Question:
Si une masse se rapproche de la vitesse de la lumière, se transforme-t-elle en trou noir?
shopsinc
2011-01-21 01:59:51 UTC
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Je suis un grand fan du podcast Astronomy Cast et il y a quelque temps, j'écoutais un épisode de Q&A qu'ils ont fait. Un auditeur a envoyé une question que j'ai trouvée fascinante et sur laquelle je m'interroge depuis.

D'après la transcription de l'émission:

Arunus Gidgowdusk de Lituanie demande: "Si vous avez pris une masse d'un kilogramme et que vous l'avez accélérée, fermez-la à la vitesse de la lumière se formerait-il dans un trou noir? Resterait-il un trou noir si vous diminuiez ensuite la vitesse? "

Dr. Gay, astrophysicienne et l'une des animatrices, a expliqué qu'elle avait demandé à un certain nombre de ses collègues et qu'aucun d'entre eux ne pouvait fournir une réponse satisfaisante. Je lui ai demandé plus récemment sur Facebook si quelqu'un en avait proposé un et elle a répondu que non. Alors j'ai pensé que ce serait peut-être un bon endroit pour demander.

Voici un lien du site de John Baez. http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/BlackHoles/black_fast.html
Quatre réponses:
#1
+64
Ted Bunn
2011-01-21 02:10:10 UTC
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La réponse est non.

La preuve la plus simple est juste le principe de relativité: les lois de la physique sont les mêmes dans tous les cadres de référence. Vous pouvez donc regarder cette masse de 1 kg dans un cadre de référence qui se déplace avec elle. Dans ce cadre, c'est juste la même masse de 1 kg qu'elle a toujours été; ce n'est pas un trou noir.

Un addendum: cela vaut la peine de s'arrêter pour demander pourquoi on aurait pu penser qu'il * formerait * un trou noir, et pourquoi ces raisons sont incorrectes. On peut supposer qu'une combinaison de contraction de Lorentz et d '"augmentation de masse" relativiste serre l'objet sous son rayon de Schwarzschild. Alors qu'est-ce qui ne va pas avec ce raisonnement? L'essentiel est simplement que la dérivation du rayon de Schwarzschild ne s'applique que sous certaines conditions. À tout le moins, il ne s'applique que dans le cadre de repos de l'objet (car il suppose une symétrie sphérique - c'est-à-dire aucune direction préférée).
mais si 1 kg de masse est tourné?
Le champ gravitationnel d'une masse rotative de 1 kg est différent de celui d'une masse non rotative. Je ne me souviens pas des détails, qui sont compliqués, mais l'attraction gravitationnelle devient probablement plus forte parce que l'énergie cinétique de rotation gravite. Si vous commencez avec une masse plus grande que son rayon de Schwarzschild, je ne sais pas si vous pouvez la transformer en trou noir en fournissant de l'énergie cinétique de rotation.
@TedBunn * "Si vous commencez avec une masse plus grande que son rayon de Schwarzschild, je ne sais pas si vous pouvez la transformer en trou noir en fournissant de l'énergie cinétique de rotation." * Mais même l'énergie cinétique est relative, si j'accélère jusqu'à la même vitesse que votre objet, votre objet n'a aucune énergie cinétique par rapport à moi.
@TedBunn: Et pourtant, une légère flexion deviendra très particulière pour une masse très rapide.L'aberration relativiste spéciale entrera en jeu dans le régime ultrarelativiste qui améliorera la lentille par ailleurs faible.En outre, le corps rapide ressentira des forces de marée fortement améliorées dans son cadre, et il se passera beaucoup d'autres choses intéressantes.
@voix, si vous faites tourner une masse, vous devez fournir beaucoup d'énergie et de pression pour la maintenir en rotation (forces centrifuges).Ceux-ci à leur tour graviteront d'eux-mêmes, et cela gâchera un peu le problème.
@TedBunn Prouvez que le principe de relativité est correct et qu'il ne s'agit pas simplement d'une hypothèse invalide.
alors dans ce cas nous pourrions avoir deux réalités simultanément?Un où c'est un trou noir et un où ce n'est pas?pour un observateur dans le cadre par rapport auquel l'objet se déplace en C, les lois de la physique sembleraient violées puisque l'objet pèserait infini et ne formerait pas encore un trou noir.
Cette réponse n'est pas pertinente.Op signifie clairement regarder l'objet à partir d'un cadre différent.Pourquoi est-ce si difficile de comprendre ce que signifie op?
Donc vous dites que nous supposons simplement un "non"?
@user1062760 la réponse est parfaitement "sur le point".Changer les cadres de référence ne change jamais ce qui se passe réellement.Cest aussi simple que ça.
@StevenStewart-Gallus il ne peut pas être prouvé, c'est une hypothèse.Elle a été prouvée valide par un siècle d'expérience (dans le cas de SR / GR) et de nombreux siècles dans le cas de Newton.Si cela ne suffit pas pour satisfaire votre objection, rien ne le sera.
@m4r35n357 c'est une déclaration sans explication qui contredit la relativité.Si quelque chose a une certaine masse dans mon cadre de référence, pourquoi n'agira-t-il pas comme il le devrait avec cette masse?L'augmentation de masse est la raison pour laquelle il est impossible d'accélérer un objet à c, donc c'est très réel
@user1062760 non, _votre_ déclaration contredit la relativité.Un objet n'a qu'une seule masse, et elle est la même dans tous les cadres de référence.Votre alternative mène au chaos où chaque objet a un nombre infini de masses.Personne ne peut faire de la physique de cette façon!
Si un objet en mouvement à partir d'un point de référence donné ne génère pas de gravité supplémentaire, l'énergie cinétique ne gravite-t-elle pas?Si oui, comment est-ce compatible avec l'équivalence masse-énergie?
#2
+21
Mark Eichenlaub
2011-01-21 02:18:51 UTC
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Non, une masse de 1 kg ne se transformerait pas en trou noir, même si elle vous dépassait à une vitesse très proche de la vitesse de la lumière.

Le principe de la relativité est une idée fondamentale en physique, et l'une des conséquences de cela est que nous pouvons comprendre la physique de quelque chose qui bouge en imaginant que nous nous déplaçons à côté.

Par exemple, vous regardez des gens jouer au billard dans un train alors qu'il passe à côté de vous. Vous voulez savoir si un certain tir qui vient d'être fait coulera le 8-ball. Vous le comprendrez en imaginant que vous êtes à l'intérieur du train et en calculant tout ce que vous attendez de ce point de vue plus simple où la table de billard est stationnaire. Si le 8-ball entre dans une certaine poche de ce point de vue, vous pouvez être assuré qu'il ira dans la même poche si vous analysez à nouveau la situation depuis votre point de vue initial sur la terre ferme.

le même principe pour la masse de 1kg, on voit qu'en se déplaçant le long de celle-ci, on dirait juste une masse normale, pas un trou noir. Par conséquent, d'un autre point de vue dans lequel il se rapproche de la vitesse de la lumière, il ressemble toujours à une masse normale, pas à un trou noir.

Il s'ensuit donc que la vitesse relative d'une masse n'a aucune incidence sur la force gravitationnelle ressentie par une masse stationnaire proche? C'est-à-dire que si une masse volait près de moi à 0,1 c, est-ce que je ressentirais le même remorqueur que si elle volait à 0 999c? Y aurait-il une sorte d'équivalence étant donné le temps qu'il faut à l'objet pour passer? Autrement dit, la force totale ressentie au fil du temps serait-elle la même; un peu comme comment la zone couverte par une orbite est la même sur un temps donné?
@shops Il est impossible de répondre à votre question en utilisant simplement le principe de relativité, car elle concerne différents types de mouvement relatif. Vous pouvez essayer de la poser sous forme de question distincte sur le site principal. Je n'ai pas de bonne réponse concise à cette question.
@MarkEichenlaub Veuillez expliquer pourquoi le principe de relativité est en fait vrai, peut-être que le principe de relativité n'est qu'une bonne approximation raisonnable?
Non. Une autre réponse qui est complètement inutile et qui a raté le point.Parlez du point de vue de l'observateur.Si une masse non nulle zips à la vitesse de la lumière, sa masse pour l'observateur stationnaire serait infinie alors pourquoi l'observateur stationnaire ne verra-t-il pas un trou noir à la place?
@user1062760 voir mon commentaire dans la réponse acceptée
#3
+18
Joe Fitzsimons
2011-01-21 13:32:21 UTC
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Bien que bien, je pense que les autres réponses manquent actuellement d'un ingrédient, donc je posterai cette réponse.

Pour les particules voyageant à vitesse constante, il n'y a pas d'horizon d'événement, donc elles n'agissent pas comme un trou noir. La lumière provenant d'autres régions de l'espace finira par l'atteindre, contrairement à un trou noir. De plus, les forces entre les atomes dans tout ce que la matière constitue la masse sont co-mobiles et il n'y a donc pas d'interaction gravitationnelle accrue entre eux. Alors que les distances entre eux semblent changer pour un observateur extérieur (lorsque la masse est accélérée) une fois qu'elle atteint une vitesse constante, elles sont fixées.

Ce qui n'a pas été mentionné dans d'autres réponses, c'est l'effet de l'accélération. Lorsqu'une particule est continuellement accélérée, il y a un horizon d'événement apparent. Consultez la page Wikipédia correspondante ici. Cela a donc certaines caractéristiques que nous associons à un trou noir, mais il existe encore des différences majeures. Un objet soumis à une accélération constante se comporte en effet comme s'il était statique dans un champ gravitationnel constant. Cependant, dans le cas d'un tel objet, la direction du champ équivalent est constante (et dans une direction constante) dans tout l'objet. Ce n'est pas vrai pour le champ gravitationnel d'un trou noir, qui est sphérique symétrique.

Bien sûr, une fois que la particule cesse d'accélérer, l'horizon apparent disparaît.

C'est vrai, mais l'horizon apparent dans cette situation est très différent d'un horizon de trou noir. Dans le cas de la particule en accélération, ce qui est "derrière" l'horizon apparent est loin de la particule - juste à l'opposé de l'horizon des événements du trou noir. Autrement dit, de manière heuristique, l'horizon des événements d'un trou noir indique qu'une fois que vous êtes suffisamment proche du trou noir, vous ne pouvez pas vous éloigner, alors que l'horizon de la particule accélérée indique qu'une fois que vous êtes suffisamment loin de la particule, vous ne pouvez pas se rapprocher.
+1 Pour ajouter un contexte plus réaliste à la réponse - il est évident qu'une masse accélérée jusqu'à près de C doit passer un temps fini * à accélérer *.
#4
+5
Lawrence B. Crowell
2011-01-21 02:55:15 UTC
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Je présume que l'idée est que la masse de 1 kg se contractera en dessous de la longueur de Planck. C'est soit cela, soit l'énergie relativiste (masse) $ E ~ = ~ \ gamma mc ^ 2 $ serait si grande qu'elle imploserait gravitationnellement. La question peut cependant être pensée en fonction de ce qui arriverait à un observateur sur la masse. La question pourrait être inversée: l'univers imploserait-il? Si une masse $ M $ passe par une masse plus petite $ m ~ << ~ M $ alors on pourrait penser que $ M $ pourrait devenir un trou noir et la petite masse $ m $ si elle était assez proche serait piégée dans le trou noir. Cependant, à partir du cadre de la grande masse $ M $, la petite masse n'est pas un trou noir. C'est une contradiction.

Une masse ultra-relativiste se comportera comme une onde de gravité lorsqu'elle passera devant un autre point de référence. Cet ultraboost Aichelburg-Sexl a une impulsion d'onde plane de l'espace-temps. La masse relativiste se traduira par une impulsion d'onde de gravité telle que détectée par un observateur stationnaire. Il y a donc une implication gravitationnelle à ces augmentations relativistes extrêmes.

Cette réponse semble pouvoir être utile à l'avenir, mais à partir de maintenant, c'est un peu de jargon.En outre, cela suppose que le principe de relativité est en fait vrai, ce qu'il est probablement, mais c'est toujours quelque chose sur lequel tout le monde devrait être rigoureux.


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 2.0 sous laquelle il est distribué.
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