ScienceClic : Trous Noirs et Cônes de Lumière

Introduction aux cônes de lumière

• Allumer une bougie crée un flash de lumière qui forme une bulle en expansion.
• Cette bulle, en 3D, est impossible à quitter, car cela nécessiterait de dépasser la vitesse de la lumière.
• En 2D, cette bulle apparaît comme un cercle grandissant.
• Le diagramme de cette expansion est un cône de lumière, élargi du passé vers le futur.

Propriétés des cônes de lumière

• Les parois du cône inclinées à 45° (lumière parcourant une même distance en un même temps).
• Le cône de lumière s'étend à la vitesse de la lumière, confine notre trajectoire.
• Essentiel pour comprendre la structure de l'univers et les relations de cause à effet.

Causalité et limitations

• Un événement ne peut affecter la Terre que lorsque son cône de lumière atteint la planète.
• Causalité limitée par la vitesse de la lumière.

Différences entre temps et espace

• Dans l'espace : liberté de mouvement dans toutes les directions.
• Dans le temps : mouvement uniquement du passé vers le futur.
• Les cônes de lumière illustrent cette différence : on ne peut pas faire demi-tour dans le temps.
• Temps en relativité : direction des cônes de lumière.

Influence de la gravité sur les cônes de lumière

• Gravité dévie aussi bien la matière que la lumière.
• Près d'un astre massif, les cônes de lumière sont courbés.
• Plus un objet est massif, plus il courbe l'espace-temps.

Les trous noirs

• Région où l'espace-temps est courbé au point où tous les objets sont attirés vers le centre.
• Horizon du trou noir : frontière au-delà de laquelle la lumière ne peut s'échapper.
• À l'intérieur, le temps est dirigé vers le centre.

Point de vue de l'astronaute et de l'observateur lointain

• Observateur distant : horizon semble immobile.
• Astronaute : temps et espace inclinés près de l'horizon, impossibilité de sortir.

Formation des trous noirs

• Une étoile s'effondre, formant un cône de lumière immobile.
• Diagramme de Penrose : montre intérieur et extérieur du trou noir comme des régions distinctes.
• Singularité : événement futur inévitable.