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Science Étonnante, (#20) Les trous noirs - YouTube

(#20) Les trous noirs - YouTube

Bonjour à tous, aujourd'hui je voudrais vous parler de ces objet étranges et mystèrieux que l'on appelle les trous noirs

alors je voudrais vous expliquer déja :

qu'est ce que c'est ?

Où est-ce qu'on en trouve ?

Et puis, quelle est la bonne attitude à avoir si jamais vous en croisez un ?

Les trous noirs ont beau être des objets très complexes dont on n'a pas encore fini d'élucider la structure,

aujourd'hui je voudrais vous expliquer qu'on peut comprendre leur existence

grâce à un simple petit calcul qui ne fait appel qu'à de la physique de lycée.

Alors, imaginons que vous soyez sur terre et que vous lanciez une balle de tennis en l'air.

Bon ben la balle va monter jusqu'à une certaine hauteur et puis elle va redescendre.

Si vous lancez la balle plus fort, elle va monter plus haut, mais vraisemblablement, elle va quand-même finir par redescendre.

La question qu'on peut se poser c'est

à quelle vitesse il faudrait lancer la balle de tennis pour qu'elle ne retombe jamais

c'est à dire qu'elle échappe à l'attraction terrestre.

Eh bien comme dans la vidéo que j'avais fait sur le saut à la perche, on peut

arriver à répondre à cette question en faisant un simple calcul d'énergie.

Quand on lance une balle à une certaine vitesse, on lui donne une énergie

qu'on appelle l'énergie cinétique

et qui est d'autant plus grande que la vitesse est élevée.

Cette énergie cinétique, elle va être dépensée pour vaincre la force de

gravité qui retient la balle sur terre

et à laquelle on peut associer aussi une énergie :

l'énergie gravitationnelle.

La condition pour que la balle ne retombe jamais et s'arrache de l'attraction

terrestre c'est tout simplement que l'énergie cinétique soit supérieure

à l'énergie gravitationnelle.

Alors évidemment il y a des équations pour exprimer tout ça :

l'énergie cinétique c'est un demi de "m" "v" carré où "v" c'est la vitesse de la balle et "m" sa masse

et l'énergie gravitationnelle c'est petit "m" fois grand "M" "G" sur "R" où grand "m" c'est la masse de la Terre,

"R" c'est son rayon et "G" c'est la constante de gravitation universelle.

Donc si on prend cette équation et qu'on la tripote un peu, on peut en

sortir que la vitesse minimum que la balle doit posséder

pour s'arracher définitivement de l'attraction terrestre

c'est racine de 2 "G" "M" sur "R".

Si vous lancez la balle en dessous de cette vitesse elle finira par retomber,

si vous la lancez au-dessus de cette vitesse elle partira dans l'espace et ne

retombera jamais.

Cette vitesse minimum à posséder pour s'arracher de l'attraction terrestre,

on l'appelle la vitesse de libération

et vous voyez qu'elle dépend de la masse de la planète et de son rayon

donc on peut s'amuser à essayer de calculer sa valeur pour quelques

astres bien connus.

Par exemple pour la terre cette vitesse de libération, elle vaut 11 km par seconde.

C'est vraiment beaucoup hein, vous voyez qu'avant de lancer une balle à cette vitesse là,

bah, va falloir se lever tôt.

Pour la lune par exemple la vitesse de libération est plus faible, c'est

seulement 2,4 km par seconde.

Bon c'est pas très surprenant puisqu'on sait que l'attraction gravitationnelle à la

surface de la lune, elle est plus faible qu'à la surface de la terre.

Si maintenant on s'amuse à faire le calcul pour le soleil, on trouve une valeur

beaucoup plus élevée, hein, la vitesse de libération, elle est de 617 km par seconde,

ça fait plus de deux millions de km/h.

Maintenant imaginez une planète qui aurait la masse du soleil

mais qui ne ferait qu'1 km de rayon.

Bon, pourquoi pas après tout, hein ?

Si on s'amuse à calculer la vitesse de libération à la surface de cette planète

on trouve 515 mille kilomètres par seconde.

Vous voyez ce qui cloche ? Ouais,

c'est plus que la vitesse de la lumière.

et on sait depuis Einstein que rien ne peut aller plus vite que la lumière.

Ça veut dire que si vous êtes à la surface de cette hypothétique planète,

jamais vous ne pourrez vous en échapper.

et ce qu'on a la c'est

une des définitions possibles d'un trou noir : un trou noir c'est un astre dont la

vitesse de libération

est plus grande que la vitesse de la lumière,

de sorte que

rien ne peut s'en échapper.

Heureusement pour nous cette situation elle n'est quand-même pas très courante, hein,

vous voyez que la vitesse de libération, elle est d'autant plus importante que la

masse est importante et que le rayon est petit, donc elle correspond à

des astres qui sont extrêmement denses, bien plus denses que les planètes ou les

étoiles normales. Mais on pense que cette situation peut quand-même se

produire pour certaines étoiles à la fin de leur vie.

Il faut savoir que quand une étoile a fini d'épuiser tout le combustible

nucléaire qui lui permet de briller,

elle commence à s'effondrer sur elle-même et donc elle devient de plus

en plus dense,

et sous l'effet de l'attraction gravitationnelle, elle se densifie, elle

se densifie et elle peut finir suffisamment dense pour former un trou noir.

C'est ce qu'on appelle les trous noirs stellaires.

Alors il faut savoir que c'est pas le seul scénario possible pour la fin de vie

des étoiles mais on pense que c'est ce qui se produit

pour les étoiles dont la masse dépasse plusieurs fois la masse du soleil

et d'ailleurs si le destin des étoiles vous intéresse je vous recommande

d'aller voir les vidéos de la chaîne "Le sense of wonder"

qui a déjà parlé notamment de la mort du soleil et des supernovas.

Il y a un point qui est vraiment très important à comprendre pour bien

percevoir le côté maléfique des trous noirs,

c'est qu'il n'y a pas besoin d'être à la surface de l'astre pour se retrouver piégé.

Il faut savoir que concept de vitesse de libération,

il ne s'applique pas seulement quand vous êtes à la surface, mais il s'applique

aussi à proximité de l'astre.

On peut reprendre notre calcul de tout à l'heure, avec une planète qui a un rayon "R" et une masse "M".

Imaginons qu'au lieu d'être à la surface, vous soyez

à une distance "D" du centre de la planète.

Eh ben on peut refaire exactement le même calcul que tout à l'heure

sauf que cette fois dans l'énergie gravitationnelle qu'il faudra vaincre

"R" sera remplacé par "D"

et vous voyez que la vitesse de libération deviendra racine de 2 "GM" sur "D".

Tout à l'heure on a vu que la vitesse de libération à la surface de la terre

c'était 11 km par seconde.

Et bien si je me place à 25000 km en orbite au-dessus de la surface

elle ne sera plus que d'environ 5 km par seconde.

On peut voir que la vitesse de libération quand on est à une certaine

distance de l'astre, elle sera toujours inférieure à ce qu'elle est

quand on est à la surface.

Mais on peut imaginer que si un astre est suffisamment dense et qu'on n'est pas très loin

même si on n'est pas à la surface, la vitesse de libération puisse être plus

grande que la vitesse de la lumière

et donc on pourrait quand-même se retrouver piégé.

Alors on peut écrire une condition pour savoir si on va être piégés ou pas.

Si on a un astre de masse "M",

la vitesse de libération elle sera supérieure à la vitesse de la lumière

dès qu'on se trouve à une distance plus petite qu'une valeur critique qui vaut

2 "G" "M" sur "c" carré.

En gros si vous avez un astre de masse "M" et que vous êtes à distance

inférieure à cette distance critique de lui,

et ben vous êtes cuit.

Et en fait ça c'est vrai même si le rayon de l'astre est bien plus petit que

la distance à laquelle vous vous trouvez.

Donc vous voyez que ce qui compte dans cette affaire ce n'est pas tellement le

rayon physique de l'astre, c'est plutôt cette distance critique en dessous de

laquelle on est sûr d'être piégés.

Cette distance critique on l'appelle le rayon de Schwarzschild de l'astre.

C'est en hommage au mathématicien qui le premier a résolu les équations de

la relativité générale dans le cas d'un corps sphérique.

Dès qu'un astre a un rayon physique qui est plus petit que le rayon de Schwarzschild,

vous avez un trou noir, et donc si vous êtes à une distance inférieure à ce rayon de Schwarzschild,

même si vous n'êtes pas sur l'astre et ben vous êtes piégés.

Ce rayon de Schwarzschild, il délimite donc une surface

Qu'on appelle l'horizon du trou noir.

C'est une frontière immatérielle qui marque le point de non-retour.

Alors j'insiste sur le fait que cette frontière elle est immatérielle parce

qu'au niveau de l'horizon du trou noir, il n'y a rien de spécial.

C'est juste la limite de la zone en dessous laquelle

vous êtes cuit.

Alors tout ça c'est très bien mais ça reste de la théorie,

d'autant plus que si rien ne s'échappe d'un trou noir, comment on fait pour les observer ?

Alors les trous noirs stellaires, ceux qui résultent de l'effondrement d'une étoile,

on n'en a jamais observé avec une absolue certitude.

On a un certain nombre de très bons candidats dont on ne voit pas très très bien ce que ça pourrait être d'autre que des trous noirs,

mais il subsiste quand-même encore un petit doute.

Par contre, il y a une autre catégorie de trous noirs, dont je n'ai pas encore parlé, et pour lesquels on est beaucoup plus confiants.

C'est ce qu'on appelle les trous noirs galactiques.

Les trous noirs galactiques ce sont des trous noirs géants

dont on pense qu'ils se trouvent au centre

d'à peu près toutes les galaxies,

et notamment de la nôtre : la voie lactée.

Alors si vous voulez contempler un trou noir ou plus ou moins

regarder dans sa direction, vous pouvez

les soirs d'été vous tourner vers le sud

et regarder la trace de la voie lactée

à proximité de la constellation du Sagittaire.

Alors c'est une constellation qui est bien connue

des astronomes amateurs parce que ses étoiles principales

dessinent une sorte de théière stylisée

Et ben légèrement au dessus

du bec de la théière c'est la direction du

centre de la voie lactée. Et c'est là

qu'on trouve un trou noir gigantesque

qu'on appelle Sagittarius A* (A-étoile)

et dont on pense qu'il pèse environ

4 millions de fois la masse du soleil.

Alors là vous allez me dire : comment on est sûr qu'il y a un trou noir

à cet endroit là puisqu'on ne peut pas le voir directement ?

Alors c'est vrai qu'on ne peut pas voir directement le

trou noir lui-même, mais il y a 2 choses

qu'on peut observer. La première c'est

la matière qui est autour du trou noir

et qui est en train de tomber vers le trou noir sans

encore avoir passé le point de non-retour.

Cette matière est très fortement accelérée

et ça lui fait émettre des rayonnements électro-magnétiques

qu'on capte en provenance de cette

direction du ciel.

L'autre chose qu'on peut observer, c'est la trajectoire

d'étoiles qui sont très proches du trou noir et qui

tournent autour. Récemment il y a des astronomes qui ont analysé la trajectoire de ces étoiles

et ça leur a permis de calculer la masse du trou noir

et d'estimer sa taille.

Maintenant qu'on a vu ce qu'est un trou noir et qu'on sait qu'ils existent

on peut se demander ce qui se passe

si jamais on en croise un.

Et bien si vous croisez un trou noir et que vous commencez à tomber

vers lui, ça ne va pas être très très

mouvementé en fait. Vous allez tomber en chute libre

mais comme il n'y a pas d'air, pour faire des frottements

ça va être très très différent d'une chute libre quand

on tombe d'un avion par exemple.

En fait vous allez tomber et avoir la sensation d'être

en totale apesanteur.

Ca va être plutôt sympa... Il y a juste un problème dans cette

histoire c'est que si vous tombez par exemple les

pieds devant, vos pieds vont être légèrement

plus proches du trou noir que votre tête,

et donc ils vont subir une attraction gravitationnelle

qui va être un chouïa plus importante

que celle subie par votre tête

Et le problème c'est qu'à force de tomber,

ce chouïa, il va devenir de plus en plus gros

et il va commencer à vous étirer.

Alors, ce phénomène d'étirement c'est ce qu'on appelle la force de marée

Alors, il n'est pas du tout spécifique des trous noirs

et c'est justement lui qui explique le phénomène des

marées sur terre.

Quand la lune est d'un certain côté de la planète elle va

attirer un petit peu plus l'eau qui est proche d'elle

que l'eau qui est loin d'elle, et donc elle va

déformer la surface des océans, et ça va

causer des marées hautes à certains endroits

et des marées basses à d'autres endroits.

Et vous quand vous allez tomber vers

le trou noir, et bien ces forces de marées elles vont

commencer à vous étirer vous étirer vous étirer

jusqu'à vous écarteler.

C'est ce qu'on appelle parfois la spaghettification.

Contrairement à une idée répandue le fait de

se faire spaghettifier n'a absolument rien à voir avec le fait

de franchir l'horizon du trou noir.

La spaghettification peut avoir lieu bien avant

ou bien après l'horizon.

D'ailleurs quand vous allez passer l'horizon du trou noir,

il ne va rien se produire de spécial,

vous n'allez même pas vous en rendre compte.

Par contre si vous avez laissé un pote

en orbite un peu plus loin,

lui, il va voir des drôles de trucs.

Quand vous tombez vers le trou noir, votre copain

il peut vous voir tomber parce qu'il y a des rayons

lumineux que vous émettez et qui parviennent jusqu'à lui.

Et plus vous vous approchez du trou noir

plus les rayons lumineux que vous émettez

vont mettre du temps à lui parvenir.

Et donc lui, il vous verra tomber

de plus en plus lentement.

Et en fait de son point de vue à lui votre chute va

tellement de plus en plus se ralentir

qu'il pourra vous regarder tomber jusqu'à la fin des temps.

En fait il vous verra vous

rapprocher de plus en plus de l'horizon mais

il ne pourra jamais vous voir le franchir.

Ça c'était pour votre pote qui est resté

loin du trou noir et qui est en train de vous regarder.

Par contre, vous, une fois que vous avez franchi

l'horizon ça va commencer à devenir beaucoup moins cool.

Bon déjà vous allez tomber de plus en plus vite,

les forces de spaghettification vont être de plus en plus importantes

et vraisemblablement vous allez vous faire écarteler.

Alors imaginons quand-même que vous arriviez à survivre,

vous allez découvrir que la structure de l'espace-temps

a complètement changé.

Alors c'est quelque chose qui est assez difficile à décrire sans vraiment

regarder les équations, mais il y a quand-même une manière de le comprendre.

Vous savez pour nous sur terre on dit que le temps s'écoule,

ça veut dire que le temps passe

et qu'on peut absolument rien y faire,

on ne peut pas décider de rester à un moment

fixe du temps.

Par contre pour l'espace c'est beaucoup plus simple :

si je veux rester dans une position fixe de l'espace,

personne ne m'en empêche.

Et bien de l'autre côté du trou noir,

c'est impossible de rester à une position

fixe de l'espace.

L'espace s'écoule, un peu de la même

manière que le temps s'écoule pour nous

Ca veut dire que quoi que vous fassiez,

vous tombez inéluctablement vers le centre du trou noir.

Si vous êtes tombé dans le trou noir en étant équipé

d'un jet pack ou alors à bord d'une fusée

avec un moteur,

vous allez peut être être tenté de vous en servir

pour essayer de ralentir un peu votre chute.

Mais en fait c'est une mauvaise idée,

parce qu'on peut montrer que si jamais vous essayez de vous débattre comme ça,

le temps qui vous sépare du centre du trou noir

va se raccourcir.

Si vous voulez que le temps de votre chute vers le centre

du trou noir prenne le plus de temps possible,

en fait la meilleure chose à faire c'est de ne rien faire.

Il faut se laisser tomber en chute libre.

Une fois au centre du trou noir,

il faut avouer qu'on ne sait pas très très bien ce qui se passe.

Alors la théorie de la relativité générale d'Einstein

nous dit qu'au centre du trou noir il y a

un point où la densité et

la courbure de l'espace-temps deviennent infinis,

ce qu'on appelle une singularité.

Sauf qu'en pratique, on se doute

qu'au voisinage de cette singularité

le théorie de la relativité générale toute seule, elle ne marche plus.

Il faut notamment prendre en compte des effets de mécanique quantique,

et pour faire ça correctement, il faut qu'on dispose

d'une théorie qui unifie

mécanique quantique et relativité générale.

Aujourd'hui on n'a pas de théorie comme ça

mais, je vous en ai déjà parlé, il y a plusieurs tentatives.

Il y en a une qui est la théorie des cordes sur laquelle

j'avais fait une vidéo

et il y en a une autre qui est la gravité quantique à boucles

dont je vous parlerai bientôt.

Mais il faut avouer qu'à l'heure actuelle aucune de

ces 2 théories ne donne une réponse vraiment

très très satisfaisante pour savoir ce qui se passe

au voisinage de la singularité,

et à l'heure actuelle les trous noirs n'ont

pas encore livré tous leurs mystères.

Voilà c'est tout pour aujourd'hui !

Alors comme d'habitude j'ai écrit un petit billet qui accompagne cette vidéo

et qui précise une chose ou 2.

Notamment il faut savoir que l'argument que je vous ai

donné pour justifier l'existence des trous noirs,

celui basé sur la vitesse de libération,

en fait il n'est pas correct.

C'est un argument qu'on appelle "avec les mains".

Mais pour vraiment démontrer que les trous noirs existent,

il faut faire les équations de la relativité générale,

on ne peut pas s'en sortir autrement.

Si vous voulez comprendre où est la faille dans cet argument

et comprendre un peu pourquoi la relativité générale

explique l'existence des trous noirs, vous pouvez

aller lire ce billet.

Un autre billet que j'ai écrit il y a quelque temps et qui

peut vous intéresser se demande si on peut créer

des micro-trous noirs dans le LHC,

vous savez, l'accélérateur de particules du CERN.

Alors a priori il y a peu de chances mais

il y a quand-même une certaine version de la théorie

des cordes qui prédit que

peut-être, au LHC, on pourrait

créer des micro-trous noirs.

Merci d'avoir suivi cette vidéo !

Comme d'habitude si elle vous a plu n'hésitez pas à la partager

pour m'aider à faire connaître la chaîne,

vous pouvez vous abonner, vous pouvez me retrouver sur les réseaux sociaux,

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Ceux qui le souhaitent peuvent me soutenir sur Tipeee.

Merci beaucoup à tous les tipeeers qui me soutiennent,

et vous pouvez aussi me retrouver sur mon blog Science étonnante.

Merci et à bientôt !

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(#20) Les trous noirs - YouTube (#20) Schwarze Löcher - YouTube (#20) Black holes - YouTube (#20) Agujeros negros - YouTube (#20) Buchi neri - YouTube (#20) ブラックホール - YouTube (#20) Zwarte gaten - YouTube (#20) Czarne dziury - YouTube (#20) Buracos negros - YouTube (#20) Черные дыры - YouTube (#20) 黑洞 - YouTube (#20) 黑洞 - YouTube

Bonjour à tous, aujourd'hui je voudrais vous parler de ces objet étranges et mystèrieux que l'on appelle les trous noirs Hello everyone, today I'd like to talk to you about these strange and mysterious objects known as black holes.

alors je voudrais vous expliquer déja : So first I would like to explain :

qu'est ce que c'est ? What is it ?

Où est-ce qu'on en trouve ? Where do we find them ?

Et puis, quelle est la bonne attitude à avoir si jamais vous en croisez un ? |||||||||||||cross| Also, what's the right attitude to have if you ever come across one?

Les trous noirs ont beau être des objets très complexes dont on n'a pas encore fini d'élucider la structure, ||||||||||||||||elucidate|| The black holes may be very complex objects whose structure has not yet been elucidated,

aujourd'hui je voudrais vous expliquer qu'on peut comprendre leur existence today I would like to explain to you that we can understand their existence

grâce à un simple petit calcul qui ne fait appel qu'à de la physique de lycée. thanks to a simple little calculation that only uses high school physics.

Alors, imaginons que vous soyez sur terre et que vous lanciez une balle de tennis en l'air. So imagine that you are on the ground and throwing a tennis ball in the air.

Bon ben la balle va monter jusqu'à une certaine hauteur et puis elle va redescendre. Well the ball will go up to a certain height and then it will go down.

Si vous lancez la balle plus fort, elle va monter plus haut, mais vraisemblablement, elle va quand-même finir par redescendre. If you throw the ball harder, it will go higher, but presumably, it will eventually come down again.

La question qu'on peut se poser c'est The question we can ask is

à quelle vitesse il faudrait lancer la balle de tennis pour qu'elle ne retombe jamais how fast should we launch the tennis ball so that it never falls back

c'est à dire qu'elle échappe à l'attraction terrestre. that is, it escapes the earthly attraction.

Eh bien comme dans la vidéo que j'avais fait sur le saut à la perche, on peut Well like in the video I had done on the pole vault, one can

arriver à répondre à cette question en faisant un simple calcul d'énergie. get to answer that question by doing a simple calculation of energy.

Quand on lance une balle à une certaine vitesse, on lui donne une énergie When you throw a ball at a certain speed, we give it an energy

qu'on appelle l'énergie cinétique which is called kinetic energy

et qui est d'autant plus grande que la vitesse est élevée. and which is even greater than the speed is high.

Cette énergie cinétique, elle va être dépensée pour vaincre la force de ||||||spent||||| This kinetic energy she's going to be spent to defeat the strength of

gravité qui retient la balle sur terre gravity that holds the ball on the ground

et à laquelle on peut associer aussi une énergie : and to which we can also associate an energy:

l'énergie gravitationnelle. the gravitational energy.

La condition pour que la balle ne retombe jamais et s'arrache de l'attraction The condition for the ball not to never falls back and pulls off the terrestrial attraction

terrestre c'est tout simplement que l'énergie cinétique soit supérieure it's just that the kinetic energy is superior

à l'énergie gravitationnelle. to gravitational energy.

Alors évidemment il y a des équations pour exprimer tout ça :

l'énergie cinétique c'est un demi de "m" "v" carré où "v" c'est la vitesse de la balle et "m" sa masse the kinetic energy is half a "m" "v" square where "v" is the speed of the ball and "m" its mass

et l'énergie gravitationnelle c'est petit "m" fois grand "M" "G" sur "R" où grand "m" c'est la masse de la Terre, and the gravitational energy is small "m" times big "M" "G" on "R" where big "m" is the mass of the Earth,

"R" c'est son rayon et "G" c'est la constante de gravitation universelle. "R" is its radius and "G" is the universal gravitational constant.

Donc si on prend cette équation et qu'on la tripote un peu, on peut en |||||||||messes||||| So if we take this equation and that we fiddle with it a little, we can

sortir que la vitesse minimum que la balle doit posséder come out that the minimum speed that the ball must own

pour s'arracher définitivement de l'attraction terrestre to snap out of the terrestrial attraction

c'est racine de 2 "G" "M" sur "R". it's root of 2 "G" "M" on "R".

Si vous lancez la balle en dessous de cette vitesse elle finira par retomber, If you throw the ball under this speed she will eventually fall back,

si vous la lancez au-dessus de cette vitesse elle partira dans l'espace et ne if you launch it above this speed she will go into space and not

retombera jamais. will never fall again.

Cette vitesse minimum à posséder pour s'arracher de l'attraction terrestre, This minimum speed to possess for tear off the earthly attraction,

on l'appelle la vitesse de libération it's called the release speed

et vous voyez qu'elle dépend de la masse de la planète et de son rayon and you see that it depends on the mass of the planet and its radius

donc on peut s'amuser à essayer de calculer sa valeur pour quelques so we can have fun trying to calculate its value for a few

astres bien connus. well known stars.

Par exemple pour la terre cette vitesse de libération, elle vaut 11 km par seconde. For example for the earth this speed of liberation, it is worth 11 km per second.

C'est vraiment beaucoup hein, vous voyez qu'avant de lancer une balle à cette vitesse là, It's really a lot eh, you see that before to throw a ball at that speed,

bah, va falloir se lever tôt. Well, you'll have to get up early.

Pour la lune par exemple la vitesse de libération est plus faible, c'est For the moon for example the speed of release is weaker, it's

seulement 2,4 km par seconde. only 2.4 km per second.

Bon c'est pas très surprenant puisqu'on sait que l'attraction gravitationnelle à la Well it's not very surprising since we know that gravitational attraction to the

surface de la lune, elle est plus faible qu'à la surface de la terre. moon's surface, it is weaker than on the surface of the earth.

Si maintenant on s'amuse à faire le calcul pour le soleil, on trouve une valeur If now we have fun doing the math for the sun, we find a value

beaucoup plus élevée, hein, la vitesse de libération, elle est de 617 km par seconde, much higher, huh, the speed of release it is 617 km per second,

ça fait plus de deux millions de km/h. it's been over two million km / h.

Maintenant imaginez une planète qui aurait la masse du soleil Now imagine a planet that would have the mass of the sun

mais qui ne ferait qu'1 km de rayon. but which would be only 1 km radius.

Bon, pourquoi pas après tout, hein ? Well, why not after all, huh?

Si on s'amuse à calculer la vitesse de libération à la surface de cette planète If we have fun calculating the speed of release to the surface of this planet

on trouve 515 mille kilomètres par seconde. there are 515,000 kilometers per second.

Vous voyez ce qui cloche ? Ouais, You see what's wrong? Yeah,

c'est plus que la vitesse de la lumière. it's more than the speed of light.

et on sait depuis Einstein que rien ne peut aller plus vite que la lumière. and we know since Einstein that nothing can go faster than light.

Ça veut dire que si vous êtes à la surface de cette hypothétique planète, It means that if you are at the surface of this hypothetical planet,

jamais vous ne pourrez vous en échapper. you will never be able to escape.

et ce qu'on a la c'est and what we have is

une des définitions possibles d'un trou noir : un trou noir c'est un astre dont la one of the possible definitions of a black hole: a black hole is a star whose

vitesse de libération release speed

est plus grande que la vitesse de la lumière, is bigger than the speed of the light,

de sorte que so that

rien ne peut s'en échapper. nothing can escape.

Heureusement pour nous cette situation elle n'est quand-même pas très courante, hein, Fortunately for us this situation is still very uncommon, eh,

vous voyez que la vitesse de libération, elle est d'autant plus importante que la you see that the speed of release, it is all the more important as the

masse est importante et que le rayon est petit, donc elle correspond à mass is important and that the radius is small, so it corresponds to

des astres qui sont extrêmement denses, bien plus denses que les planètes ou les bodies that are extremely dense, much denser than planets or

étoiles normales. Mais on pense que cette situation peut quand-même se normal stars. But we think that this situation can still happen

produire pour certaines étoiles à la fin de leur vie. produce for some stars at the end of their life.

Il faut savoir que quand une étoile a fini d'épuiser tout le combustible You must know that when a star has finished to exhaust all the fuel

nucléaire qui lui permet de briller, nuclear power that allows him to shine,

elle commence à s'effondrer sur elle-même et donc elle devient de plus she begins to collapse on herself and so she becomes more

en plus dense, in more dense,

et sous l'effet de l'attraction gravitationnelle, elle se densifie, elle and under the effect of the attraction gravitational, it becomes denser, it

se densifie et elle peut finir suffisamment dense pour former un trou noir. gets denser and she can finish dense enough to form a black hole.

C'est ce qu'on appelle les trous noirs stellaires. This is called stellar black holes.

Alors il faut savoir que c'est pas le seul scénario possible pour la fin de vie So you have to know that it's not the only one possible scenario for the end of life

des étoiles mais on pense que c'est ce qui se produit stars but we think it's this that happens

pour les étoiles dont la masse dépasse plusieurs fois la masse du soleil for stars whose mass exceeds several times the mass of the sun

et d'ailleurs si le destin des étoiles vous intéresse je vous recommande and besides if the destiny of the stars you are interested I recommend you

d'aller voir les vidéos de la chaîne "Le sense of wonder" to go watch the videos of the channel "The sense of wonder"

qui a déjà parlé notamment de la mort du soleil et des supernovas. who already talked about death in particular sun and supernovas.

Il y a un point qui est vraiment très important à comprendre pour bien There is a point that is really very important to understand for good

percevoir le côté maléfique des trous noirs, perceive the evil side of the holes black,

c'est qu'il n'y a pas besoin d'être à la surface de l'astre pour se retrouver piégé. is that there is no need to be at the surface of the star to become trapped.

Il faut savoir que concept de vitesse de libération, It should be known that concept of speed of liberation,

il ne s'applique pas seulement quand vous êtes à la surface, mais il s'applique it does not apply only when you are on the surface but it applies

aussi à proximité de l'astre. also near the star.

On peut reprendre notre calcul de tout à l'heure, avec une planète qui a un rayon "R" et une masse "M". We can resume our calculation just now, with a planet that has a radius "R" and a mass "M".

Imaginons qu'au lieu d'être à la surface, vous soyez Imagine that instead of being at the surface, you are

à une distance "D" du centre de la planète. at a distance "D" from the center of the planet.

Eh ben on peut refaire exactement le même calcul que tout à l'heure Well, we can redo exactly the same calculation as just now

sauf que cette fois dans l'énergie gravitationnelle qu'il faudra vaincre except that this time in the energy gravitational that will have to overcome

"R" sera remplacé par "D" "R" will be replaced by "D"

et vous voyez que la vitesse de libération deviendra racine de 2 "GM" sur "D". and you see that the speed of release will become root of 2 "GM" on "D".

Tout à l'heure on a vu que la vitesse de libération à la surface de la terre Earlier we saw that speed of liberation on the surface of the earth

c'était 11 km par seconde. it was 11 km per second.

Et bien si je me place à 25000 km en orbite au-dessus de la surface Well, if I'm 25.000 km orbit above the surface

elle ne sera plus que d'environ 5 km par seconde. it will only be about 5 km per second.

On peut voir que la vitesse de libération quand on est à une certaine We can see that the speed of release when one is at a certain

distance de l'astre, elle sera toujours inférieure à ce qu'elle est distance from the star, it will always be lower than it is

quand on est à la surface. when we are on the surface.

Mais on peut imaginer que si un astre est suffisamment dense et qu'on n'est pas très loin But we can imagine that if a star is dense enough and we are not very far

même si on n'est pas à la surface, la vitesse de libération puisse être plus even if we are not on the surface, the release speed can be more

grande que la vitesse de la lumière great than the speed of light

et donc on pourrait quand-même se retrouver piégé. and so we could still find trapped.

Alors on peut écrire une condition pour savoir si on va être piégés ou pas. So we can write a condition for to know if we are going to be trapped or not.

Si on a un astre de masse "M", If we have a star of mass "M",

la vitesse de libération elle sera supérieure à la vitesse de la lumière the speed of release she will be greater than the speed of light

dès qu'on se trouve à une distance plus petite qu'une valeur critique qui vaut as soon as you are at a distance smaller than a critical value that is worth

2 "G" "M" sur "c" carré. 2 "G" "M" on "c"².

En gros si vous avez un astre de masse "M" et que vous êtes à distance Basically, if you have a mass star "M" and that you are at a distance

inférieure à cette distance critique de lui, less than this critical distance from him,

et ben vous êtes cuit. ||||cooked and you're cooked.

Et en fait ça c'est vrai même si le rayon de l'astre est bien plus petit que And in fact that's true even if the radius of the star is much smaller than

la distance à laquelle vous vous trouvez. how far you are find.

Donc vous voyez que ce qui compte dans cette affaire ce n'est pas tellement le So you see that what counts in this case is not so much the

rayon physique de l'astre, c'est plutôt cette distance critique en dessous de physical radius of the star, it is rather this critical distance below

laquelle on est sûr d'être piégés. which one is sure to be trapped.

Cette distance critique on l'appelle le rayon de Schwarzschild de l'astre. This critical distance is called the Schwarzschild radius of the star.

C'est en hommage au mathématicien qui le premier a résolu les équations de It's a tribute to the mathematician who the first solved the equations of

la relativité générale dans le cas d'un corps sphérique. general relativity in the case of a spherical body.

Dès qu'un astre a un rayon physique qui est plus petit que le rayon de Schwarzschild, As soon as a star has a physical radius that is smaller than the Schwarzschild radius,

vous avez un trou noir, et donc si vous êtes à une distance inférieure à ce rayon de Schwarzschild, you have a black hole, and so if you are at a distance less than this radius of Schwarzschild,

même si vous n'êtes pas sur l'astre et ben vous êtes piégés. even if you are not on the star and ben you are trapped.

Ce rayon de Schwarzschild, il délimite donc une surface This radius of Schwarzschild, it delimits so a surface

Qu'on appelle l'horizon du trou noir. Called the horizon of the black hole.

C'est une frontière immatérielle qui marque le point de non-retour. It's an immaterial border that mark the point of no return.

Alors j'insiste sur le fait que cette frontière elle est immatérielle parce So I insist that this border it is immaterial because

qu'au niveau de l'horizon du trou noir, il n'y a rien de spécial. only at the horizon of the hole black, there is nothing special.

C'est juste la limite de la zone en dessous laquelle It's just the limit of the zone in below which

vous êtes cuit. you are cooked.

Alors tout ça c'est très bien mais ça reste de la théorie, So all that is fine but it's still theory,

d'autant plus que si rien ne s'échappe d'un trou noir, comment on fait pour les observer ? especially since if nothing escapes from a black hole, how do we observe them?

Alors les trous noirs stellaires, ceux qui résultent de l'effondrement d'une étoile, So stellar black holes, those that result from the collapse of a star,

on n'en a jamais observé avec une absolue certitude. it has never been observed with absolute certainty.

On a un certain nombre de très bons candidats dont on ne voit pas très très bien ce que ça pourrait être d'autre que des trous noirs, We have a number of very good candidates who we do not see very well what it could be other than black holes,

mais il subsiste quand-même encore un petit doute. but there still remains a little doubt.

Par contre, il y a une autre catégorie de trous noirs, dont je n'ai pas encore parlé, et pour lesquels on est beaucoup plus confiants. On the other hand, there is another category of black holes, which I have not talked about yet, and for which we are much more confident.

C'est ce qu'on appelle les trous noirs galactiques. These are called galactic black holes.

Les trous noirs galactiques ce sont des trous noirs géants Galactic black holes are giant black holes

dont on pense qu'ils se trouvent au centre which is thought to be in the center

d'à peu près toutes les galaxies, from just about every galaxy,

et notamment de la nôtre : la voie lactée. and especially ours: the milky way.

Alors si vous voulez contempler un trou noir ou plus ou moins So if you want to contemplate a black hole or more or less

regarder dans sa direction, vous pouvez

les soirs d'été vous tourner vers le sud

et regarder la trace de la voie lactée and watch the trace of the milky way

à proximité de la constellation du Sagittaire. near the Sagittarius constellation.

Alors c'est une constellation qui est bien connue So it's a constellation that is well known

des astronomes amateurs parce que ses étoiles principales amateur astronomers because its main stars

dessinent une sorte de théière stylisée ||||teapot| draw a kind of stylized teapot

Et ben légèrement au dessus And slightly above

du bec de la théière c'est la direction du the beak of the teapot is the direction of

centre de la voie lactée. Et c'est là center of the Milky Way. And it's there

qu'on trouve un trou noir gigantesque we find a gigantic black hole

qu'on appelle Sagittarius A* (A-étoile) called Sagittarius A * (A-star)

et dont on pense qu'il pèse environ and which is believed to weigh about

4 millions de fois la masse du soleil. 4 million times the mass of the sun.

Alors là vous allez me dire : comment on est sûr qu'il y a un trou noir So here you go tell me: how are we sure there is a black hole

à cet endroit là puisqu'on ne peut pas le voir directement ?

Alors c'est vrai qu'on ne peut pas voir directement le

trou noir lui-même, mais il y a 2 choses black hole itself, but there are 2 things

qu'on peut observer. La première c'est that we can observe. The first is

la matière qui est autour du trou noir the matter that is around the black hole

et qui est en train de tomber vers le trou noir sans and that is falling towards the black hole without

encore avoir passé le point de non-retour. still have passed the point of no return.

Cette matière est très fortement accelérée This material is very strongly accelerated

et ça lui fait émettre des rayonnements électro-magnétiques and that makes him emit electromagnetic radiation

qu'on capte en provenance de cette |captures|||| we capture from this

direction du ciel. direction of the sky.

L'autre chose qu'on peut observer, c'est la trajectoire The other thing you can see is the trajectory

d'étoiles qui sont très proches du trou noir et qui of stars that are very close to the black hole and which

tournent autour. Récemment il y a turn around. Recently there is des astronomes qui ont analysé la trajectoire de ces étoiles astronomers who have analyzed the trajectory of these stars

et ça leur a permis de calculer la masse du trou noir and that allowed them to calculate the mass of the black hole

et d'estimer sa taille. and estimate its size.

Maintenant qu'on a vu ce qu'est un trou noir et qu'on sait qu'ils existent Now that we have seen what a black hole is and we know that they exist

on peut se demander ce qui se passe one wonders what is going on

si jamais on en croise un. if we ever meet one.

Et bien si vous croisez un trou noir et que vous commencez à tomber Well if you cross a black hole and you start falling

vers lui, ça ne va pas être très très to him, it's not going to be very, very

mouvementé en fait. Vous allez tomber en chute libre hectic in fact. You will fall in free fall

mais comme il n'y a pas d'air, pour faire des frottements ||||||||||frictions but since there is no air, to make friction

ça va être très très différent d'une chute libre quand it's going to be very, very different from a free fall when

on tombe d'un avion par exemple. we fall from an airplane for example.

En fait vous allez tomber et avoir la sensation d'être In fact you will fall and have the feeling of being

en totale apesanteur. ||weightlessness in total weightlessness.

Ca va être plutôt sympa... Il y a juste un problème dans cette It will be rather nice ... There is just a problem in this

histoire c'est que si vous tombez par exemple les story is that if you fall for example the

pieds devant, vos pieds vont être légèrement feet in front, your feet are going to be slightly

plus proches du trou noir que votre tête, closer to the black hole than your head,

et donc ils vont subir une attraction gravitationnelle and so they will undergo a gravitational pull

qui va être un chouïa plus importante who will be a little more important

que celle subie par votre tête that suffered by your head

Et le problème c'est qu'à force de tomber, And the problem is that by dint of falling,

ce chouïa, il va devenir de plus en plus gros this little bit, it will become bigger and bigger

et il va commencer à vous étirer. ||||||stretch and he will start to stretch you.

Alors, ce phénomène d'étirement c'est ce qu'on appelle la force de marée So, this phenomenon of stretching is what is called the tidal force

Alors, il n'est pas du tout spécifique des trous noirs So, it's not at all specific to black holes

et c'est justement lui qui explique le phénomène des and it is precisely he who explains the phenomenon of

marées sur terre. tides on earth.

Quand la lune est d'un certain côté de la planète elle va When the moon is on one side of the planet it goes

attirer un petit peu plus l'eau qui est proche d'elle attract a little more water that is close to her

que l'eau qui est loin d'elle, et donc elle va that water that is far from it, and so she is going

déformer la surface des océans, et ça va deform the surface of the oceans, and that's fine

causer des marées hautes à certains endroits cause high tides in some places

et des marées basses à d'autres endroits. and low tides in other places.

Et vous quand vous allez tomber vers And you when are you going to fall towards

le trou noir, et bien ces forces de marées elles vont the black hole, well these tidal forces they go

commencer à vous étirer vous étirer vous étirer start to stretch you stretch you stretch

jusqu'à vous écarteler. ||quarter until you spread.

C'est ce qu'on appelle parfois la spaghettification. This is sometimes called spaghettification.

Contrairement à une idée répandue le fait de Contrary to popular belief the fact of

se faire spaghettifier n'a absolument rien à voir avec le fait to be spaghetti has nothing to do with the fact

de franchir l'horizon du trou noir. to cross the horizon of the black hole.

La spaghettification peut avoir lieu bien avant Spaghettification can take place well before

ou bien après l'horizon. or after the horizon.

D'ailleurs quand vous allez passer l'horizon du trou noir, Besides, when you go through the horizon of the black hole,

il ne va rien se produire de spécial, nothing special will happen,

vous n'allez même pas vous en rendre compte. you will not even realize it.

Par contre si vous avez laissé un pote On the other hand, if you have left a friend

en orbite un peu plus loin, in orbit a little further,

lui, il va voir des drôles de trucs. he's going to see some funny stuff.

Quand vous tombez vers le trou noir, votre copain When you fall to the black hole, your friend

il peut vous voir tomber parce qu'il y a des rayons he can see you fall because there are rays

lumineux que vous émettez et qui parviennent jusqu'à lui. bright that you emit and that reach him.

Et plus vous vous approchez du trou noir And the closer you get to the black hole

plus les rayons lumineux que vous émettez more the light rays that you emit

vont mettre du temps à lui parvenir. will take a long time to reach him.

Et donc lui, il vous verra tomber And so he will see you fall

de plus en plus lentement. more and more slowly.

Et en fait de son point de vue à lui votre chute va And in fact from his point of view to him your fall is going

tellement de plus en plus se ralentir so much more and more to slow down

qu'il pourra vous regarder tomber jusqu'à la fin des temps. that he will watch you fall until the end of time.

En fait il vous verra vous In fact he will see you

rapprocher de plus en plus de l'horizon mais closer and closer to the horizon but

il ne pourra jamais vous voir le franchir. he will never be able to see you cross it.

Ça c'était pour votre pote qui est resté ||||buddy||| That was for your friend who stayed

loin du trou noir et qui est en train de vous regarder. away from the black hole and who is watching you.

Par contre, vous, une fois que vous avez franchi On the other hand, once you have crossed

l'horizon ça va commencer à devenir beaucoup moins cool. on the horizon it will start to become a lot less cool.

Bon déjà vous allez tomber de plus en plus vite, Well already you will fall faster and faster,

les forces de spaghettification vont être de plus en plus importantes the spaghettification forces will be more and more important

et vraisemblablement vous allez vous faire écarteler. and presumably you will be torn apart.

Alors imaginons quand-même que vous arriviez à survivre, So let's imagine that you manage to survive,

vous allez découvrir que la structure de l'espace-temps you will discover that the structure of space-time

a complètement changé. has completely changed.

Alors c'est quelque chose qui est assez difficile à décrire sans vraiment So it's something that's pretty hard to describe without really

regarder les équations, mais il y a quand-même une manière de le comprendre. look at the equations, but there is still a way to understand it.

Vous savez pour nous sur terre on dit que le temps s'écoule, You know for us on earth we say that time goes by,

ça veut dire que le temps passe it means that time passes

et qu'on peut absolument rien y faire, and we can do absolutely nothing,

on ne peut pas décider de rester à un moment we can not decide to stay at one time

fixe du temps. fixed time.

Par contre pour l'espace c'est beaucoup plus simple : On the other hand for the space it is much simpler:

si je veux rester dans une position fixe de l'espace, if I want to stay in a fixed position of space,

personne ne m'en empêche. nobody stops me.

Et bien de l'autre côté du trou noir, And well on the other side of the black hole,

c'est impossible de rester à une position it's impossible to stay at one position

fixe de l'espace. fixed space.

L'espace s'écoule, un peu de la même Space flows, a bit of the same

manière que le temps s'écoule pour nous way time passes for us

Ca veut dire que quoi que vous fassiez, It means that whatever you do,

vous tombez inéluctablement vers le centre du trou noir. you inevitably fall towards the center of the black hole.

Si vous êtes tombé dans le trou noir en étant équipé If you fell into the black hole by being equipped

d'un jet pack ou alors à bord d'une fusée of a jet pack or while aboard a rocket

avec un moteur, with a motor,

vous allez peut être être tenté de vous en servir you may be tempted to use it

pour essayer de ralentir un peu votre chute. to try to slow down your fall a bit.

Mais en fait c'est une mauvaise idée, But in fact it's a bad idea,

parce qu'on peut montrer que si jamais vous essayez de vous débattre comme ça, because we can show that if you ever try to struggle like this,

le temps qui vous sépare du centre du trou noir the time that separates you from the center of the black hole

va se raccourcir. will shorten.

Si vous voulez que le temps de votre chute vers le centre If you want the time of your fall to the center

du trou noir prenne le plus de temps possible, the black hole takes as much time as possible,

en fait la meilleure chose à faire c'est de ne rien faire. in fact the best thing to do is to do nothing.

Il faut se laisser tomber en chute libre. You have to drop in free fall.

Une fois au centre du trou noir, Once in the center of the black hole,

il faut avouer qu'on ne sait pas très très bien ce qui se passe. we must admit that we do not know very well what is going on.

Alors la théorie de la relativité générale d'Einstein Then Einstein's theory of general relativity

nous dit qu'au centre du trou noir il y a tells us that at the center of the black hole there is

un point où la densité et a point where the density and

la courbure de l'espace-temps deviennent infinis, the curvature of space-time become infinite,

ce qu'on appelle une singularité. what is called a singularity.

Sauf qu'en pratique, on se doute Except in practice, one suspects

qu'au voisinage de cette singularité that in the vicinity of this singularity

le théorie de la relativité générale toute seule, elle ne marche plus. the theory of general relativity alone, it no longer works.

Il faut notamment prendre en compte des effets de mécanique quantique, We must take into account the effects of quantum mechanics,

et pour faire ça correctement, il faut qu'on dispose and to do that properly, we need to have

d'une théorie qui unifie of a unifying theory

mécanique quantique et relativité générale. quantum mechanics and general relativity.

Aujourd'hui on n'a pas de théorie comme ça Today we have no theory like that

mais, je vous en ai déjà parlé, il y a plusieurs tentatives. but, I have already told you, there are several attempts.

Il y en a une qui est la théorie des cordes sur laquelle There is one that is the string theory on which

j'avais fait une vidéo I made a video

et il y en a une autre qui est la gravité quantique à boucles and there is another one that is loop quantum gravity

dont je vous parlerai bientôt. which I will talk about soon.

Mais il faut avouer qu'à l'heure actuelle aucune de But it must be admitted that at present none of

ces 2 théories ne donne une réponse vraiment these 2 theories does give an answer really

très très satisfaisante pour savoir ce qui se passe very very satisfying to know what's going on

au voisinage de la singularité, in the neighbourhood of the singularity,

et à l'heure actuelle les trous noirs n'ont and at the moment the black holes have

pas encore livré tous leurs mystères. not yet delivered all their mysteries.

Voilà c'est tout pour aujourd'hui ! Well, that's all for today !

Alors comme d'habitude j'ai écrit un petit billet qui accompagne cette vidéo So as usual I wrote a little note that goes with this video

et qui précise une chose ou 2. and who specifies a thing or 2.

Notamment il faut savoir que l'argument que je vous ai In particular, you must know that the argument that I have

donné pour justifier l'existence des trous noirs, given to justify the existence of black holes,

celui basé sur la vitesse de libération, the one based on the speed of release,

en fait il n'est pas correct. in fact it is not correct.

C'est un argument qu'on appelle "avec les mains". This is an argument called "with the hands".

Mais pour vraiment démontrer que les trous noirs existent, But to really show that black holes exist,

il faut faire les équations de la relativité générale, we have to do the equations of general relativity,

on ne peut pas s'en sortir autrement. we can not escape otherwise.

Si vous voulez comprendre où est la faille dans cet argument If you want to understand where is the flaw in this argument

et comprendre un peu pourquoi la relativité générale and understand a little bit about why general relativity

explique l'existence des trous noirs, vous pouvez explains the existence of black holes, you can

aller lire ce billet. go read this post.

Un autre billet que j'ai écrit il y a quelque temps et qui Another post that I wrote some time ago and which

peut vous intéresser se demande si on peut créer may interest you wonders if we can create

des micro-trous noirs dans le LHC, black micro-holes in the LHC,

vous savez, l'accélérateur de particules du CERN. you know, CERN's particle accelerator.

Alors a priori il y a peu de chances mais So a priori there is little chance but

il y a quand-même une certaine version de la théorie there is still some version of the theory

des cordes qui prédit que ropes that predicts that

peut-être, au LHC, on pourrait perhaps at the LHC we could

créer des micro-trous noirs. create black micro-holes.

Merci d'avoir suivi cette vidéo ! Thanks for watching this video!

Comme d'habitude si elle vous a plu n'hésitez pas à la partager As usual if you liked it do not hesitate to share it

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