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Gravity - Cosmic Glue

Septembre 2020

Gravity - Cosmic Glue


Nous connaissons tous la gravité. C'est ce qui fait tomber les choses si vous ne vous y accrochez pas.

La gravité maintient également nos pieds sur le sol - et fournit le sol lui-même, car la gravité maintient les planètes ensemble. Les étoiles se forment par l'effondrement gravitationnel d'énormes nuages ​​appelés nébuleuses, afin que nous puissions remercier la gravité pour notre Soleil vivifiant. Au-delà du système solaire, les galaxies restent ensemble grâce à la gravité et forment des amas. Il semble que la gravité soit la colle qui maintient l'Univers ensemble, mais ce est il?

Aristote: un ciel parfait et une terre imparfaite
Si nous vivions à l'époque d'Aristote (384-322 avant JC) - ou même pendant environ dix-huit siècles par la suite - personne n'aurait demandé ce qu'était la gravité, et encore moins pu répondre. La gravité est une idée relativement moderne, tout comme l'idée que les lois physiques s'appliquent aussi bien au ciel qu'à la Terre.

Selon Aristote et ses siècles de successeurs, la Terre était imparfaite, mais était toujours le centre du cosmos. Il était entouré par les cieux parfaits qui étaient basés sur des sphères et des cercles, des formes géométriques parfaites.

Lourdeur liée à la chute, un phénomène terrestre. Aristote avait dit que les objets lourds tombaient plus vite que les objets légers, et personne ne voyait de raison d'en douter. Vous pouvez facilement le démontrer en laissant tomber une plume et un marteau, ce qui est logique si vous ne pensez pas à la résistance de l'air.

Copernic, Kepler et Galileo: un nouveau cosmos
Bien que l'ancienne vision du monde ait persisté pendant plus d'un millénaire et demi, il est devenu de plus en plus difficile de la concilier avec ce que les gens observaient réellement.

Johannes Kepler (1571-1642) a utilisé les observations minutieuses de Tycho Brahe (1546-1601) pour tester les modèles du système solaire. Ce qui a fonctionné, c'est l'idée de Copernic (1473-1543) selon laquelle les planètes tournaient autour du Soleil, mais pas si elles suivaient des orbites circulaires. Les orbites devaient être des ellipses (cercles écrasés).

Galileo (1564-1642) a expérimenté la chute de corps et a découvert qu'ils tombaient tous au même rythme. Soit dit en passant, il ne l'a pas fait en lâchant des boulets de canon de la tour de Pise, bien que cela fasse une bonne histoire! Il aurait adoré voir l'astronaute David Scott déposer une plume et un marteau ensemble sur la Lune.

Isaac Newton décrit la gravité
Il avait besoin d'Isaac Newton (1642-1727) pour rassembler les nouvelles découvertes et décrire mathématiquement la gravité comme la force d'attraction entre toutes les masses de l'Univers. Sa théorie a été publiée en 1687 comme Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (connu comme "les Principia"). Soit dit en passant, une théorie scientifique n'est pas une bonne supposition. C'est une explication bien pensée qui tient compte des preuves existantes et fait des prédictions vérifiables.

La théorie de Newton appliquée au ciel et à la Terre. Il a été invité à connecter des pommes tombant au sol (ne pas sur sa tête) avec les mouvements des corps célestes. Son équation dit que la force gravitationnelle augmente avec la masse, donc la force du Soleil est plus forte que celle de la Terre. Cependant, il diminue rapidement avec la distance. Si la Terre était trois fois plus éloignée du Soleil qu'elle ne l'est, la force gravitationnelle ne serait pas un tiers de sa force actuelle, mais un neuvième.

Les équations de Newton fonctionnent - la NASA a envoyé des hommes sur la Lune en les utilisant. Mais ce n'est pas toute l'histoire. Même Newton était mécontent que sa théorie soit basée sur une force qui agissait instantanément partout dans l'Univers. Comment cela pourrait-il fonctionner? Il a fallu plus de deux cents ans à quelqu'un pour repenser complètement la gravité et l'espace.

Einstein relève le défi
Dans la Théorie générale de la relativité, Albert Einstein (1879-1955) montre que ce qui ressemble à une force est en fait un effet de la géométrie de l'espace.

Pour Newton, l'espace était le néant immuable plat entre des choses intéressantes comme les étoiles et les planètes. C'est un bon ajustement pour la façon dont la plupart d'entre nous vivent le monde.

Cependant, Einstein a déclaré que l'espace et la matière s'influencent mutuellement. La matière courbe l'espace autour d'elle et plus la masse est grande, plus la courbure est grande. Mais alors la matière se déplace le long du chemin le plus facile à travers l'espace incurvé. Ce diagramme montre comment l'espace du Soleil se courbe pour maintenir les planètes en orbite.

Pour imaginer un espace incurvé, il est souvent suggéré d'imaginer une feuille de caoutchouc maintenue à plat dans un cadre. Si on met une boule de bowling dessus, le drap s'affaisse. La surface n'est plus plate. Si vous rouliez une bille le long de celle-ci, elle tomberait dans la dépression. Si vous ne pouviez pas voir la feuille de caoutchouc, il pourrait sembler que la boule de bowling tirait sur le marbre.

Enfin une façon de regarder la gravité qui supprime le problème de l'action instantanée universelle! Mais c'est plutôt étrange. Est-ce que ça marche? Oui, la théorie a été testée et a réussi tous les tests, à commencer par un célèbre.

Une conséquence de l’espace de courbure de masse serait que tout se déplacerait le long des chemins courbes - y compris la lumière. Cela signifie que la lumière doit se plier d'une certaine quantité lorsqu'elle passe devant le Soleil.

L'astrophysicien anglais Arthur Eddington a testé avec succès cette prédiction lors d'une éclipse solaire totale lorsque, de façon unique, les étoiles de l'autre côté du Soleil sont visibles. Il a comparé ses photographies des positions des étoiles avec celles prises six mois auparavant lorsque le Soleil n'était pas sur le chemin. Lorsque les résultats correspondent aux prévisions, les médias mondiaux ont rapporté l'histoire et Einstein est devenu une célébrité internationale.

Au-delà d'Einstein
Nous savons que la théorie de la gravité de Newton fonctionne, mais est incomplète. Il est contenu dans la théorie plus complète d'Einstein. Nous savons que la théorie d'Einstein fonctionne - votre système GPS doit en tenir compte pour fonctionner correctement. Cependant, les scientifiques se rendent compte qu'il est lui aussi incomplet. Je me demande s'il faudra encore un siècle pour que quelqu'un inclue la théorie d'Einstein dans une théorie encore plus étonnante.

'Cosmic magnifying glass' used to find ancient supernova (Septembre 2020)



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