

Cfr plus haut: w est défini comme p/ρ, le rapport de la pression sur la densité d'énergie d'un fluide. C'est une équation d'état. En général, cette connaissance de la relation entre la pression et la densité d'énergie permet de déduire les propriétés du fluide. Dans le cadre cosmologique, cela permet de déterminer via les équations de Friedmann quelle serait l'évolution d'un univers rempli avec ce fluide. Le fluide dont il est question ici est l'énergie sombre et w est bien dans ce cas le rapport de la pression de l'énergie sombre sur sa densité d'énergie.

Ok. Merci pour ces reponses. Je ne savais pas qu'un trou blanc est un trou noir avec le temps inversé.

Donc, si je tombe dans un trou noir, une fois à l'intérieur, je ne verrai pas l'univers d'ou je suis issu comme un trou blanc, alors ? J'imaginais que j'aurais l'illusion que mon univers "parent" allait avoir toutes les caractéristiques d'un trou blanc.... (par exemple, mon univers parent est dans mon passé, et la lumiere que je peux emettre ne peut pas franchir l'horizon...)

Il y a bien une similarité qui dérive du comportement (pseudo-)irréversible de l'horizon, mais la structure de l'espace-temps de chaque côté n'est pas nécessairement équivalente à celle que l'on définirait mathématiquement comme un trou blanc ou noir.