particules et antiparticules virtuelles

Le rayonnement de Hawking
Comment les trous noirs
rayonnent ?

Qu’est ce qu’un trou noir ?
Un trou noir est un objet céleste si compact que l'intensité de son champ gravitationnel
empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en échapper.
De façon classique (Newton), la vitesse de libération àl’intérieur du trou noir est
supérieure à la vitesse de la lumière.
La limite où la lumière ne peut plus s’échapper est appelée horizon des événements.

Théorème de la calvitie ou d’absence de chevelure
«No-hair theorem »
(1967/73 - Werner Israel, Stephen Hawking, Brandon Carter, David Robinson)
Un trou noir se caractérise par seulement 3 paramètres :
•Masse (M)
•Moment cinétique (J)
•Charge électrique (Q)
Mais, il manque une notion importante caractérisant un système physique : l’entropie qui caractérise le
degré de désorganisation au niveau microscopique ou l’information manquante permettant de décrire
complètement un système.
Plus l’entropie augmente dans un système et plus celui-ci est désorganisé et plus l’information manquante
est importante pour décrire en détail le système de façon microscopique lorsqu’on ne connaît que ses
paramètres macroscopiques.
En relativité générale, le trou noir peut être vu doté d'une entropie infinie, car l'information organisée
relative à la matière qui forme le trou noir semble perdue.

Problème de l’entropie des trous noirs
1970 - John Wheeler
Cette disparition peut être contournée si l'on attribue au trou noir une entropie égale à celle du
corps absorbé.
En fait, cette "solution" n'est manifestement pas satisfaisante puisque classiquement, suite à
l'absorption, le trou noir redevient stationnaire et semble perdre complètement toute l’information
(dont l'entropie) sur le corps disparu.
La perte d'entropie liée à un objet tombant dans le trou noir viole le second principe de la
thermodynamique,qui postule que cette grandeur est une fonction toujours croissante pour un
système fermé et l'univers est un système fermé puisque rien ne peut en sortir par définition.

Naissance du concept d’entropie pour un trou noir
1972 –Stephen Hawking
En 1972, Stephen Hawking s’est demandé si l’on
considère la fusion de 2 trous noirs de masses M1 et
M2, quelle est la quantité d’énergie maximale perdue
par émission d’ondes gravitationnelles.
Le résultat trouvé par Hawking fut surprenant et très
général : Quelles que soient les masses, les charges
électriques et les moments cinétiques des deux trous
noirs, la quantité maximale d'énergie qu'ils
pouvaient rayonner était telle que la surface du trou
noir final devait être supérieure ou égale à la
somme des deux surfaces des trous noirs.