De l'origine des masses inerte et pesante

[Seirios]

Bonjour à tous,

Je me suis posé une question à propos des concepts de masse : en relativité générale, la masse pesante est vue comme un contenu énergétique courbant la géométrie de l'espace-temps ; en physique des particules, la masse inerte des particules peut être vue, il me semble, comme le couplage desdites particules avec le champ de Higgs.

Pourtant, bien que ces deux mécanismes soient totalement différents, on observe jusqu'à présent une convergence de la valeur de la masse inerte avec la valeur de la masse pesante.

N'est-ce pas surprenant ? (ou peut-être que ce que je dis comporte quelques erreurs ?)

[invitedbd9bdc3]

Il y avait la façon de voir avant la RG : c'est marrant, ça marche pour n'importe quoi qu'on pese ou mesure. Et à une tres grande precision.
Depuis, Einstein en a fait un principe fondemental de la physique : le principe d'equivalence. Un peu comme la vitesse limite de la lumiere. C'est ce principe qui fonde toute la RG.

[invite1acecc80]

Bonjour,

Il y avait la façon de voir avant la RG : c'est marrant, ça marche pour n'importe quoi qu'on pese ou mesure. Et à une tres grande precision.
Depuis, Einstein en a fait un principe fondemental de la physique : le principe d'equivalence. Un peu comme la vitesse limite de la lumiere. C'est ce principe qui fonde toute la RG.

Einstein a placé l'équivalence masse inertielle/masse grave comme l'un des axiomes de sa théorie. Mais cette hypothèse est bien antérieure à Einstein (il suffit de voir les lois de Newton...). On peut s'en rendre compte avec le livre de Poincaré "la science et l'hypothèse".
Egalement, aucune manip pour le moment ne justifie une différence (à quelque 10^-12 près je crois...). C'est le fait de l'observation expérimentale très précise du rapport des 2 masses qui , je pense, a fait pencher Einstein vers son hypothèse d'équivalence des masses.

A plus.

[invite88ef51f0]

Salut,
La question de Phys2 va plus loin. L'égalité entre deux grandeurs intrinsèques d'une particule est un peu étonnant mais on peut comprendre que la Nature ait choisi de prendre les deux égaux (c'est ce que recherche l'unification en physique). Mais c'est quand même plus étonnant lorsqu'on ne parle plus d'une propriété propre à la particule mais de sa constante de couplage avec un champ externe. Qu'est-ce que le Higgs a de spécial sur le plan gravitationnel ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitedbd9bdc3]

Salut,
La question de Phys2 va plus loin. L'égalité entre deux grandeurs intrinsèques d'une particule est un peu étonnant mais on peut comprendre que la Nature ait choisi de prendre les deux égaux (c'est ce que recherche l'unification en physique). Mais c'est quand même plus étonnant lorsqu'on ne parle plus d'une propriété propre à la particule mais de sa constante de couplage avec un champ externe. Qu'est-ce que le Higgs a de spécial sur le plan gravitationnel ?

J'ai un peu l'impression qu'on place trop d'importance à la masse dans ce genre d'histoire. Ce qui est important en RG, c'est le tenseur énergie-impulsion. Que les particules aient une masse ou pas ne change pas grand chose, à part dans la "localisation" de l'energie. (Bien sur je caricature beaucoup).

Peut-etre qu'on peut voir la masse que comme l'interaction avec un champ (de Higgs). La particularité, c'est que ce champ à une valeur non nulle dans le vide et que donc les particules interagissent tout le temps avec. Bref, pour toutes valeurs de leur impulsion elles ont une energie residuelle qu'on appelle la masse pour des raisons historiques. Non?

[invitedbd9bdc3]

Pour preciser un tout petit peu plus, mais tout ça n'est pas vraiment formulé de façon clair et défini dans mon esprit, ne peut-on pas dire que comme la masse inertielle est l'energie minimum d'un corps, la masse pesante (qui est une conception classique, associé à un corps immobile dans un referentiel) ne peut etre que de la meme valeur que la masse inertielle, par définition?

Mais je m'egare surement...

[invite88ef51f0]

Tu m'as convaincu. Attendons de voir ce qu'en pense Phys2.

[stefjm]

Bonjour,
Si masse inerte et masse grave sont différentes, devrait-on considérer deux dimensions physiques différentes?
Il y aurait alors besoin d'un coeff dimentionné Mgrave/MasseInerte dont la valeur serait proche de 1.
Quelle pourrait être cette constante fondamentale?

[invite88ef51f0]

Ce coefficient existe déjà de manière caché. Mais le fait qu'il soit constant fait qu'on peut choisir nos unités de manière à ce qu'il soit toujours égal à 1.
Imaginons que je mesure mes masses graves en coins et mes masses inertielles en stefs. À force de mesure, je découvre le principe d'équivalence : le rapport de la masse grave sur la masse inertielle est le même pour tous les corps et vaut 12,7 coins/stefs. La chose la plus intelligente à faire est de se débarrasser de ces unités redondantes. J'étend la définition du stef aux masses graves en disant qu'une masse grave d'1 stef correspond à ce qu'on appelait 12,7 coins. Et je me débarrasse de l'unité obsolète du coin, devenue inutile.
Historiquement, ce n'est pas du tout ce qu'il s'est passé (sans doute car le principe d'équivalence a été formulée dans sa version faible dès Galilée et donc avant que Newton ne formalise tout ça, ce qui fait que dès le début il n'a pas fait la distinction). Mais par contre, c'est ce qui est arrivé en thermodynamique : les travaux de Joule ont montré que la chaleur et l'énergie étaient liées. On a donc oublié la calorie, unité pour la chaleur, et on a utilisé le joule, unité d'énergie, pour exprimer la chaleur.

Bien sûr, si le rapport entre les deux grandeurs n'est pas vraiment constant et dépend du corps (composition, taille, ...), il faudra refaire la distinction.

[invitedbd9bdc3]

Toujours pour rester dans ce que je disais plus haut, je n 'arrive pas à savoir si le principe d'equivalence (au moins faible mais peut-etre meme fort) est necessaire pour definir la RG, mais ne sont en fait que des concequences.
Bien sur, je sais que ces deux principes sont d'une importance historique capitale, mais je parle au niveau fondemental.

Par exemple, avec le principe de moindre action et le principe d'invariance de lorentz locale, je peux postuler une action (que je nomme par tout hasard, action de Hilbert ) et je peux en deduire les equations du mouvement, ainsi que des les quantités conservées, etc etc.
Et dans ce cas, par le fait meme de la forme de mon action, je tombe sur une egalité entre la masse inertiel et la masse grave, c'est à dire dans la RG, une independance de l'acceleration d'une particule test par rapport à sa masse (et si je veux retrouver les equations de Newton, je suis obligé d'introduire une masse a la main qui sera la meme de chaque coté, ce qui implique l'egalité entre masse grave et masse inertielle).

Vous en pensez quoi?

[invitee4af6302]

Ce coefficient existe déjà de manière caché. Mais le fait qu'il soit constant fait qu'on peut choisir nos unités de manière à ce qu'il soit toujours égal à 1.

Bonjour,

Je suis d'accord avec vous sur le fait que ce coefficient est "rigoureusement" constant dans la vie quotidienne.
Pourtant, nombreux sont les cas où la masse pesante n'est plus égale à la masse inerte.
Avant de vous dire à quoi je fais allusion, je vous laisse deviner de quoi il s'agit, car effectivement cette corrélation avec le boson de Higgs est assez troublante.

[invite88ef51f0]

Pourtant, nombreux sont les cas où la masse pesante n'est plus égale à la masse inerte.

Je n'ai pas envie de jouer aux devinettes, donc je dirais simplement que c'est faux.

[invitee4af6302]

Je n'ai pas envie de jouer aux devinettes, donc je dirais simplement que c'est faux.

Pardon, je ne disais pas cela pour vous provoquer, juste pour animer le débat
Je vais pourtant vous citer les cas fréquents où cela se produit, j'ai cité ce phénomène sur un autre forum :

Voilà à quoi je pense : les particules cosmiques relativistes qui nous tombent dessus : ce n'est peut-être qu'une image me direz-vous mais :
La masse inerte devient bien supérieure à la masse pesante non ?
L'accélération (considérée comme une constante) diminue puisque les particules animées de vitesses proches de la lumière ne peuvent pas la dépasser...(c'est ma façon de voir les choses)
Rassurez-vous, je sais que je ne vous apprends rien, je voudrais juste comprendre la façon dont il faut percevoir ce phénomène (en dehors de la Relativité Générale) du point de vue du Boson de Higgs ...et peut-on affirmer que le principe d'équivalence n'est pas valable dans ce cas ?

[Seirios]

J'ai un peu l'impression qu'on place trop d'importance à la masse dans ce genre d'histoire. Ce qui est important en RG, c'est le tenseur énergie-impulsion. Que les particules aient une masse ou pas ne change pas grand chose, à part dans la "localisation" de l'energie. (Bien sur je caricature beaucoup).

Peut-etre qu'on peut voir la masse que comme l'interaction avec un champ (de Higgs). La particularité, c'est que ce champ à une valeur non nulle dans le vide et que donc les particules interagissent tout le temps avec. Bref, pour toutes valeurs de leur impulsion elles ont une energie residuelle qu'on appelle la masse pour des raisons historiques. Non?

Pour preciser un tout petit peu plus, mais tout ça n'est pas vraiment formulé de façon clair et défini dans mon esprit, ne peut-on pas dire que comme la masse inertielle est l'energie minimum d'un corps, la masse pesante (qui est une conception classique, associé à un corps immobile dans un referentiel) ne peut etre que de la meme valeur que la masse inertielle, par définition?

Mais je m'egare surement...

Je vais essayer de résumer ce que j'ai compris, pour m'assurer de bien avoir compris tes arguments :
La masse inertielle d'une particule correspond à son énergie minimale, à son énergie au repos : . Ensuite, en relativité générale, la masse pesante ne dépend que du tenseur énergie-impulsion, la particule étant considérée au repos ; la masse pesante est donc également image de l'énergie au repos. Se référant à la même énergie, il n'est alors pas étonnant que les masses pesante et inertielle soient confondues. C'est bien cela ?
Dans ce cas, comment sait-on que ces masses dépendent de l'énergie minimale de la même manière ?

[invitedbd9bdc3]

Je vais essayer de résumer ce que j'ai compris, pour m'assurer de bien avoir compris tes arguments :
La masse inertielle d'une particule correspond à son énergie minimale, à son énergie au repos : . Ensuite, en relativité générale, la masse pesante ne dépend que du tenseur énergie-impulsion, la particule étant considérée au repos ; la masse pesante est donc également image de l'énergie au repos. Se référant à la même énergie, il n'est alors pas étonnant que les masses pesante et inertielle soient confondues. C'est bien cela ?
Dans ce cas, comment sait-on que ces masses dépendent de l'énergie minimale de la même manière ?

Je pense que c'était bien ce que j'essaie de dire, ou plutot de m'auto-formuler...

Apres, tout dépend de ta façon de definir la masse pour le voir. Dans le cas de la relativité, les plus simple est de la definir comme la norme de la quadri-impulsion, ce qui correspont aussi à l'énergie d'un corps au repos. Cette definition est la meme pour tous les corps, composites ou pas (dans ce cas, l'énergie de liaison est pris en compte).

Ca serait bien qu'un vrai expert confirme ou infirme tout ce que je raconte (de meme que pour le message #10.

[Seirios]

Ca serait bien qu'un vrai expert confirme ou infirme tout ce que je raconte (de meme que pour le message #10.

Il serait effectivement intéressant de savoir si le principe d'équivalence peut ou non être une conséquence de la relativité générale, parce que sinon il ne serait peut-être pas très pertinent de considérer cette théorie pour parler de la différence entre masses inerte et pesante, puisqu'elle supposerait ce principe à la base.

[invitedbd9bdc3]

Apres, meme si c'est le cas, on peut toujours rajouter des termes à la main dans l'action qui brisent le principe d'equivalence (ce qui en fait des theories alternatives de la RG) et mesurer expérimentalement l'ecart.

Bon, quelqu'un se devoue pour appeler Rincevent?