Y-a-t-il un lien entre gravitation et électromagnétisme ?

[daniel100]

Bonjour à tous,

Je souhaiterais un complément d’information, car j’ai un souci de compréhension sur l’interaction de ces deux forces fondamentales.

Ce que je crois avoir comprit :

Un photon (« particule » non chargée) a sa trajectoire déviée en passant près d’une masse gravitationnelle, déformation de l’espace/temps.

1ère question : cela est-il du EXCLUSIVEMENT à la déformation de l’espace/temps et non à la gravitation ? Ok l’un implique l’autre.

Maintenant ma question initiale :

Je remplace mon photon par une particule chargée (électron ou autre), qui suit la même trajectoire du photon cité précédemment. Cet électron va-t-il suivre la même trajectoire que le photon ?

Je pense qu’il devrait également « suivre » la déforment de l’espace/temps tout comme le photon, mais le fait que l’électron (par exemple) et donc « chargé » ne va-t-il pas être, en plus, d’être dévié par la gravitation ? L’électron ayant une masse, je pense que la réponse est oui.

Ma question : la gravitation agit elle sur une particule chargée, sans prendre en compte sa masse.

Merci,
-----

[Amanuensis]

Je remplace mon photon par une particule chargée (électron ou autre), qui suit la même trajectoire du photon cité précédemment. Cet électron va-t-il suivre la même trajectoire que le photon ?

Non. En RG les trajectoires (au sens 4D) pour la masse nulle ne peuvent pas être les mêmes que pour une masse non nulle.

(D'où des différences comme l'impossibilité de construire un référentiel bona fide relativement auquel un photon est immobile, alors que c'est possible pour une masse non nulle ; ou réciproquement, une vitesse strictement inférieure à c relativement à tout référentiel, pour une masse non nulle.)

[ansset]

bjr,
j'ai peur aussi que tu fasses une association maladroite entre la force électromagnétique et l'électron que tu cites.
c'est bien le photon qui est le "transmetteur" de celle ci, pas l'électron.
par ailleurs , les phénomènes gravitationnels sont indépendants des charges.

[mach3]

1ère question : cela est-il du EXCLUSIVEMENT à la déformation de l’espace/temps et non à la gravitation ? Ok l’un implique l’autre.

la "déformation" de l'espace-temps EST la gravitation

Je remplace mon photon par une particule chargée (électron ou autre), qui suit la même trajectoire du photon cité précédemment. Cet électron va-t-il suivre la même trajectoire que le photon ?

Non. En RG les trajectoires (au sens 4D) pour la masse nulle ne peuvent pas être les mêmes que pour une masse non nulle.

J'ajouterais qu'une particule chargée ne peut pas suivre une géodésique, ne serait-ce que parce que le champ électromagnétique interagi avec elle.

m@ch3

[A voir en vidéo sur Futura]

[daniel100]

Comme d’habitude, bien que rapide , il faut m’expliquer à la hauteur de ma compréhension.
Je reformule ma question :

La gravitation agit elle sur la «charge » (probablement mal formulé) d’une particule ?
On passe l’aspect « masse ».

bjr,
… les phénomènes gravitationnels sont indépendants des charges.

C’est la réponse de ma question, et au niveau quantique…

[Amanuensis]

La gravitation agit elle sur la «charge » (probablement mal formulé) d’une particule ?

Pas de réponse simple et juste à cela. Une charge électrique non nulle implique des tas de choses sur l'énergie et la quantité de mouvement dans l'environnement (interactions entre la charge et le champ e.m.), qui sont ce sur quoi la gravitation agit.

La gravitation n'agit pas directement sur la charge électrique.

En d'autres termes, on ne peut pas partir d'une situation sans charge et, hop, ajouter la charge et comparer. La gravitation vient de, et agit sur, les énergies/q.m., y compris celles d'origine électro-magnétiques.

[Mailou75]

Comme d’habitude, bien que rapide , il faut m’expliquer à la hauteur de ma compréhension.

Salut Daniel, je tente pour voir je suis dans ton cas, on verra si je suis dans le vrai..

Partons du cas simple d'une orbite circulaire, c'est une geodesique. Une station orbitale suis le cercle a une vitesse V, si tu sors tout seul de la station et conserve la meme vitesse dans la meme direction alors tu suivras la meme trajectoire (apesanteur). Ca montre deja qu'une geodesique n'a rien a voir avec la masse, mais tout avec la vitesse.
Si tu acceleres dans la meme direction tu changeras ton orbite, d'abord en ellipse puis en parabole (vitesse de liberation) si la vitesse initiale augmente encore tu decriras des hyperboles de plus en plus "plates". Ce sont toutes des geodesiques partant du meme point et dans la meme direction mais qui varient avec la vitesse initiale.
Quand celle ci atteint c, la geodesique est une ligne droite. Enfin pas tout a fait nous dira la RG, parce que LA geodesique luimere est celle qui donne la courbure de l'espace temps, la fameuse cuvette. Cette forme 2D+t definit ce que sont les nouvelles lignes droites en espace courbe que les photons ont le droit d'emprunter. (le lien poule>oeuf n'est pas si evident puisque c'est le photon qui dicte la regle )

Supposons maintenant que tu crees un champ electromagnetique dans un espace plat, dans le vide, il aura une certaine repartion dans l'espace decrit par (xyz), bien euclidiens. C'est simplement un ensemble de valeurs (vecteurs*) le long d'une droite aleatoire. Si tu ajoutes a cela un champ gravitationnel tes droites (axes) vont se courber. Le champ gravitationnel donne la "forme" d'un champ electromagnetique nul, dispo pour etre perturbé.

Tout ceci pour repondre simplement à la question du fil : oui il y a un lien!
Ensuite comme le dis Amanuensis, dès lors que l'objet en mouvement a une masse (electron) il ne peut pas atteindre la vitesse de la lumiere et donc forcement pas suivre la meme geodesique (V<c voir plus haut).
Si je ne dis pas de c...

*on peut se demander comment va varier le vecteur lui meme et comme tu le dis si charge d'une particule va changer si celle ci est plongée dans un champ gravitationnel

Mailou

[Mailou75]

Euh j'oublie l'essentiel : si la particule chargée (electron) circule dans un champ electromagnetique non nul, sa trajectoire va etre encore modifiée, ca ne sera plus vraiment une geodesique au sens "circuler en ligne droite a vitesse constante" car il y aura une acceleration (deviation) liées aux petits vecteurs locaux

[daniel100]

Merci pour vos participations,

Je crois que la réponse n’est pas si simple, et je me pose quelques interrogations:

Y-a-t-il des formules qui relient ces deux forces ? la réponse doit être non, sinon la réponse à la question aurait été oui, exemple mathématique à l’appui.

Le manque de preuve ne veut pas dire qu’il n’y pas d’interactions.

Peut-être que la réponse se trouvera dans la théorie quantique qui relira la gravitation aux autres forces. Cette phrase est peut-être une ânerie…

[ansset]

moi aussi je vais probablement en dire une ou deux :
-au niveau quantique , l'unification entre gravitation et electro-faible est faite.
-dans le cadre de ton exercice de pensée "un électron qui subit l'attraction d'un astre" , on peut prendre le pb par plusieurs bouts.
1) il n'existe pas de champs électromagnétique absolument nul. donc on ne peut passer par un modèle "sans".
2) celui ci a une influence pour une particule "chargée".
3) reste aussi qu'il doit y avoir une influence "flux d'énergie" entre une particule chargée et la gravitation ( lié au lien présenté en préambule )
même si ce point ( quantitativement ) doit être négligeable par rapport à la trajectoire d'une particule de masse non nulle / champ de gravitation.

tout cela est certainement très mal dit, et une correction est nécessaire.

[daniel100]

Je crois avoir pris conscience que ma question est ridicule.

Les forces fondamentales sont les quatre briques de notre compréhension de l’univers, dans l’état actuel de nos connaissances. Encore faut-il considérer la gravitation comme une force, ce qui est loin d’être démontré.

Par définition (la mienne), il n’y a aucun lien entre ces forces. La RG est vraiment très incomplète et de très loin. La théorique quantique devrait balayer d’un revers de main tous nos concepts. Le jour ou l’on arrêtera d’essayer de comprendre notre univers avec nos malheureux petit cinq sens, qui pour rappel ne sont la que pour appréhender notre environnement direct de terrien, et non l’espace avec de simples observations (ça va pas plaire ça…) ; mais je suis persuadé que notre sixième sens (l’intelligence) nous fera progresser vers notre nouvel environnement qui est l’espace.

C’est la conclusion que je déduis de ma question et surtout de vos réponses, mais si vous avez plus d’informations, ce sera avec grand intérêt.

[Deedee81]

Salut,

Le jour ou l’on arrêtera d’essayer de comprendre notre univers avec nos malheureux petit cinq sens

C'est déjà le cas. Mais on est encore des bébés qui apprennent à marcher, faut nous laisser le temps de grandir un peu

[papy-alain]

Salut,



C'est déjà le cas. Mais on est encore des bébés qui apprennent à marcher, faut nous laisser le temps de grandir un peu

On a quand même pas mal avancé, depuis Galilée.

[Deedee81]

On a quand même pas mal avancé, depuis Galilée.

Je voulais dire depuis qu'on a des instruments qui observent dans des domaines inaccessibles à nos sens (en réponse à Daniel100) : ondes radios, ultraviolets, X, neutrinos,....
C'est relativement récent, et pour l'espace, c'est même fort récent. Et depuis peu on observe même en "ondes gravitationnelles".

Si on inclut les microscopes et les télescopes, effectivement, ça remonte à Galilée

Mais avec les moyens actuels récents, il y a une véritable inondation de données. Je suis sûr qu'on est encore loi d'avoir vu tout ce que cela nous apporte(ra).

[daniel100]

Je voulais dire depuis qu'on a des instruments qui observent dans des domaines inaccessibles à nos sens (en réponse à Daniel100) : ondes radios, ultraviolets, X, neutrinos,....
C'est relativement récent, et pour l'espace, c'est même fort récent. Et depuis peu on observe même en "ondes gravitationnelles".

Si on inclut les microscopes et les télescopes, effectivement, ça remonte à Galilée

Mais avec les moyens actuels récents, il y a une véritable inondation de données. Je suis sûr qu'on est encore loi d'avoir vu tout ce que cela nous apporte(ra).

On en avait déjà débattu, mais j’en rajoute tout de même une couche concernant les sens.

On n’a pas de sens supplémentaires, juste des instrumentations, qui transforment des phénomènes non percevables, compatibles pour nos sens. On en revient toujours en nos cinq récepteurs.

Notre manque ENORME de perception nous oblige à employer des termes comme « rien », « vide », « infini », « singularité »… que des mots qui non aucun sens, au sens propre du terme.

J’ai même entendu parler du terme « Dieu »…

Que ce soit la gravitation ou l’électromagnétisme, on y pige que dalle, on ne fait que constater et on fait des modèles accessibles au « bébé » cité par Deedee.

On va bientôt introduire deux autres forces fondamentales, appelées « Matière noire » et « expansion », il galère bien quand même le « bébé » la dessus .

[Deedee81]

On n’a pas de sens supplémentaires, juste des instrumentations, qui transforment des phénomènes non percevables, compatibles pour nos sens. On en revient toujours en nos cinq récepteurs.

Ca va être difficile d'en ajouter. L'éthique interdit de greffer un troisième oeil

Notre manque ENORME de perception nous oblige à employer des termes comme « rien », « vide », « infini », « singularité »… que des mots qui non aucun sens, au sens propre du terme.

Non, ça c'est seulement dans la vulgarisation. En science on a trouvé mieux (et là depuis fort longtemps) : les maths.

Que ce soit la gravitation ou l’électromagnétisme, on y pige que dalle, on ne fait que constater et on fait des modèles accessibles au « bébé » cité par Deedee.

Bon, y a piger et piger. Mais oui, la science c'est la modélisation et ça, ça ne changera jamais.

On va bientôt introduire deux autres forces fondamentales, appelées « Matière noire » et « expansion »

Ne préjuge pas de l'avenir, les histoires de 5eme force ça revient régulièrement mais il est fort possible qu'on n'ajoute jamais d'autres formes fondamentales. D'ailleurs les groupes de jauge associés aux interactions fondamentales sont curieusement élégantes U(1), SU(2), SU(3), P(4). Sans qu'on sache pourquoi d'ailleurs. Et SU(5), E(8), etc... ne marchent pas, on a essayé. J'ai personnellement du mal à voir où se caserait une autre force fondamentale. Mais, bon, je ne vais pas non plus jouer aux prophètes

[papy-alain]

J'ai personnellement du mal à voir où se caserait une autre force fondamentale. Mais, bon, je ne vais pas non plus jouer aux prophètes

Tout de même, je n'ai jamais compris pourquoi l'énergie mystérieuse, qui accélère l'expansion, n'est toujours pas considérée comme une force fondamentale.

[Deedee81]

Tout de même, je n'ai jamais compris pourquoi l'énergie mystérieuse, qui accélère l'expansion, n'est toujours pas considérée comme une force fondamentale.

On peut le considérer comme tel. Mais on n'a aucune preuve. Ce n'est qu'une hypothèse dans un énorme paquet d'idées variées. Il faut d'abord en savoir plus sur cette accélération.

[yves95210]

Tout de même, je n'ai jamais compris pourquoi l'énergie mystérieuse, qui accélère l'expansion, n'est toujours pas considérée comme une force fondamentale.

On peut le considérer comme tel. Mais on n'a aucune preuve. Ce n'est qu'une hypothèse dans un énorme paquet d'idées variées. Il faut d'abord en savoir plus sur cette accélération.

Et parce que ce n'est de toute façon pas une interaction :
Soit il s'agit effectivement d'un terme de densité d'énergie et de pression (négative) qu'on ajoute au tenseur énergie-impulsion dans le membre de droite de l'équation d'Einstein. Dans ce cas, la question est de savoir l'énergie de quoi.
Soit il s'agit d'une simple constante (la constante cosmologique) qu'on ajoute dans le membre de gauche de ladite équation, qui caractérise la façon dont l'espace-temps se courbe en présence de sources d'énergie - donc, en gros, la façon dont "fonctionne" la gravitation. En fait, pour rester parfaitement général, la présence de cette constante est indispensable dans l'équation, et ce serait plutôt sa nullité qui serait un cas particulier.

Dans tous les cas, l'interaction, c'est la gravitation, donc bien l'une des quatre interactions fondamentales.

Et même de ça on n'est pas certain. Selon les théories de gravitation émergente, la description de l'espace-temps en termes de métrique et de courbure ne serait que celle d'un phénomène émergent, valide à grande échelle mais ignorant les "vrais" degrés de liberté sous-jacents, comme peut l'être la thermodynamique classique vis-à-vis de la physique statistique. Ce n'est (sans-doute) qu'une théorie de gravitation quantique qui pourra élucider cette question.
Voir par exemple cette page sur le site de T. Padmanabhan (aller jusqu'au titre "Gravity as an emergent phenomenon: Semi-technical Description", vers le tiers de la page). C'est en anglais, pour faire plaisir à Deedee, mais très lisible (et à chaque étape, le texte donne des références de publications).
Je cite la fin du passage concernant la constante cosmologique:

The emergent paradigm does exactly this and thus provides a natural solution to cosmological constant problem. Since the field equations now arise from varying a thermodynamical potential rather than the metric, we bypass (3) above and obtain field equations which are immune to bulk (vacuum) energy! [See Ref. 191.] The cosmological constant appears only as an integration constant to the solutions of the field equations! It is then possible to provide a new physical principle which determines its numerical value.

[Deedee81]

Salut,

Dans tous les cas, l'interaction, c'est la gravitation, donc bien l'une des quatre interactions fondamentales.

Oui, ton analyse est tout à fait sensée.

J'ai bien vu, de ci-de là, parler de "cinquième force" (on en parle même dans le livre Gravitation mais pas dans le cadre de l'accélération de l'expansion, inconnue à cette époque).
Mais je n'en sais guère plus. C'est peut-être un abus de langage pour parler de "modification de la gravitation". A vérifier.

[yves95210]

J'ai bien vu, de ci-de là, parler de "cinquième force" (on en parle même dans le livre Gravitation mais pas dans le cadre de l'accélération de l'expansion, inconnue à cette époque).
Mais je n'en sais guère plus. C'est peut-être un abus de langage pour parler de "modification de la gravitation". A vérifier.

Salut,

Oui, suffit de chercher cinquième force fondamentale sur google... On trouve par exemple ceci, qui fait un bon état des lieux des tests de la RG, et explique (slide 22) en quoi consiste la recherche d'une cinquième force et pourquoi elle peut être justifiée.

Et effectivement on peut aussi parler de cinquième force dans le cadre de certaines théories de gravitation modifiée (au passage, ça veut dire que ces théories ont quand-même besoin d'une certaine forme de matière noire, puisqu'elles introduisent de nouveaux champs dont les excitations doivent être de nouvelles particules).

A+

[daniel100]

Juste une petite interrogation qui me chagrine,

On mesure les champs magnétiques en gauss tesla ou autres, peu importe, que se soit pour un aimant ou le champ magnétique d’une planète ou d’un soleil.

Ma question : peut-on déduire le champ gravitationnel d’un astre en fonction de son champ magnétique?

Ps : je toujours du mal à concevoir ce qu’est un « champ gravitationnel » (force pour Newton et RG pour Einstein), donc question peut-être mal posée !

Merci,

[Peu importe]

Einstein prévoit la transformation d'énergie en masse, voir l'inverse. Les photons, constituants des ondes électromagnétiques peuvent donc être des particules Ã* masse non négligeable qui lorsqu'elles rentrent en collision libèrent leur énergie perçue sous forme de lumière ou chaleur suivant les récepteurs.
De toute façon, un photon n'est-il pas statique Ã* l'horizon d'un trouver noir, non reconnu par Einstein car soumis Ã* une forte gravité. Dans ce cas ce serait revenir Ã* la loi de Galilé ? Même au delÃ*, il serait attiré.
On dit que la lumière est une onde, mais ne serait elle pas perçue comme seulement une onde? Les composants de la lumière en seraient les photons dont les vitesses seraient proches maison variables ?
Ce qui expliquerait entre autre les différentes ondes lumineuses provenant d'étoiles de masses différentes. Les plus massives retenant leur photons par gravité qui iraient moins vite, moins énergétiques donc plus proche de l'ultraviolet, perception du bleu. Les plus légères libérant leur photons plus vite, plus énergétiques et se rapprochant de l'infrarouge, perception du rouge. Opposition géante bleue, naine rouge. La production de photon se ferait dans l'étoile Ã* un même niveau mais plus ou moins proche du centre de gravité de celle ci.
La lumière est donc la perception de combinaisons de vitesse de photons, perçue comme une vague par des capteurs qui auraient la prétention de capter un seul et même photon individuellement ?
Il serait cohérent que le photon dont la trajectoire est linéaire donc ait bien une masse donc ?

[Peu importe]

Désolé pour les caractères chelous du au copier coller, mais ça reste lisible.

[Peu importe]

E=mc^2
Ec=1/2 mv^2
Donc ne pourrait-on pas imaginé que pour une onde qui n'est qu'un ensemble de particules, il fasse effectuer une sorte de moyenne de l'ensemble des particules pour déterminer l'énergie résultante?
D'où la division par deux si homogénéité peut-être gaussienne des particules photoniques?

[mach3]

Désolé mais c'est du gros n'importe quoi. Pas le temps de reprendre point par point tout de suite. Mais déjà, les ultraviolets sont plus énergétiques que les infrarouges...

m@ch3

[mach3]

aie aie aie, que de choses ingurgitées n'importe comment dans de mauvaises gamelles et mal digérées... du coup normal que cela ressemble à du vomi (c'est le propos qui est critiqué, bien-entendu, pas la personne).

Einstein prévoit la transformation d'énergie en masse, voir l'inverse. Les photons, constituants des ondes électromagnétiques peuvent donc être des particules à masse non négligeable qui lorsqu'elles rentrent en collision libèrent leur énergie perçue sous forme de lumière ou chaleur suivant les récepteurs.

On n'a pas de transformation d'énergie en masse ou l'inverse, mais une équivalence entre la masse et l'énergie d'un système au repos. La masse et l'énergie sont des quantités qui se conservent (c'est piégeux pour la masse, mais c'est bien le cas), ce qui n'est pas compatible avec le fait de se transformer l'un en l'autre...

Un photon, jusqu'à preuve du contraire, possède une masse nulle, mais il possède une énergie et une quantité de mouvement jamais nulles (jamais au repos, donc équivalence ci-dessus inapplicable pour un seul photon).

De toute façon, un photon n'est-il pas statique à l'horizon d'un trou noir, non reconnu par Einstein car soumis à une forte gravité. Dans ce cas ce serait revenir à la loi de Galilée ? Même au delà, il serait attiré.

Non, à l'horizon d'un trou noir, la vitesse locale d'un photon est c, comme partout ailleurs. La vitesse coordonnée en revanche (division d'un distance coordonnées par un temps coordonnée, qui ne sont pas des grandeurs physiques mais fonction d'un étiquetage arbitraire des évènements de l'espace-temps) peut prendre n'importe quelle valeur. En particulier, quand on décrit l'espace-temps autour d'un trou noir en utilisant les coordonnées de Schwarzschild (un étiquetage arbitraire possible), les vitesses coordonnées tendent vers 0 sur l'horizon.

On dit que la lumière est une onde, mais ne serait elle pas perçue comme seulement une onde? Les composants de la lumière en seraient les photons dont les vitesses seraient proches mais variables ?

Les ondes électromagnétiques et les photons sont deux modèles différents de la même chose, à savoir les excitations du champ électromagnétique. L'un ne compose pas l'autre, ce sont simplement deux facettes d'un même objet. Suivant la situation, une facette conviendra mieux que l'autre pour expliquer un phénomène. On peut dans tous les cas utiliser l'électrodynamique quantique, qui unifie tout ceci, mais elle est bien plus complexe à utiliser que l'electromagnétisme classique de Maxwell ou les photons d'Einstein. Quoi qu'il en soit, ces excitations se déplacent à la même vitesse en toutes conditions et pour tout observateurs.

Ce qui expliquerait entre autre les différentes ondes lumineuses provenant d'étoiles de masses différentes. Les plus massives retenant leur photons par gravité qui iraient moins vite, moins énergétiques donc plus proche de l'ultraviolet, perception du bleu. Les plus légères libèrant leur photons plus vite, plus énergétiques et se rapprochant de l'infrarouge, perception du rouge. Opposition géante bleue, naine rouge. La production de photon se ferait dans l'étoile à un même niveau mais plus ou moins proche du centre de gravité de celle ci.

1) le redshift gravitationnel causé par la masse d'une étoile est quasi-négligeable. Les étoiles ne sont pas assez denses. Le spectre reçu (et donc la couleur) est à un micropouillème près le même que le spectre émis. Ca commence à être tout juste significatif pour une étoile à neutron.
2) Les photons ultraviolets sont plus énergétiques que les photons infrarouges.

m@ch3

[Mailou75]

Salut,

Quoi qu'il en soit, ces excitations se déplacent à la même vitesse en toutes conditions et pour tout observateurs.

Je ne sais plus à quelle conclusion etait arrivée la derniere discussion sur le sujet mais il me semble des aimants pointeront vers la position "actuelle" de la source/centre du champ magnetique (extrapolée en fonction de sa vitesse) et que des masses negligeables seront attirées par la position "actuelle" d'une masse M>>m (extrapolee en fonction de la vitesse et de l'accéleration. Donc la vitesse des OG c'est pas que c'est superflu mais presque