Il est fort probable que les trous noirs ne soient pas contraints par un quelconque horizon des événements. N’est-ce pas là une affirmation paradoxale ? Cependant, personne ne sera surpris d’apprendre que cette nouvelle hypothèse est due au légendaire physicien théoricien Stephen Hawking. En temps voulu, grâce à sa présentation facile, les trous noirs ont cessé d’être considérés comme «noirs» et «immortels».
Cependant, il n’est pas si facile de concrétiser cette idée. Pour commencer, il est nécessaire de comprendre ce qu’est un horizon des événements en général.
Table des matières
Variétés d’horizon des événements
Nous avons l’habitude d’associer l’horizon des événements directement aux trous noirs. La frontière infranchissable, la coquille des trous noirs. Derrière cette coquille se cache quelque chose qui échappe à la vue d’un observateur extérieur et même aux lois existantes de la physique. Cependant, l’horizon des événements dans le contexte des trous noirs n’est que sa manifestation privée. En d’autres termes, l’horizon des événements ne se situe pas uniquement au niveau des trous noirs.
La définition générale d’un horizon des événements le présente comme une certaine limite conditionnelle qui sépare deux séries d’événements. Il existe deux types d’horizon des événements : l’horizon des événements passés et l’horizon des événements futurs. L’horizon des événements passés sépare des ensembles d’événements modifiables et immuables. L’horizon futur sépare des ensembles d’événements quelque peu différents. Un observateur peut prendre connaissance de tous les événements de la première série à un moment donné. Le second ensemble contient des événements dont l’observateur n’aura jamais connaissance.
Un trou noir possède un horizon d’événements passés. Un horizon similaire sera également observé par quelqu’un qui se déplace avec une accélération relativiste uniforme. La partie observable de l’univers possède un horizon des événements futurs. Ces «variétés» d’horizon des événements seront examinées plus en détail ci-dessous.
Voyage dans les abysses
Horizon des événements du trou noir
Les trous noirs constituent pour les physiciens théoriciens une plate-forme extrêmement pratique pour étudier et illustrer de nombreux phénomènes difficiles à expliquer. Ainsi, la science populaire connaît un exemple classique décrivant la chute d’un vaisseau fictif sur un trou noir et son observation par un observateur extérieur. Cet exemple décrit de manière frappante certaines caractéristiques de l’horizon des événements.
Selon la théorie de la relativité, pour un passager d’un vaisseau spatial, le voyage vers l’horizon des événements sera banal. Il se déplacera avec une accélération croissante jusqu’à ce qu’il atteigne la vitesse de la lumière à l’horizon des événements. L’observateur verra une image différente. Pour lui, la silhouette étirée du vaisseau ralentira à mesure qu’il s’approchera d’un trou noir. À l’horizon des événements, elle sera figée à jamais.
La science ne sait pas ce qu’il advient du vaisseau après avoir franchi cette ligne. Très probablement, du point de vue du passager du vaisseau, après avoir franchi la barrière de la lumière, il poursuivra son accélération. Il convient de noter que toute la masse d’un trou noir doit être concentrée en son centre, singularité infinitésimale. Par conséquent, le reste de l’espace du trou noir est simplement une région délimitée par l’horizon des événements.
Une vision différente du vide
Matériel connexe
En d’autres termes, le terme «rayon du trou noir» ne désigne pas le rayon d’un objet matériel. Il s’agit du rayon d’une région à l’intérieur de laquelle la physique connue ne s’applique pas. Une fois dans cette région, notre vaisseau ne pourra non seulement pas s’en échapper, mais tombera inévitablement en son centre.
Dans ce cas, une caractéristique intéressante de l’horizon des événements est que, du point de vue de l’observateur, il n’y a pas de singularité. Tout ce qui est tombé dans le trou noir pour notre monde (extérieur) restera à jamais au bord de l’horizon des événements. En d’autres termes, de notre point de vue, toute la masse du trou noir est concentrée non pas au centre, mais à la périphérie. Non seulement le vaisseau spatial n’atteindra pas le centre, mais il ne franchira pas non plus la limite du trou noir.
Pour ceux qui sont pris dans le trou noir, le franchissement de l’horizon des événements se fera à la vitesse de la lumière. Le voyage vers la singularité se fera à une vitesse encore plus grande, ce qui viole également les lois de notre physique. Finalement, tout corps pris dans un trou noir deviendra inévitablement une partie de la singularité. Selon ses critères, il s’écoulera relativement peu de temps, alors qu’à l’extérieur du trou, l’univers tel que nous le connaissons pourrait disparaître. En effet, selon le modèle de Hocking, le trou noir s’évapore en un temps incroyablement court.
L’étendue de l’horizon des événements
L’horizon des événements est, avec la singularité, le principal «attribut» d’un trou noir. Son rayon, également appelé rayon gravitationnel ou rayon de Schwarzschild, dépend linéairement de sa masse. On peut presque estimer le rayon d’un trou noir en multipliant trois kilomètres par le rapport entre sa masse et celle du soleil. Ainsi, un trou noir de la masse de la Terre aurait la taille d’un cerisier. Dans le même temps, la taille des trous noirs supermassifs se comptera en millions, voire en milliards de kilomètres.
Il est évident qu’à des tailles aussi colossales, ces objets ne possèdent pas de forces de marée aussi destructrices. Par conséquent, l’idée qu’un corps se déchire avant même de s’approcher d’un trou noir est une illusion. Il s’avère que, théoriquement, il est possible de permettre à un être humain de voyager jusqu’à la profondeur d’un trou noir, comme cela a été dit plus haut.
Le plus intéressant est que la taille d’un trou noir ayant une masse égale à celle de l’univers observable est plusieurs fois inférieure à la taille de l’univers lui-même. En fait, il est nécessaire de se rappeler que l’horizon des événements est un voile qui enveloppe l’Univers observable. En d’autres termes, ce qui se trouve au-delà de l’horizon des événements de l’Univers est caché à l’observateur comme un vaisseau spatial dans un trou noir.
L’horizon des événements universel
L’horizon des événements de l’Univers et la sphère de Hubble
L’horizon des événements de l’Univers observable est l’un des trois paramètres caractérisant ses frontières. Il existe également la sphère de Hubble et l’horizon des particules. Le rayon de la sphère de Hubble est égal à la distance parcourue par la lumière au cours de la vie de l’Univers, soit environ 14 milliards d’années-lumière. Cependant, notre Univers n’étant pas statique, la sphère de Hubble n’est pas sa frontière. La véritable frontière est caractérisée par l’horizon de particules, qui tient compte de l’expansion de l’Univers. Le rayon de l’horizon de particules est environ trois fois supérieur à celui de la sphère de Hubble. Il est égal à la distance réelle parcourue par l’objet le plus éloigné ayant eu le temps d’émettre de la lumière jusqu’à l’observateur.
L’horizon des événements est quelque peu différent de l’horizon des particules. Il filtre les événements de notre univers dont nous ne connaîtrons jamais l’existence. Son rayon est supérieur de plusieurs milliards d’années-lumière au rayon de la sphère de Hubble.
Ces trois paramètres dépendent directement de l’observateur lui-même. C’est l’une des différences entre l’horizon des événements d’un trou noir et l’horizon des événements de l’univers. En effet, l’horizon des événements d’un trou noir ne dépend pas de l’emplacement des différents observateurs. Au contraire, chaque observateur, selon l’endroit où il se trouve, verra la limite de l’Univers différemment. Ceci est similaire à la façon dont l’horizon diffère d’un point à l’autre de la surface d’une planète.
L’horizon de Rindler
Un horizon des événements existe également pour un observateur qui se trouve dans un état d’accélération relativiste égale. Un tel corps sera accompagné de deux horizons qui ressemblent beaucoup à l’horizon des trous noirs. Par exemple, cet horizon possèdera également un rayonnement similaire au rayonnement des trous noirs qui s’évaporent.
Cet horizon est également appelé horizon de Rindler. Il porte le nom de son découvreur, Wolfgang Rindler, qui a d’ailleurs lui-même inventé le terme «horizon des événements».
Horizon visible
Un trou noir dans une conception d’artiste
Nous avons maintenant une idée de la façon dont l’horizon des événements est perçu par la science moderne. Il semblerait que Stephen Hawking ait décidé de réfuter son existence. En fait, cette nouvelle hypothèse a été créée pour résoudre certaines contradictions liées aux trous noirs.
La théorie quantique naissante a déjà transformé les trous noirs en objets capables de rayonner. Selon le même modèle quantique, l’horizon des événements de notre vaisseau ne sera plus une simple limite conventionnelle. Avec une grande concentration d’énergie, le «nouvel» horizon des événements quantiques détruira complètement le vaisseau. Cependant, comme nous le rappelons, selon les principes de la théorie de la relativité, le vaisseau devrait passer cette limite sans encombre
Première image visuelle directe d’un trou noir supermassif et de son ombre au centre de la galaxie M87.
Il a donc été décidé d’apporter quelques modifications aux idées établies sur l’horizon des événements. Désormais, l’horizon des événements ne retient que temporairement ce qu’il a obtenu. Lorsque le trou noir s’évaporera, l’information retournera au-delà de l’horizon, bien que sous une forme déformée. Cependant, Hocking lui-même qualifie son idée de simple hypothèse. Il souligne que les scientifiques ont encore beaucoup à apprendre avant de pouvoir parler en toute confiance de l’horizon des événements.
Un héros de science-fiction
Le trou noir de Gargantua dans le film Interstellar.
Quoi qu’il en soit, le caractère mystérieux et inexploré de l’horizon des événements continuera d’exciter l’esprit des auteurs de science-fiction pendant longtemps encore. Le plus souvent, l’horizon des événements apparaît comme une passerelle vers un espace, un temps ou une dimension lointains. Les fantaisistes sont vraiment libres de lui attribuer de nombreuses propriétés, car jusqu’à présent la science n’est pas en mesure de les contredire.
Le film «Interstellar» de Christopher Nolan est le plus réussi à cet égard.
Le physicien théoricien Kip Thorne, qui n’est pas inconnu, a participé à la rédaction du scénario et à l’élaboration du graphisme du film. Cela distingue nettement le film de la plupart des images fantastiques. Pratiquement personne ne peut se comparer au réalisme du «dessin» d’un trou noir supermassif, réalisé dans «Interstellar».
Pour ceux qui veulent se sentir comme un héros d'»Interstellar», une application a été créée. Le modèle de trou noir en ligne simule la courbure de l’espace autour du trou noir. L’application permet d’observer l’horizon des événements sous différents angles et approximations. Au son de «Interstellar», vous pouvez plonger jusqu’à l’horizon des événements, en observant le changement non seulement de la beauté cosmique ou du disque d’accrétion, mais aussi de la grille de coordonnées.
Date de publication: 12-26-2023
Mettre à jour la date: 12-26-2023