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Why are black holes stable against their own gravity?

by Peter Morley

Pourquoi les trous noirs sont-ils stables face à leur propre gravité ?

par Peter Morley

Fig. 1. Un trou noir de masse M a une courbure scalaire constante négative intérieure R, avec un rayon r0 donné par la solution de Schwarzschild (r0 = 2GM/c2 , où c est la vitesse de la lumière et G est la constante gravitationnelle de Newton). Cela crée une pression extérieure PS annulant exactement la pression intérieure PM de l'auto-gravité du trou noir essayant de comprimer l'objet. R est discontinu à l'horizon. Il n'y a pas de tension superficielle. Crédit : Reports in Advances of Physical Sciences (2023). DOI : 10.1142/S2424942423500019

Les étoiles à neutrons sont de la matière de type temps avec une masse maximale d'environ 2,34 masses solaires en chromodynamique quantique (la force de couleur forte). Les trous noirs sont de la matière de type espace qui n'ont pas de masse maximale, mais une masse minimale de 2,35 masses solaires. En effet, les trous noirs ont été identifiés avec des millions ou des milliards de masses solaires.

Toute matière temporelle est causale, tandis que la matière spatiale des trous noirs est acausale. La matière spatiale acausale n'a pas d'états de particules identifiables (tout est hors couche de masse dans la région spatiale), pas de principe de Pauli, pas d'équations de mouvement, pas d'équation de stabilité hydrostatique, pas d'équations d'état, pas d'entropie, pas de température, pas de constante de Planck, pas de constante de Boltzmann, pas de théorie quantique des champs à température finie.

Les seules quantités qu'un trou noir possède sont des invariants gravitationnels, qui sont observables à l'infini et à la courbure scalaire R. Les fonctions des invariants gravitationnels sont également des invariants gravitationnels tels que son volume, sa surface, son rayon, etc.

Les variétés gravitationnelles sont des espaces métriques qui ont des symétries isométriques, et ces invariants gravitationnels sont des invariants sous ces symétries. Si l'espace métrique est l'espace de Minkowski, les symétries isométriques ne sont que le groupe de Poincaré bien connu.

Les trous noirs sont des objets stables sans masse maximale

Les pressions des trous noirs — PS, la pression vers l'extérieur qui le maintient gonflé par la courbure scalaire négative, et PM la pression vers l'intérieur due à la gravité propre qui tente de le comprimer — sont des invariants gravitationnels. Dans la preuve que PS = -PM , il est démontré que l'équilibre est également stable et qu'une constante universelle de trou noir émerge F = 3c4/4G = 9,077...x1043 N.

Tous les trous noirs ont la même constante de force F qui les gonfle, indépendamment de la masse du trou noir. C'est cette nouvelle constante universelle du trou noir qui explique pourquoi les trous noirs n'ont pas de masse maximale.

Il y a deux conséquences immédiates de cette constante de force universelle :

(1) La plus grande pression de l'univers, Puniverse, est une observable physique et calculable. Le plus petit trou noir a la pression la plus élevée de l'univers. En utilisant la masse solaire minimale estimée de 2,35, on obtient Puniverse = 1,5183...x 1035 N/m2. C'est une valeur incroyablement grande, donc nous pouvons la comparer à la pression centrale estimée de Jupiter PJupiter = 650 x 106 livres/pouce2 (site Web de la NASA - utilise les unités britanniques), ce qui donne Puniverse/PJupiter = 3,3878...x1022, ce qui dépasse encore la compréhension humaine.

(2) Il existe une loi d'aire pour la fusion des trous noirs, mais ce n'est pas une supposition de Hawking et n'a rien à voir avec l'entropie. Pour que deux trous noirs en fusion se forment avec des pressions P1 et P2 dans le volume, laissant un résidu avec une pression P3, il faut que P1+P2 > P3, sinon le résidu ne peut pas exister. Étant donné que les pressions sont P = F/aire, avec une constante de force universelle F, cela donne la loi réelle de l'aire de coalescence des trous noirs, impliquant des aires réciproques 1/A1 + 1/A2 > 1/A3. Les données disponibles sur les ondes gravitationnelles sont cohérentes avec cette loi de l'aire de coalescence réciproque. L'existence de la constante universelle des trous noirs contrôle la coalescence des trous noirs.

Fig. 2. Fausse singularité BH due à la mauvaise appropriation des équations causales d'Einstein du mouvement à la BH acausale. Les unités sont G = c = 1. Crédit : Reports in Advances of Physical Sciences (2024). DOI : 10.1142/s242494242450004x

Question des singularités des trous noirs

L'application de la causalité à la matière acausale de type spatial conduit toujours à des contradictions. L'affirmation largement citée selon laquelle les trous noirs ont une singularité est basée sur l'application erronée des équations causales du mouvement d'Einstein aux trous noirs acausaux, produisant une fausse singularité, voir figure 2.

Cette équation est une contradiction, car la courbure scalaire est un invariant gravitationnel du côté gauche, mais le côté droit a des coordonnées sphériques, qui ne sont pas invariantes gravitationnellement. Dans l'article publié dans Reports in Advances of Physical Sciences, il est ainsi prouvé que les trous noirs n'ont pas de singularités.

Des contradictions apparaissent toujours si la physique causale est appliquée à la matière de type espace des trous noirs

Des contradictions apparaissent si la théorie quantique des champs à température finie causale est mal adaptée aux trous noirs acausaux de type espace : dans une référence fréquemment citée, Hawking a fait exactement cette mauvaise appropriation et a déclaré que les trous noirs ont une température et évaporent leur masse, atteignant l'état de vide.

Où est la contradiction que nous attendons lorsque la physique causale est appliquée aux trous noirs acausaux de type espace ? Si les trous noirs rayonnaient vraiment, leur masse approcherait en effet de zéro, mais comme le montre la figure 1, leur courbure scalaire négative R ne tend pas vers zéro, mais tend plutôt vers l'infini négatif : l'état final du trou noir n'est pas l'état de vide requis R = 0. C'est la contradiction qui naît de la théorie causale des champs à température finie détournée vers la matière acausale de type spatial.

Renormalisation de la courbure scalaire R

L'un des objectifs de la relativité générale est la renormalisation de R dans l'espace-temps à quatre dimensions. Il est montré dans un article de 2018 que la renormalisation de R dans la théorie quantique des champs à température finie satisfait le même théorème que la renormalisation du potentiel thermodynamique.

Les deux quantités sont des observables physiques qui n'ont pas de « jambes » (c'est-à-dire pas de fonctions de Green externes) dans les diagrammes de Feynman. La prédiction « tristement célèbre » de la théorie quantique des champs selon laquelle la densité d'énergie du vide électrofaible est 10120 ordres de grandeur plus grande que la densité d'énergie du vide expérimentale est une fausse déclaration, car ce terme constant s'annule dans le théorème de renormalisation du potentiel thermodynamique.

Enfin, on peut dire que la planète Jupiter, en raison de la causalité, est incontestablement un objet beaucoup plus complexe qu'un trou noir acausal.

Cet article fait partie de Science X Dialog, où les chercheurs peuvent rendre compte des résultats de leurs articles de recherche publiés. Visitez cette page pour obtenir des informations sur Science X Dialog et savoir comment participer.

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COMMENTAIRES

 Voici pour les eleves 

Qu'est-ce qui empêche un trou noir de s'effondrer par propre   force   de gravitation ?

Revenons au début :

Si le noyau d'une étoile ne contient que deux ou trois masses solaires de matière lorsqu'ieller s'effondre, la pression de dégénérescence des neutrons (c'est-à-dire la résistance des neutrons à être écrasés les uns contre les autres) réussira à arrêter l'effondrement. Mais pouir des masses superieures  elle devient  une etoile e neutron    ou un trounoir  pour une masse i,itioale encore plus grosse .

2/Poues lecteurs 

Que ne permet pas la gravité dans un trou noir ?

Un trou noir est si dense que la gravité juste sous sa surface, l'horizon des événements, est suffisamment forte pour que rien – pas même  unautre trou noir – ne puisse s'en échapper. les deux  s accolent 

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La gravité peut-elle détruire un trou noir ?

Puisque rien ne peut échapper à la force gravitationnelle d'un trou noir, on a longtemps pensé que les trous noirs étaient impossibles à détruire. Mais nous savons maintenant que les trous noirs s'évaporent, restituant lentement leur énergie à l'Univers. 

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More information: P. D. Morley, Why are Black Holes Stable Against Their Own Gravity? Reports in Advances of Physical Sciences (2024). DOI: 10.1142/S242494242450004X

Dr. Peter Morley is a theoretical physicist. A p