Vitesse de l'action de la Gravité et Gravitons

[Daniel1958]

Bonjour

Il y a quelques temps j'avais demandé à un spécialiste pourquoi on était sûr que la vitesse d'action de la gravité ne dépassait celle de la lumière.

On m'a répondu oui car Einstein estimait que rien ne pouvait aller plus vite que la vitesse de la lumière dans le vide.

Cette réponse factuelle m'a laissé dubitatif. Car il y avait des phénomènes ou cette vitesse pouvait être dépassée : vitesse d'expansion de l'univers, vitesse sur certains effets tunnels et sur d'autres bizarreries comme les particules intriquées.
Il était écrit que ce n'était pas choquant car il ne s'agissait pas d'un réel transport d'informations.

Mais Einstein considérait la gravitation comme une conséquence de l'action de la masse sur l'espace-temps. Pour lui ce n'était pas une force. Contrairement à Newton qui estimait son action immédiate, Einstein lui pensait que son action agissait à la vitesse de la lumière. Les faits lui ont donné raison avec la confirmation par les ondes gravitationnelles.

Comme chaque force fondamentale est liée à un vecteur sous forme de particule. A-t-on estimé que l'action de la gravité agissant à la vitesse de la lumière devait être véhiculé par une particule "le graviton" . Effet de la masse sur Espace-temps ou force. Il me semble que les gravitons (qui théoriquement devraient se déplacer à la vitesse de la lumière) ne devraient pas avoir de masse. Ou en est-t-on de cette réflexion ?
Y-a-t-il une fusion des idées de la RR et de la théorie des champs sur ce sujet ? Quel est le consensus sur cette question ?
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[pm42]

On m'a répondu oui car Einstein estimait que rien ne pouvait aller plus vite que la vitesse de la lumière dans le vide.

Ce n'est pas "Einstein estimait". C'est une conséquence d'une théorie cohérente mathématiquement, maintes fois vérifiée depuis plus de 1 siècle par de nombreuses expériences, observations et avec une très grande précision.

vitesse d'expansion de l'univers

Non. Déjà, ce n'est pas une vitesse mais un taux. Ensuite, il y a justement une énorme différence entre l'expansion de l'Univers lui même et le déplacement dans ce même univers.

vitesse sur certains effets tunnels et sur d'autres bizarreries comme les particules intriquées.

Non plus.

[Daniel1958]

J'ai un peu fait des raccourcis et les livres de vulgarisation en font aussi. Bon ma présentation peut faire débat. Et puis on n'a pas parlé de tachyons ? Pour les particules intriquées ça peut aussi se discuter. Mais ma question reste en suspens.

[mach3]

En relativité générale, la courbure de l'espace-temps en un évènement (qui va donc dicter la déviation des géodésiques = les forces de marée = la gravitation au voisinage de cet évènement) a pour source l'énergie-impulsion située sur le cône de lumière passé de l'évènement.
Si on fait certaines approximations, la gravitation, à l'instar de l'électromagnétisme, se décompose en 3 composantes (cela s'appelle le gravitoelectromagnétisme) : une composante de type électrique qui dépend la position retardée(*) des masses, une composante de type magnétique qui dépend du mouvement retardé (en particulier les rotations) et enfin une composante de rayonnement. L'une dans l'autre, les composantes électriques et magnétique "conspirent" (grosso-modo la composante magnétique, en informant sur le mouvement, permet d'anticiper la position actuelle à partir de la position retardée) et donnent l'impression que c'est la masse dans sa position actuelle et non retardée qui est la source (d'où la loi de Newton qui prend en compte les positions actuelles et non les positions retardées des astres pour calculer le champ gravitationnel). La composante de rayonnement sont les fameuses ondes gravitationnelles. Elles "mettent à jour" la courbure.

Concernant le graviton, s'agissant d'un possible élément d'une théorie de gravitation quantique qui n'est encore que spéculative, il n'y a pas de consensus, si ce n'est que s'il existe il doit être de masse nulle (donc déplacement à la vitesse de la lumière) et de spin 2. Je laisse la main à Deedee ou d'autre pour ce versant gravitation quantique.

m@ch3

* position retardée : position que les masses occupait il y a x années si elles étaient à x années-lumières, par opposition à la position "actuelle" (qui dépend alors de ce qu'on appelle "maintenant" : il faut définir une simultanéité)

[A voir en vidéo sur Futura]

[Daniel1958]

Bonjour

C'est passionnant mais je vais reprendre ta phrase

Si on fait certaines approximations, la gravitation, à l'instar de l'électromagnétisme, se décompose en 3 composantes (cela s'appelle le gravitoelectromagnétisme)

Est-ce un effet réel ou un calage phénoménologique pour coller aux équations de Maxwell. Ou alors on considère que les masses sont des étoiles et/ou des nuages de gaz qui émettent des rayonnements. Mais pour des masses inertes cela ne me semble pas s'appliquer.


Attention je dis souvent des bêtises

[JPL]

Et puis on n'a pas parlé de tachyons ?

Le tachyon est une particule qui apparaît dans certaines extensions purement spéculatives du modèle standard, par exemple dans quelques variantes des théories des cordes. Compte tenu de ses propriétés qui conduisent à des paradoxes, une position simple prise par pas mal de théoriciens consiste à penser que c’est le signe que ces extensions sont foireuses.

J’ai l’impression que c’est une particule hypothétique dont on ne parle plus beaucoup actuellement, sauf dans certaines œuvres de science fiction où ces propriétés paradoxales sont bien commodes pour des intrigues conduisant à des développements tout aussi paradoxaux.

[yves95210]

Est-ce un effet réel ou un calage phénoménologique pour coller aux équations de Maxwell.

C'est un effet réel. On parle de gravito-électromagnétisme parce que les équations qu'on obtient dans une approximation de celles de la RG, valide pour les champs faibles, sont analogues à celles de Maxwell.

Ou alors on considère que les masses sont des étoiles et/ou des nuages de gaz qui émettent des rayonnements. Mais pour des masses inertes cela ne me semble pas s'appliquer.

Jette un coup d'œil à https://fr.wikipedia.org/wiki/Gravitoélectromagnétisme.

Attention je dis souvent des bêtises

Oui

[Daniel1958]

Ben pas tant que ça

cf article de Wikipédia

Le gravitoélectromagnétisme, aussi nommé GEM, est une analogie entre les équations de l'électromagnétisme et celles de la gravitation, plus précisément entre les équations de Maxwell et une approximation, valide selon certaines conditions, des équations d'Einstein pour la relativité générale. Le gravitomagnétisme, quant à lui, est un terme largement utilisé pour décrire une analogie entre l'effet cinétique de la gravité et l'effet magnétique engendré par une charge électrique en mouvement.

je lis analogie et ma phrase

Est-ce un effet réel ou un calage phénoménologique pour coller aux équations de Maxwell. Ou alors on considère que les masses sont des étoiles et/ou des nuages de gaz qui émettent des rayonnements

Ma phrase n'est pas loin de sa cible

[yves95210]

je lis analogie et ma phrase
Ma phrase n'est pas loin de sa cible

Mais il s'agit bien d'un effet réel de la gravitation, même si il présente une analogie avec l'électromagnétisme.

Et ça n'a rien à voir avec la nature des sources de gravitation, mais seulement avec leur mouvement. De la même façon qu'une sphère chargée en rotation génère un champ magnétique, un astre en rotation génère un champ gravitomagnétique. Ou plus généralement tout "courant de matière" (par exemple l'ensemble des étoiles et du gaz en rotation autour du centre d'une galaxie spirale) génère un champ gravitomagnétique (très faible : certains ont imaginé qu'il pourrait remplacer la matière noire comme explication des courbes de rotation des galaxies, mais il s'en faut de plusieurs ordres de grandeur).

Comme pour l'électromagnétisme, la séparation en composantes gravitoélectrique (le champ généré par les sources statiques) et gravitomagnétique (le champ généré par le mouvement des sources) dépend du référentiel, puisque suivant le référentiel choisi une même source peut être statique ou en mouvement (de rotation et/ou de translation).

Le formalisme utilisé pour dériver cette approximation des équations de la RG est le même que celui qui conduit à la prédiction des ondes gravitationnelles(*) - pas étonnant puisque là aussi on retrouve une analogie avec l'électromagnétisme.
(*) Comme indiqué par mach3, celles-ci résultent de la composante "rayonnement" de cette décomposition, qui apparaît lorsque les "charges" (ici les masses) sont accélérées, comme en électromagnétisme.

[Daniel1958]

Attention comme je ne suis pas du tout familier avec ça. Je serais lourd dans mon comprehension

Je n'en avais jamais entendu parler est-ce de la RG ou de la Cosmologie et/ou de l'Astrophysique ? Çela date de l'époque d'Einstein ?

Donc on considère qu'une rotation ou un déplacement génère "un flux gravitationnel" dans l'espace- temps sous forme ondulatoire........???

Bon je n'ai pas d'idée mais cela ne doit être important que pour les astres très massiques. Donc si un astre tourne cet effet vient se rajouter à son champ gravitationnel ? C'est mesurable ?

Pour être clair pour moi

il y a l'effet de la terre sur elle-même
il y aussi l'effet de l'orbite de la terre autour du soleil ?




Ben dis dont les calculs doivent être "délirants". Décidément en RG il y a des millions de facteurs supplémentaires à prendre en compte.

[mach3]

il y a l'effet de la terre sur elle-même

oui

https://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Lense-Thirring

et ça a été mesuré

https://fr.wikipedia.org/wiki/Gravity_Probe_B

m@ch3

[yves95210]

En complément de la réponse de mach3

Je n'en avais jamais entendu parler est-ce de la RG ou de la Cosmologie et/ou de l'Astrophysique ? Çela date de l'époque d'Einstein ?

C'est de la RG, mais évidemment avec des applications en astrophysique. Et la notion de gravitomagnétisme a même précédé la RG (cf. l'article wikipedia en anglais Gravitoelectromagnetism).
Et c'est Einstein qui a prédit le premier l'existence des ondes gravitationnelles, dès 1916 (mais sans être lui-même convaincu que la solution qu'il avait trouvée correspondait vraiment à quelque-chose de physique).

Donc on considère qu'une rotation ou un déplacement génère "un flux gravitationnel" dans l'espace- temps sous forme ondulatoire........???

Ce ne sont que les mouvements accélérés qui génèrent des ondes gravitationnelles.

Bon je n'ai pas d'idée mais cela ne doit être important que pour les astres très massiques. Donc si un astre tourne cet effet vient se rajouter à son champ gravitationnel ? C'est mesurable ?

Cf. les liens donnés par mach3. Si ça a pu être mesuré autour de la Terre, tu peux imaginer ce que ça peut donner autour d'une étoile (ou d'un trou noir) en rotation rapide...

Ben dis dont les calculs doivent être "délirants".

Pas quand on a suivi un bon cours d'introduction à la RG (ce qui demande quand-même un bon niveau en maths et en physique; ce n'est pas pour rien si ça n'est enseigné qu'en master de physique). En tout cas le principe n'est pas très compliqué à comprendre même sans suivre le détail des calculs.

[Daniel1958]

Bonjour

J'ai comme des soucis de connection. J'ai perdu trois fois mon texte (Edge ?)

Je me posais la question si cet effet pour aussi "marcher avec des trajectoires elliptiques. Elles ne sont pas droites. Peut-être y-a-t-il un effet. Il est peut-être non quantifiable.

Merci pour vos infos

[yves95210]

Je me posais la question si cet effet pour aussi "marcher avec des trajectoires elliptiques.

Pourquoi ne serait-ce pas le cas ?
L'effet Lense-Thirring s'exerce sur tous les corps en mouvement autour d'un objet en rotation. Le fait qu'il soit suffisamment important pour être mesurable dépend de la vitesse de rotation de l'objet et de celle du corps en mouvement.
C'est un effet d'entraînement des référentiels inertiels (frame-dragging en anglais) : une particule en chute libre radiale vers l'objet en rotation, ne perçoit pas d'accélération due à la gravitation et son référentiel local (celui dans lequel elle est immobile) peut donc être considéré comme inertiel. Cependant ce référentiel est "entraîné" par la rotation de l'objet central, et la trajectoire de la particule ne peut pas rester strictement radiale.

[Daniel1958]

Je te remercie de ta réponse

Ta réponse est empreinte de "sapience". C'est un peu ce que pensais. L'effet doit être infinitésimal. Mais je m'aperçois qu'il y a de nombreuses perturbations à prendre en compte du moment que les corps ne vont en ligne droite.

Ah tu viens de faire de la démonstration qu'avec un peu de pédagogie et d'empathie (vis à vis des non sachants) l'outil mathématique n'était pas toujours necessaire pour avoir une image mentale du phénomène.

Après les maths sont indispensables pour calculer et montrer d'autres phénomènes possibles rattachés à celui faisant l'objet de l'étude.

[yves95210]

L'effet doit être infinitésimal.

Autour de la Terre, bien sûr. Mais il est loin d'être infinitésimal autour des trous noirs (ou d'autres objets d'intérêt astrophysique) en rotation.
Sauf que plus on s'en rapproche, moins l'approximation conduisant à la représentation "gravitomagnétique" est applicable, et il faut passer par des solutions plus compliquées (métrique de Kerr autour des trous noirs en rotation, mais ça se complique encore plus autour d'une étoile en rotation rapide, puisque contrairement au cas des trous noirs dont les seuls paramètres impactant la géométrie de l'espace-temps à leur voisinage sont la masse et le moment cinétique, il faut tenir compte de la structure interne de l'étoile).

[Daniel1958]

Ah les trous noirs le réve de tous les cosmologistes. Ils combinent tous les aspects importants de la physique (dynamique, RG, MQ...)

Cela dit il me semble que l'on ne progresse pas vraiment malgré les progrès des instruments de mesure.

Pour être simple : Singularité neutronium ? Bloc de quarks ? Condensat de Bose-Einstein ? Baisse de l'entropie ? J'ai vu aussi une critique du rayonnement de Hawking. Tore vers un autre univers (à mon avis stupide) ? Fontaine Blanche ? (à mon avis très peu probable car il doit rester un noyau actif avec un fort effet gravitationnel).

[yves95210]

Ah les trous noirs le réve de tous les cosmologistes. Ils combinent tous les aspects importants de la physique (dynamique, RG, MQ...)

Cela dit il me semble que l'on ne progresse pas vraiment malgré les progrès des instruments de mesure.

Pour être simple : Singularité neutronium ? Bloc de quarks ? Condensat de Bose-Einstein ? Baisse de l'entropie ? J'ai vu aussi une critique du rayonnement de Hawking. Tore vers un autre univers (à mon avis stupide) ? Fontaine Blanche ? (à mon avis très peu probable car il doit rester un noyau actif avec un fort effet gravitationnel).

Essaie de ne pas trop de disperser si tu veux vraiment progresser dans tes connaissances. Tout ce dont tu parles là est totalement hors-sujet dans cette discussion, en plus d'être très spéculatif. Faudrait arrêter de surfer sur tous les sujets à la mode (ceux qui font le plus de buzz étant en général les plus "exotiques" - ou utilisant le vocabulaire le plus exotique pour les "non-initiés", et souvent les moins solides scientifiquement).

Et ton avis n'intéresse personne (perso, n'étant pas titulaire d'un doctorat en (astro-)physique ni expert des théories de gravitation quantique, je me garderais bien d'exprimer quelque avis que ce soit, si ce n'est sur l'impossibilité de décrire ce qui se passe à l'intérieur d'un trou noir à l'aide des théories actuelles).

D'autre part, par définition on ne risque pas de progresser dans la connaissance de ce qui se passe à l'intérieur des trous noirs grâce aux progrès des instruments de mesure - à moins d'espérer falsifier la RG en trouvant une preuve expérimentale contredisant le théorème de "calvitie" des trous noirs.
En revanche la connaissance (y compris expérimentale) de ce qui se passe à l'extérieur des trous noirs progresse - et, jusqu'à présent, confirme les prédictions théoriques basées sur la RG.

[Daniel1958]

Tu as raison.
Juste comme il y avait beaucoup de publicité sur le sujet, je pensais que notre connaissance avait progressée.

Mais je vais te faire une confidence, je n'ai jamais vraiment compris cet engouement sur ce sujet. La cosmologie regorge d'autres sujets.

[Deedee81]

SAlut,

Mais je vais te faire une confidence, je n'ai jamais vraiment compris cet engouement sur ce sujet. La cosmologie regorge d'autres sujets.

L'engouement dont tu parles est celle du grand public (et donc de la vulgarisation et des actus). Et le grand public aime ce qui est spectaculaire et un trou noir c'est spectaculaire. Faut pas chercher plus loin. J'ai lu un article il y a quelque jour sur la simulation numérique des galaxies. En as-tu entendu parler ? J'en serais surpris : ce n'est pas assez spectaculaire

Concernant les scientifiques, et je ne parle que de ceux touchant à la cosmologie/astrophysique, il y a deux cas :

- Les expérimentateurs (enfin, ceux qui observent). Ils s'intéressent fort peu aux trous noirs. Sauf pour leur intérêt pour :
-- la formation des grandes structures et la dynamique des galaxies
-- les fusions et les ondes gravitationnelles qui les accompagnent
-- comme candidat éventuel à la matière noire
- Les théoriciens, très peu s'y intéressent..... sauf ceux travaillant sur les théories de gravité quantique spéculative... car les trous noirs avec leur aspect extrême peuvent être un bon test théorique

Donc il n'y a aucun engouement, juste un intérêt analogue à celui qui peut exister pour les supernovae, pour les céphéides, pour les exoplanètes....

Fait gaffe : la vulgarisation donne une vision extrêmement fausse de la recherche scientifique. J'ai souvent vu ce genre de remarque dans ces forums (des regrets plutôt puisque la vulgarisation est la vitrine grand public de la science et elle est en verre déformant )

[JPL]

Oui, je vois mal le public se passionner pour une avancée dans l’étude des céphéides

[Deedee81]

Oui, je vois mal le public se passionner pour une avancée dans l’étude des céphéides

Ah oui, je ne dis pas le contraire
Et forcément la vulgraisation, les actus... suivent le mouvement. Surtout les plus connues car les plus populaires. Forcément.

[Daniel1958]

Ben pourquoi pas.

Il y a peut-être des biais cachés dans le "pied à coulisse" de l'espace.

la formation des grandes structures et la dynamique des galaxies

ça s'est extraordinaire ............ il y a livre de Mme Courtois.