Les trous noirs revus par la mécanique quantique


Pour comprendre la structure interne d’un trou noir, il faut comprendre le concept de « compacité », c’est-à-dire un très haut niveau de potentiel masse/énergie dans l’espace (GeV/cm²). Ce niveau se trouve dans les trous noirs et au début de l’univers (Big Bang). Dans le premier cas, il s’agit d’un effondrement de la matière du à des champs gravitationnels et dans le second, d’une expansion de l’espace due à des champs répulsifs. Ainsi, même si l’état de compacité est atteint dans les deux cas, les circonstances n’étant pas les mêmes, les phénomènes liées non plus puisque l’un parle d’un centre gravitationnel et l’autre d’un univers homogène et isotrope,… ce qui n’est pas le cas d’un trou noir (isotrope) puisqu’il est orienté vers un centre gravitationnel. Toutefois, cet état de compacité s’établit de lui-même dès qu’il y a un effondrement extrême de la matière. La quête est donc de le comprendre afin de se le représenter et éventuellement de le calculer. Bref, qu’est-ce que l’état de compacité de la matière ?

L’état de compacité apparaît dès que le rayon de schwarzschild est atteint. Il est un état de compression extrême de la matière. Toutefois les points de vue de la relativité générale et de la mécanique quantique s’opposent car l’un considère un espace malléable à volonté et l’autre se concentre sur un espace minimum nécessaire à la matière. L’un parle d’effets certains avec un espace-temps précis et une réalité prévisible (réalisme) alors que l’autre parle d’effets probabilistes avec un espace-temps évolutif dépendant d’un enchevêtrement de réalités superposées (surréalisme). Les systèmes étant de natures différentes par essence, il devient difficile de les associer avec des mathématiques puisque les calculs sont tout aussi différents. Dès lors rien ne semble pouvoir concilier l’infiniment grand avec l’infiniment petit.

 

Pourtant, on peut déjà éliminer ce qui est improbable et illogique… Comme une matière existant sans espace-temps (impossible) puisque la matière a besoin d’espace pour s’exprimer (Big Bang) ! En effet, selon la mécanique quantique, matière et énergie sont des perturbations probabilistes dans les différents champs quantiques qui interagissent entre eux. Pas d’espace = pas de champs quantiques, donc pas de perturbations. Ce qui revient à dire, pas de matières ni énergies non plus. Il faut un espace minimum pour que ces perturbations puissent exister. Ce que ne permet pas la singularité gravitationnelle de la relativité générale qui parle d’espace-temps,… sans espace ni temps ! Un phénomène encore incompréhensible.


Comme précédemment citer dans une publication antérieure (the Big bang reviewed by quantum mechanics), il faut faire la différence entre les phénomènes gravitationnels et les lois de la physique qui les gouvernent. La gravité modifie l’espace-temps. Mais cet espace-temps doit néanmoins répondre à certaines conditions. Tout d’abord, la limite de Planck impose un espace minimum (10-33 m). Ensuite l’exclusion de Pauli met une limite à l’effondrement de la matière. À un certain niveau, elle devient incompressible. De même, le principe d’incertitude d’Heisenberg doit aussi jouer au cœur d’un trou noir. Mais comment tout cela s’agence-t-il ?


Habituellement, la matière s’agence en formes géométriques (molécules) constituées majoritairement de vides quantiques (99%). La pression de dégénérescence électromagnétique, qui est due à l’exclusion de Pauli, empêche les molécules de se traverser, ce qui permet à la matière de résister à la pression et à la gravité dans une naine blanche. Dans une étoile à neutron, les molécules ne tiennent plus mais l’exclusion de Pauli, si. À travers la pression de dégénérescence de la force forte, elle résiste encore à la gravité et à la pression. Toutefois la gravité d’un trou noir l’emporte face à la force forte qui est un phénomène énergétique mais pas face à l’exclusion de Pauli puisque celle-ci fait partie des lois incontournables de la physique. Ainsi la pression de dégénérescence n’est qu’un phénomène (conséquence) issu de l’exclusion de Pauli (cause) mais régit par différentes forces. La gravité peut empêcher les phénomènes de s’exprimer mais elle ne peut pas changer les lois de la physique. Donc elle ne peut pas empêcher l’exclusion de Pauli de se manifester. Ainsi cette dernière ne permet pas un effondrement total de la matière.


À l’intérieur d’un trou noir, la force forte devrait être vaincue aussi bien que la force faible ou électromagnétique. Ce qui veut dire que les particules ne savent plus s’organiser en structures géométriques, que ce soit des atomes ou mêmes de simples noyaux, aucune forme composite ne tient plus. Bref, la matière en est réduite à l’état de particules. Cela produit un dégagement intense d’énergie (gamma) qui va se diriger vers le centre gravitationnel avec le reste de la matière. Toutefois, celle-ci va s’effondrer vers le centre… Jusqu’à ce que l’exclusion de Pauli ne marque une limite : les fermions ayant les mêmes attributs ne peuvent occuper le même espace.


Ainsi, ceux-ci se mettent à former des champs. Des champs de particules ayant les mêmes attributs et donc des champs incompressibles. Ainsi chaque particule va se voir coincée dans son propre champ avec ses semblables (indiscernables). L’ensemble forme de nombreux volumes constitués de matières aux attributs différents. Ces volumes occupent le même espace-temps (la zone centrale du trou noir) puisqu’ils ne souffrent pas de l’exclusion de Pauli entre eux. Ils créent des bouchons ne permettant pas l’effondrement total de l’espace et donc empêchent la singularité gravitationnelle d’apparaître. Toutefois, les fermions au centre devraient se voir confiner de toute part par la gravité et la pression réduisant ainsi le champ de leur position… à une seule possible ! Ce qui fait que nous n’aurions aucune idée de la vitesse de ces particules dites « immobiles ». Cependant, l’énergie (bosons) qui, constitue aussi l’information, est indifférenciée. Ainsi contrairement à la matière, elle peut se concentrer en un point, la zone centrale !  Elle s’y concentre amenant des températures infernales digne des débuts des l’univers (Grand Unified Theory). Il est néanmoins à douter que la théorie du tout existe : l’union des forces amène celles-ci à avoir les mêmes intensités. Ainsi la gravité qui en est la plus petite devrait sérieusement changer. Pourtant, un quasar répond toujours aux lois de la relativité telles que décrites par Einstein. Ce qui incite à penser que même malgré des températures extrêmes, la gravité reste fidèle à elle-même. Néanmoins la gravité devrait empêcher ces températures de s’exprimer au centre du trou noir à travers un dynamisme puisque ses fermions sont coincés à l’extrême. Le dynamisme véhiculé par la chaleur devrait toutefois commencer à se faire sentir dès qu’on s’écarte du centre. Il commencera avec une plus grande probabilité de positions possibles, ce qui amènera les champs à respecter des isosurfaces de plus en plus grandes à mesure qu’on s’écarte du centre. Mais ce n’est qu’à la surface des volumes que la matière pourra enfin vibrer à cause des températures. Celles-ci sont prônées par des bosons formant une sorte de torr passant par le centre. Un centre qui est lui-même gravitationnellement neutre puisque toutes les masses sont autour de lui, mais un centre qui attire quand même toutes les particules.


Dans un trou noir, la matière est dans un état de compacité extrême, c’est-à-dire qu’il n’y a plus de place pour le vide quantique puisque la gravité y écrase tout. Ce sont juste des particules agencées les unes sur les autres et dont les mouvements se réduisent à fur et à mesure que l’on se rapproche du centre. Un centre qui doit supporter toute l’information qui ne cesse de « looper » vers ses particules et qui chauffent terriblement mais sans pouvoir exprimer leur dynamisme à cause de la gravité. C’est donc un centre qui supporte une énorme pression que la gravité emprisonne. Néanmoins la masse fuit par évaporation d’après Stephen Hawkins. La masse s’enfuyant sans libérer l’information (chaleur), la gravité  diminue… mais pas la pression !


Il viendra bien un moment où celle-ci finira par vaincre la gravité… dans des temps immémoriaux ! À ce moment-là, la pression l’emportera sur la gravité et le phénomène s’inversera : la matière et l’information seront recrachées du trou noir. Cela donnera naissance à une fontaine blanche : la matière surgit d’un espace concentré pour se répandre violement dans l’environnement. Il est à noter que les bosons d’un trou noir (qui constituent son information) sont suffisamment énergétiques pour créer de la matière mais sans vide quantique, il n’y a pas d’interaction créatrice. Cependant, lorsque le trou noir se transforme en fontaine blanche, le vide quantique apparaît enfin, permettant les interactions créatrices. Ainsi beaucoup de matières sont éjectées alors que d’autres se constitue encore au sein de la fontaine blanche. Ce qui doit donner un phénomène impressionnant mais hors de notre portée puisque ces événements seront parmi les derniers du cosmos.


La science est étrange : on fait des découvertes étonnantes mais comme on ne les comprend pas complètement, on passe souvent à côté de petites merveilles. Voici un exemple :

Singularité gravitationnelles + exclusion de Pauli = champs quantiques remplis de particules !

Autrement dit : des volumes (champs) de particules de toutes sortes avec un centre unique.

 

Conflit d’intérêts :

Cette théorie est liée à un livre : « L'origine de la matière ». Ce livre appartient au catalogue « Les Enseignements de l’Ange ». Cette collection possède de nombreuses théories incluant l’apparition de la vie dans l’ouvrage « Les origines de la vie ». Ainsi il y a un conflit d’intérêt non négligeable : avoir raison fait vendre alors qu’avoir tort donne l’impression d’être un idiot ! Ceci peut mener à des erreurs. C’est pourquoi il faut être prudent : le conflit étant inévitable, l’information ne peut être validée que si elle est approuvée par des pairs. Ce qui peut demander beaucoup de temps !