Il est vrai que, d'un point de vue extérieur, rien ne peut jamais passer l'horizon des événements. Je vais essayer de décrire la situation du mieux que je peux, au meilleur de ma connaissance.

Tout d'abord, imaginons un trou noir classique. Par «classique», j'entends une solution de trou noir aux équations d'Einstein, dont nous imaginons ne pas émettre de rayonnement de Hawking (pour l'instant). Un tel objet persisterait à jamais. Imaginons y jeter une horloge. Nous nous tiendrons loin du trou noir et regarderons l'horloge tomber.

Ce que nous remarquons à mesure que l'horloge approche de l'horizon des événements, c'est qu'elle ralentit par rapport à notre horloge. En fait, ses mains approcheront asymptotiquement d'un certain temps, que nous pourrions aussi bien appeler 12:00. La lumière de l'horloge ralentira également, devenant rapidement décalée vers le rouge vers l'extrémité radio du spectre. À cause de ce décalage vers le rouge, et parce que nous ne pouvons jamais voir les photons émis par l'horloge avant qu'elle ne frappe douze, il deviendra rapidement très difficile à détecter. Finalement, cela arrivera au point où nous devrons attendre des milliards d'années entre les photons. Néanmoins, comme vous le dites, il est toujours possible en principe de détecter l'horloge, car elle ne dépasse jamais l'horizon des événements.

J'ai eu l'occasion de discuter avec un cosmologiste à ce sujet il y a quelques mois, et ce qu'il a dit, c'est que ce virage vers l'indétectabilité se produit très rapidement. (Je crois que le "théorème sans cheveux" en fournit la justification.) Il a également dit que le trou noir avec un objet essentiellement indétectable juste à l'extérieur de son horizon des événements est une très bonne approximation de un trou noir d'une masse légèrement plus grande.

(À ce stade, je tiens à noter au passage que tout "vrai" trou noir émettra des radiations Hawking jusqu'à ce qu'il s'évapore finalement à rien. Puisque notre horloge n'aura toujours pas dépassé l'horizon des événements au moment où cela se produira, il doit finalement s'échapper - bien que vraisemblablement le rayonnement Hawking interagisse avec lui à la sortie. Vraisemblablement, du point de vue de l'horloge, tous ces milliards d'années de rayonnement apparaîtront dans la fraction de seconde avant 12h00, donc il ne sortira pas en regardant un peu plus comme une horloge. Pour moi, la résolution du paradoxe de l'information sur les trous noirs se situe dans cette ligne de raisonnement et non dans des spécificités de la théorie des cordes. Mais bien sûr, ce n'est que mon avis. , cette idée semble un peu bizarre (pour moi et je pense à vous aussi) parce que si rien ne dépasse jamais l'horizon des événements, comment peut-il y avoir un trou noir en premier lieu? La réponse de mon amical cosmologiste se résumait à ceci: le trou noir lui-même n’est qu’une approximation . Lorsqu'un tas de matière s'effondre sur lui-même, il converge très rapidement vers quelque chose qui ressemble à une solution de trou noir aux équations d'Einstein, au point où à toutes fins utiles, vous pouvez le traiter comme si la matière était plutôt à l'intérieur de l'horizon des événements. qu'en dehors. Mais ce n’est qu’une approximation car, de notre point de vue, aucune matière infaillible ne peut jamais dépasser l’horizon des événements.

Supposez que l'objet qui tombe est un laser bleu que vous avez lancé directement (radialement) vers le trou noir Schwarzchild (non rotatif) qui est directement dirigé vers vous et que vous êtes loin du trou noir. L'objet massif est le laser lui-même, la lumière que vous regardez est votre moyen de "voir" l'objet à mesure qu'il s'approche de l'horizon des événements.

Tout d'abord simplement parce que le laser s'éloigne de vous. sera légèrement décalé vers le rouge juste par l'effet Doppler. À mesure qu'il s'approche du trou noir, ce léger décalage vers le rouge deviendra de plus en plus significatif. La lumière laser passera du bleu au vert, au jaune, au rouge, à l'infrarouge, aux micro-ondes et à des ondes radio de plus en plus longues, car elle semble approcher l'horizon des événements de votre point de vue. De plus, le nombre de photons qu'il émet par seconde (lorsque vous les détectez) diminuera avec le temps à l'approche de l'horizon. C'est l'effet de gradation - à mesure que la longueur d'onde augmente, le nombre de photons par seconde diminuera. Vous devrez donc attendre de plus en plus longtemps entre les moments où vous détectez les ondes radio de plus en plus longues du laser bleu. Cela ne durera pas éternellement - il y aura un dernier photon que vous détecterez. Pour expliquer pourquoi, regardons l'observateur qui tombe.

Votre ami qui est l'observateur chevauchant le laser ne voit même rien se produire lorsqu'il traverse l'horizon des événements (s'il tombe librement). Le fait est que l'horizon des événements ne ressemble pas du tout à une surface que vous frappez ou où quelque chose d'inhabituel se produit du point de vue des observateurs qui tombent librement. La raison pour laquelle il y aura un dernier photon que vous détecterez est qu'il n'y a qu'un nombre fini de photons émis entre le moment où le laser commence à tomber et le moment où le laser traverse l'horizon des événements. Ainsi, le dernier photon émis juste avant de passer au-dessus de l'horizon des événements sera le dernier photon que vous verrez jamais. Ce photon sera un photon de très longue longueur d'onde et vous ne le verrez peut-être que dans un avenir lointain - la distance dans le futur dépendra du nombre de photons par seconde que le laser émet - mais il y aura un dernier photon et après cela, vous ne verrez plus de photons.

Donc, je prétends que le laser disparaît du point de vue d'un observateur extérieur. Notez qu'essayer d '«éclairer» l'objet près de l'horizon des événements en projetant un laser différent sur l'objet et en recherchant des photons diffusés ne fonctionnera pas. (Cela ne fonctionnera pas même si vous lancez le deuxième laser pour essayer d'éclairer le premier laser.) Du point de vue du laser qui est tombé, ces photons ne frapperont le laser qu'après avoir déjà traversé l'horizon des événements et donc la lumière diffusée ne peut pas s'échapper du trou noir. (En fait, si vous attendez trop longtemps avant d'essayer d'éclairer l'objet, le laser infaillant aura déjà atteint la singularité au centre du trou noir.) Du "point de vue" de l'observateur extérieur (mais il ne peut pas "voir "this), le laser infaillible et les photons qui tentent d'éclairer le laser se rapprochent de plus en plus l'un de l'autre à mesure qu'ils se figent sur l'horizon des événements - mais ils n'interagiront jamais et il n'y aura jamais de photon diffusé qui vous pourriez essayer de détecter.

Tout ce que vous dites dans votre question est vrai, et votre commentaire "l'horizon des événements est dans une référence temporelle différente" est également vrai, même s'il doit être précisé plus précisément.

Si vous avez lu beaucoup sur la relativité, vous avez probablement rencontré des termes comme «cadre de référence» et «cadre inertiel». Un «cadre» est un système de coordonnées, c'est-à-dire un système de distances, d'angles et de temps utilisé pour mesurer l'emplacement des choses. Par exemple, les références de grille de carte sont un système de coordonnées utilisé pour mesurer les emplacements des choses sur la surface de la Terre.

La relativité générale nous donne un moyen de décrire l'univers qui est indépendant de tout cadre de référence. Cependant pour que nous, observateurs, calculions ce que nous voyons, nous devons faire les calculs dans notre cadre de référence, c'est-à-dire en mètres et en secondes que nous pouvons mesurer. Le trou noir statique est décrit par la métrique de Schwartzchild, et il n'est pas difficile de l'utiliser pour calculer des choses comme le temps qu'il faut pour tomber sur l'horizon des événements. Un système de coordonnées commun est celui des coordonnées co-mobiles, c'est-à-dire que l'observateur tombant dans le trou noir mesure les distances de lui-même (se mettant à l'origine) et l'heure sur le chronomètre qu'il porte. Si vous faites ce calcul, vous trouvez que l’observateur traverse l’horizon des événements en un temps fini, et atteint en fait la singularité au centre du trou noir en un temps fini.

Mais là où les choses deviennent bizarres, c'est nous calculons le temps nécessaire pour atteindre l'horizon des événements dans notre système de coordonnées en tant qu'observateurs assis à l'extérieur du trou noir. C'est un calcul facile, que vous trouverez dans n'importe quel livre d'introduction sur la GR, et la réponse est qu'il faut un temps infini pour atteindre l'horizon des événements.

Ce n'est pas une astuce comptable, cela signifie que nous ne verrons jamais de formulaire d'horizon d'événements. À ce stade, quelqu'un apparaîtra généralement et dira que cela signifie que les trous noirs n'existent pas vraiment. Dans un sens, c'est vrai dans notre système de coordonnées, mais tout cela signifie que notre système de coordonnées ne fournit pas une description complète de l'univers. C'est quelque chose auquel nous nous habituons depuis que Galilée a souligné que le Soleil ne tournait pas autour de la Terre. Dans le système de coordonnées de l'observateur en chute libre, l'horizon des événements existe et peut être atteint en un temps fini.

Vous demandez:

Si tel est le cas comment un trou noir peut-il consommer n'importe quel matériau, et encore moins atteindre des millions de masses solaires?

Tant que vous restez en dehors de l'horizon des événements, un trou noir n'a rien de spécial. C'est juste une agrégation de matière comme une étoile. Au centre de notre galaxie, nous avons une région compacte, Sagittaire A *, contenant des millions de masses d'étoiles, et à partir des orbites d'étoiles près de Sgr A *, elle contient suffisamment de matière dans un espace suffisamment petit pour faire c'est un trou noir. Cependant, les orbites de ces étoiles dépendent simplement de la masse sur laquelle elles tournent et que Sgr A * soit réellement un trou noir ou non n'a pas d'importance.

En effet, rien ne peut passer sous l'horizon. Les éléments proches de l'horizon des événements se déplacent vers l'extérieur à mesure que le rayon BH augmente. Encore plus avec d'éventuelles déformations BH telles que les vagues sur sa surface, les déformations de marée ou le changement de vitesse de rotation, tous les oblects assez proches de l'horizon restent "collés" à celui-ci et suivent tous les changements de la forme BH. Tous les objets suffisamment proches d'un horizon BH en rotation tournent avec lui à la même vitesse. Si un BH bouge, tout ce qui est assez près de sa surface, y compris les objets situés du côté de la direction du mouvement, le fait également. Si quelqu'un est intéressé par le mécanisme qui rend un tel collage possible, cela s'appelle le glissement de cadre.

Vous pouvez alors demander comment un trou noir peut apparaître alors et la forme de l'horizon. On suppose qu'ils ne le peuvent pas, et les seuls trous noirs possibles sont les trous noirs primordiaux hypothétiques qui existaient depuis le tout début de l'univers.

Les objets qui peuvent être très similaires aux trous noirs sont appelés des collapsars. Ils sont pratiquement impossibles à distinguer des trous noirs réels après une très courte période de formation. Ils ne sont constitués que de matière en dehors du rayon de l'horizon des événements d'un BH de même masse. Cette matière est pratiquement gelée à la surface comme avec la BH réelle, en raison du niveau de gravité élevé.

De tels collapsars peuvent éventuellement devenir des BH pendant une courte période en raison de fluctuations quantiques et ainsi émettre un rayonnement de colportage.

Les astrophysiciens ne séparent pas ces collapsars des trous noirs réels et les appellent tous BH pour des raisons pratiques en raison de leur indiscernabilité réelle.

Voici une citation d'un article qui soutient ce point de vue:

Notre résultat principal, qu'aucun horizon d'événement ne se forme dans l'effondrement gravitationnel tel que vu par un observateur asymptotique, suggère la possibilité d'utiliser le nombre d'horizons d'événements locaux pour classer et diviser l'espace de Hilbert en secteurs de supersélection, étiqueté par le nombre d'horizons d'événements locaux. Notre résultat suggère qu'aucun opérateur ne pourrait augmenter le nombre d'horizons d'événements, mais la possibilité de réduire le nombre d'horizons d'événements primordiaux préexistants n'est pas si claire et exigerait que le rayonnement de Hawking ne provoque pas l'évaporation complète des horizons d'événements primordiaux de trous noirs.

source

Je voudrais ajouter un fait qui, peut-être, n'est pas controversé.

À savoir, que toutes les informations sur tout objet infaillible seront disponibles à tout moment pour l'observateur extérieur. L'information ne peut pas se perdre sous l'horizon, sinon nous avons le paradoxe de la perte d'information.

Cela signifie qu'il est théoriquement possible pour un observateur extérieur de restaurer tout objet qui est allé en direction de la BH, car tout de ses informations toujours conservées.

Ceci est vrai non seulement pour les objets qui tombent après la formation de BH mais aussi pour les objets qui étaient là au moment où l'étoile s'est effondrée. Ainsi, même si vous étiez au centre d'une étoile lors de son effondrement, toutes les informations vous concernant sont toujours conservées, disponibles en dehors de l'horizon et votre corps peut être reconstruit.

Il me semble que le bûcher fait partie de la cale noire et va donc s'évaporer lui-même

Si l'on jette une bûche dans un feu, est-ce le feu qui brûle la bûche, ou la bûche fait-elle maintenant partie du feu même. Je vois le tombeur comme faisant partie de l'horizon des événements, donc plutôt que de dire que le tombeur est détruit par un pare-feu, peut-être que le tombeur lui-même s'évapore.

C'est peut-être juste un chipotage sur la sémantique.

Je recommande de lire les réponses à certaines des questions à droite -> ->

En particulier celle.

Je pense que La question sera fermée comme un double exact, mais ce que vous trouverez en réponse aux autres questions, c'est que ce que quelqu'un qui tombe dans un trou noir observe et ce que quelqu'un à l'extérieur qui les regarde tomber ne sont pas les mêmes. La nature exacte du changement de l'image peut être (et a été) réglée, mais encore une fois, je recommande de regarder les autres questions ici.

À partir du troisième paragraphe, je suis un peu spéculatif; Je ne suis pas tout à fait sûr d'eux. Commentaires appréciés

Tout cela est dû à la bizarrerie de la relativité. Dans votre référentiel, le rocher s'arrête à l'horizon. Le rocher ne sent pas un tel arrêt. La roche verra les étoiles se condenser (cette «condensation» est plus apparente pour les trous noirs massifs), en raison de la lentille gravitationnelle. Il verra approcher l'horizon et le traversera.

N'oubliez pas que le temps et l'espace sont relatifs. C'est un cas assez extrême où le temps semble s'écouler infiniment plus vite dans un cadre différent.

À propos de la «gradation», je ne suis pas sûr de ce qui se passe. IIRC, l'affirmation selon laquelle le rocher «gèle» est une demi-vérité. Théoriquement, la roche est figée dans votre cadre de référence, mais un télescope ne peut pas le voir. Pour vous faciliter la vie, supposons que la roche soit recouverte de lampes (une roche normale deviendrait invisible bien avant d'atteindre l'horizon)., À l'horizon, la lumière émise par ces lampes est $ \ infty $ décalée vers le rouge, donc c'est fondamentalement n'existe pas. Cela peut également être considéré comme le photon tournant la queue et étant absorbé (en fait, le photon est gelé à l'horizon). Ainsi, une roche à l'horizon est invisible. Un rocher près de l'horizon est très sombre, car presque toute la lumière émise est réabsorbée (aussi, il y a un décalage vers le rouge de la lumière, plus de décalage vers le rouge $ \ implique $ moins d'énergie.). Donc, ce que nous voyons, c'est que la roche s'assombrit progressivement à mesure qu'elle atteint l'horizon. Il semble également aller plus lentement. Le taux de gradation et de ralentissement converge à l'horizon, où la roche est gelée, mais complètement invisible. IMHO, cela se produit à $ t = \ infty $ dans votre cadre.

Donc, un trou noir reste noir. Vous ne verrez pas d'étoiles, de gaz, de roches ou de chercheurs ambitieux collés à l'horizon, bien que vous puissiez en voir des versions sombres alors qu'elles tombent près de l'horizon.

Quant à la croissance du trou noir, c'est à cause de l'horizon absolu. L'horizon d'un trou noir grandit en «anticipation» de l'infaillage de matériel.

Il y a une bonne réponse de John Rennie ci-dessus, et je pense que la discussion continue dans les commentaires repose sur un malentendu de la part du PO, qui demande dans un commentaire à John:

"Comment quelque chose peut-il tomber dans un trou noir vu d'un observateur extérieur?"- Matt Luckham 24 février 12 à 10:19

Le malentendu du PO réside dans la définition de «l'observateur extérieur» et dans l'hypothèse que tous les observateurs sont «extérieurs».

«À l'extérieur» signifie en dehors de l'influence / attraction gravitationnelle du trou noir, c'est-à-dire non attiré et tomber dedans.This bien sûr ne définit pas "tous les observateurs" .Il y aura des observateurs qui tomberont dans le trou noir parce que leur trajectoire descend vers le trou noir, quelle que soit leur distance.Cela inclut toute la matière tombant vers la singularité, vue depuis n'importe quel cadre.

Vous voyez des objets geler en dehors de l'horizon des événements. Vous voyez l'horizon des événements se déplacer vers l'extérieur lorsque plus de choses tombent dans l'horizon des événements. Les éléments de l'horizon des événements ne se déplacent pas vers l'extérieur, lorsque l'horizon des événements se déplace vers l'extérieur, les objets sont donc engloutis par l'horizon des événements.

Une version que j'ai entendue est la suivante: le rayon de l'horizon des événements peut être défini en utilisant la masse qu'il enveloppe. Or, bien que venant d'un observateur extérieur, un objet n'entre jamais dans l'horizon des événements, mais dans un temps fini il en sera très très proche. Maintenant, si vous incluez cet objet dans le cadre du trou noir et recalculez l'horizon des événements, vous constaterez que le nouvel horizon des événements inclut déjà cet objet, donc l'objet peut être vu comme à l'intérieur du trou noir nouvellement formé.

Si ma connaissance de la dilatation du temps est correcte, cela va dans les deux sens. Le temps ralentit pour l'objet dans cette situation. Mais, le temps ne ralentit pas pour un observateur extérieur. Par conséquent, non, le temps serait infini uniquement pour l'objet se rapprochant du trou noir. (Je me trompe peut-être, si c'est le cas, dites-moi s'il vous plaît dans les commentaires)

Le problème avec le test si quelque chose d'autre que l'image / l'information reste flottante au-dessus de l'horizon des événements est que tous les signaux qu'un objet émet deviennent à la fois plus lents et décalés vers le rouge au point où une sonde deviendra essentiellement insensible et invisible.Une façon possible de vérifier si les objets planent vraiment encore est si vous avez équipé un tas de sondes de test avec des miroirs qui reflètent très bien les courtes longueurs d'onde (la raison pour en avoir un tas est que finalement, même des photons uniques en transféreront une quantité destructriced'élan).J'imagine que vous obtiendrez des réflexions tant que vous ne serez pas à court de sondes (bien que vous devrez attendre exponentiellement plus longtemps pour chaque mesure supplémentaire).

Edit: Sur la base d'un commentaire d'Anixx, les sondes ne seront pas "avalées" car leur masse élargit le trou noir, mais seront simplement poussées légèrement vers l'extérieur.

À l'horizon des événements, la personne aspirée verra la lumière deux fois plus vite. Puis, en tombant, il finira par voir la lumière 3 fois plus vite, puis 4 fois plus vite, puis 5 fois plus vite, jusqu'à ce que la lumière semble être infiniment rapide et que le temps commence à devenir infini pour lui, et probablement il semblera prendre une fraction de seconde pour tomber, puis il sera détruit car il n'y a de place que pour moins d'un cubic-planck (infinitesmall) alors qu'il est plus grand qu'une cellule. Cependant à l'extérieur, vous ne verrez jamais quelque chose tomber dans l'horizon des événements, et lorsque la vitesse d'échappement nécessaire est la moitié de la vitesse de la lumière, vous verrez des objets aller à la moitié de la vitesse, ce qui n'est pas si mal, mais après un certain temps, quand la vitesse nécessaire devient 299, 792, 457 mètres par seconde, et prétendez qu'il y a une horloge, elle sera 1/299, 792, 458 fois plus rapide et prendra donc environ 9 ans pour aller 1 seconde, ce qui est probablement déjà tombé dans l'horloge La personne qui tombe, cependant, ne ressent rien de spécial lorsqu'elle traverse l'horizon des événements, et peut même communiquer avec une autre personne qui tombe, jusqu'à ce qu'une personne soit détruite par la singularité de la gravité. Il n'y a aucun moyen d'aller dans un trou noir et de raconter l'histoire à tout le monde, mais il y a un moyen d'identifier chaque objet qui est tombé dans le trou noir depuis le big bang, mais vous aurez besoin d'un programme ultra rapide et bien meilleur. vue oculaire que la normale. Puisque plus vous allez vite, plus le temps est lent pour vous parce que la vitesse de la lumière n'est qu'un peu plus rapide que vous, vous devrez attendre jusqu'à ce que vous soyez presque la vitesse de la lumière comme 299, 792, 457.99 [...] 9 mètres par seconde, puis immédiatement sans attendre 299, 792, 458 / le nombre que j'ai écrit -1 seconde, et reculez à la vitesse de la lumière pendant un temps très, très long, probablement plus que le temps que le big bang a pris pour former et raconter l'histoire. Et non, vous vieillissez à la même vitesse, mais le temps SEMBLE beaucoup plus lent car la lumière ne va qu'un peu plus vite que vous.