M. Tompkins et les ondes gravitationnelles

[invitee6546ae1]

Hello,

Certains d'entre vous connaissent peut-être M. Tompkins, un personnage ficitif imaginé par le physicien George Gamow dans le cadre d'un livre de vulgarisation.

M.Tompkins est un total profane en physique, mais un beau jour il décide de s'y initier. Pour cela il assiste à des conférences sur des sujets comme la relativité ou la physique quantique mais il a la fâcheuse tendance à s'endormir durant ces dernières. Alors il rêve : Par exemple d'un monde où les effets relativistes (contraction des longueurs, dilatation du temps) interviennent à des vitesses tout à fait insignifiantes (dès qu'il enfourche son vélo), d'un autre où les phénomènes quantiques ont lieu à notre échelle, etc...

Bref, vous comprenez l'idée. C'est à la fois assez amusant et surtout c'est un bon astuce de vulgarisation qui permet de se faire une idée relativement intuitive des phénomènes décrit.

En m'inspirant de ce principe, j'aimerais poser une question : Que verrait ce brave M. Tompkins si une onde gravitationnelle d'une amplitude colossale (disons que LIGO et Virgo détecterait une modification des longueurs de l'ordre du mètre, oui, soyons fou!) traversait le système solaire?
Déjà j'imagine qu'une telle courbure locale de l'espace serait visible bien avant son arrivée dans le système solaire, concrètement comment la verrait-on?
Ensuite quel serait son effet sur la matière qu'elle traverse (étoiles, planètes, nuages intersidéraux, etc...)?
Enfin, j'imagine qu'avec une onde de cette amplitude les effets sur le temps deviendraient perceptibles, comment se manifesteraient-ils?
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[phys4]

En m'inspirant de ce principe, j'aimerais poser une question : Que verrait ce brave M. Tompkins si une onde gravitationnelle d'une amplitude colossale (disons que LIGO et Virgo détecterait une modification des longueurs de l'ordre du mètre, oui, soyons fou!) traversait le système solaire?
Déjà j'imagine qu'une telle courbure locale de l'espace serait visible bien avant son arrivée dans le système solaire, concrètement comment la verrait-on?
Ensuite quel serait son effet sur la matière qu'elle traverse (étoiles, planètes, nuages intersidéraux, etc...)?
Enfin, j'imagine qu'avec une onde de cette amplitude les effets sur le temps deviendraient perceptibles, comment se manifesteraient-ils?

Bonjour,
Il faudrait avoir une idée de la forme d'onde : nous pouvons supposer une super impulsion d'une, ou quelques périodes.
Visibilité avant l'arrivée : non, comme les conséquences de l'onde ne se propagent pas plus vite que l'onde, aucun effet précurseur ne serait visible avant le passage de l'onde.
Effets locaux : un séisme général avec bris des objets fragiles et cassants, imaginez plus aucune vitre intacte. Je suppose que l'amplitude reste insuffisante pour détruire toute vie (sinon il n'y a plus rien à observer).
Les conséquences sur la Terre, seraient des éboulements, glissements de terrains et pourraient être le réveil de quelques volcans, à cause des fissures produites.
L'effet moyen sur le temps resterait peu perceptible.
Au revoir.

[invitee6546ae1]

Visibilité avant l'arrivée : non, comme les conséquences de l'onde ne se propagent pas plus vite que l'onde, aucun effet précurseur ne serait visible avant le passage de l'onde.

Ah ben oui, quel idiot, je n'ai pas pensé au fait que les ondes gravitationnelles se propageaient à la vitesse de la lumière.

Effets locaux : un séisme général avec bris des objets fragiles et cassants, imaginez plus aucune vitre intacte. Je suppose que l'amplitude reste insuffisante pour détruire toute vie (sinon il n'y a plus rien à observer).
Les conséquences sur la Terre, seraient des éboulements, glissements de terrains et pourraient être le réveil de quelques volcans, à cause des fissures produites.
L'effet moyen sur le temps resterait peu perceptible.

Merci, c'est un peu ce que je pensais : Même une onde gravitationnelle d'une amplitude "impossible" n'aurait finalement que peu d'impact sur la matière baryonique.
Concernant le temps, si l'effet est peu perceptible, j'imagine néanmoins qu'il serait mesurable, non? (si oui de quelle façon?)

[Deedee81]

Concernant le temps, si l'effet est peu perceptible, j'imagine néanmoins qu'il serait mesurable, non? (si oui de quelle façon?)

En comparant les enregistrements des horloges, mais les écarts seraient certainement infimes.... surtout si toutes les horloges subissent la même onde grav !

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitee6546ae1]

En gros on pourrait imaginer des horloges atomiques alignées perpendiculairement, le long des "bras" de LIGO par exemple?

[Deedee81]

En gros on pourrait imaginer des horloges atomiques alignées perpendiculairement, le long des "bras" de LIGO par exemple?

Avec une comparaison synchronisée (car au final elles vont toute subir le même décalage.... mais pas au même moment).
Mais vu l'intensité, ce ne serait pas mesurable (a cause de ce "foutu" facteur c² dans la métrique, c'est comme les trajectoires dans l'espace-temps. La Lune suit presque une géodésique, super bien courbée, mais le décalage temporel est infime, bien que mesurable cette fois)

[invitee6546ae1]

Ok, merci.
L'effet temporel du passage d'une OG est donc extrêmement minime (comparativement à son effet sur les dimensions spatiales), dans les faits ce n'est même pas envisageable d'espérer pouvoir le mesurer.

[papy-alain]

Ok, merci.
L'effet temporel du passage d'une OG est donc extrêmement minime (comparativement à son effet sur les dimensions spatiales), dans les faits ce n'est même pas envisageable d'espérer pouvoir le mesurer.

Ah ben si, ça se mesure. C'est justement le boulot des interféromètres.

[invitee6546ae1]

Ah ben si, ça se mesure. C'est justement le boulot des interféromètres.

Les interféromètres mesurent la modification des longueurs (spatiales), là je parlais des modifications temporelles.

[papy-alain]

Les interféromètres mesurent la modification des longueurs (spatiales), là je parlais des modifications temporelles.

Oui, pardon. En effet, l'influence temporelle doit être quasi infinitésimale.

[kirinyaga]

pourquoi des éboulements ? L'onde modifie l'espace lui-même, pas la position relative des objets dans celui-ci. Si l'onde avait une amplitude d'1m sur une distance de 2,5m, on verrait simplement le plafond de la pièce dans laquelle on se trouve descendre d'1m (sans toucher notre tête car notre taille diminuerait d'autant) pendant que les murs s'écarteraient de 2m, puis le plafond remonter à 3,5m alors que les murs se rapprochent. Sans que cela ne provoque aucune fissure ni aucune secousse, ni qu'aucun objet ne tombe par terre.

Bon, l'amplitude serait aussi de la même ampleur à l'échelle atomique et avoir des atomes éloignés de 3 angstroms au lieu de 2 pourrait j'imagine provoquer des trucs pas cool au niveau des molécules. Sans doute une désagrégation des matériaux si des molécules se cassent, avec un tas de réactions chimiques violentes quand elles se recombinent ensuite, et la variation brutale des forces d'attractions interatomiques (et même les électrons autour des atomes seraient impactés je suppose) feraient peut-être vibrer les atomes, provoquant une augmentation soudaine de la température.

Mais je pense qu'il doit y avoir moyen d'avoir une onde visible macroscopiquement sans effet notable au niveau chimique/atomique. Et aucune secousse de mon point de vue.

[papy-alain]

Ok, merci.
L'effet temporel du passage d'une OG est donc extrêmement minime (comparativement à son effet sur les dimensions spatiales), dans les faits ce n'est même pas envisageable d'espérer pouvoir le mesurer.

Après réflexion, je me dis que ce n'est pas mesurable, même avec des appareils ultra-sophistiqués encore à inventer, pour la raison suivante : la différence temporelle pourrait se mesurer par rapport à quoi ? Une horloge atomique va être retardée d'une fraction de seconde quasi infinitésimale. Mais comment le verrait on ? Par rapport à quoi, vu que tout point de comparaison possible sera affecté de la même manière, par la même OG.

[jacquolintégrateur]

pourquoi des éboulements ? L'onde modifie l'espace lui-même, pas la position relative des objets dans celui-ci. Si l'onde avait une amplitude d'1m sur une distance de 2,5m, on verrait simplement le plafond de la pièce dans laquelle on se trouve descendre d'1m (sans toucher notre tête car notre taille diminuerait d'autant) pendant que les murs s'écarteraient de 2m, puis le plafond remonter à 3,5m alors que les murs se rapprochent. Sans que cela ne provoque aucune fissure ni aucune secousse, ni qu'aucun objet ne tombe par terre.

Bonjour
Procède donc à l'expérience suivante: découpe, dans du papier de soie très fin, une figurine quelconque (oiseau, bonhomme, poisson...) et colle le papier sur un ballon en caoutchouc. Tire et malaxe le ballon, surtout dans la région où le papier est collé, en faisant varier sa courbure intrinséque (ce qui implique d'importantes variations des longueurs, simultanément dans des directions orthogonales): tu verras ce que devient la figurine en papier !! (les âmes sensibles ne doivent pas regarder !!)
Cordialement

[kirinyaga]

oui, mais justement, les objets ne sont pas "collés" dans l'espace. Tant que l'effet n'est pas significatif au niveau des liaisons chimiques, ça ne devrait pas avoir de conséquences sur les structures ...

[jacquolintégrateur]

oui, mais justement, les objets ne sont pas "collés" dans l'espace. Tant que l'effet n'est pas significatif au niveau des liaisons chimiques, ça ne devrait pas avoir de conséquences sur les structures ...

Bonsoir
Ton cas est désespéré !... et désespérant!! Que crois-tu que mesurent LIGO et VIRGO, sinon les variations de longueur des bras des interféromètres qui suivent les déformations de l'espace dans lequel ils sont littéralement "collé" ??
Cordialement

[phys4]

oui, mais justement, les objets ne sont pas "collés" dans l'espace. Tant que l'effet n'est pas significatif au niveau des liaisons chimiques, ça ne devrait pas avoir de conséquences sur les structures ...

Les ondes gravitationnelles se manifestent comme les effets de marée par des variations d'accélération. Cet exemple d'effet soulève les océans sans action directe sur les structures.
Le passage d'une onde peut être mesuré grâce à cette variation d'accélération.

Une onde ferait ébouler les montagnes bien avant d'agir au niveau moléculaire.

[kirinyaga]

Ton cas est désespéré !... et désespérant!!

Euh, du calme !
Ce que je veux dire, c'est que ce qui fait qu'un objet est solide, ce sont les liaisons chimiques. Si une onde gravitationnelle qui traverse un mur tente de rapprocher ses deux faces, à moins qu'elle ne soit significative devant ces liaisons, pourquoi le mur bougerait. Quand un objet casse, c'est que les forces sur l'objet macrocospique sont concentrées sur un petit nombre de liaisons, mais une onde gravitationnelle est répartie partout de façon homogène.
Si je comprends phys4, les 2 faces ressentirait une accélération différente. Les ondes gravitationnelle sont l'équivalent d'ondes de cisaillement, si je ne me trompe pas, ce qui n'est pas le cas du champ de gravité lunaire ou solaire. Bon, techniquement un effet de marée c'est une onde de cisaillement, mais c'est aussi le cas quand on parle des effets de marée lunaires ? D'où vient le cisaillement ici.