Origine de la force de gravitation ?

[invite7867d655]

Voilà, j'avais lu sur un Science et Avenir que la force de gravitation posait probleme aux scientifiques car elle restait incompatible avec la théorie quantique.

Toujours selon cette revue et d'après ce que j'en ai compris, une nouvelle théorie (théorie des cordes) expliquerait que la force de gravitation dans notre espace à 4 dimensions ne serait qu'une sorte de résidu d'une autre force s'exercant dans des dimensions supplémentaires ( mais toutes petites et "repliées" sur elles-mêmes). Ce qui pourrait expliquer pourquoi la gravitation est si faible par rapport aux 3 autres forces.

Elle y fait quoi cette gravitation dans les autres dimensions ?
Elle sort d'où ? De matiere d'un univers parrallele ?
Si cette théorie est vraie, on peut donc passer de "l'information" depuis ces dimensions minuscules et on pourrait déceler des variations de la gravitation ? (hors influence de matiere de notre monde)

PS : N'ayant qu'un petit bac + 2 , j'aimerais savoir si vous connaissez un bouquin (si possible sans trop d'équations indigestes) qui approffondi cette théorie. (j'ai déjà lu Une breve histoire du temps d'Hawking)
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[mtheory]

Elle y fait quoi cette gravitation dans les autres dimensions ?
Elle sort d'où ? De matiere d'un univers parrallele ?
Si cette théorie est vraie, on peut donc passer de "l'information" depuis ces dimensions minuscules et on pourrait déceler des variations de la gravitation ? (hors influence de matiere de notre monde)

PS : N'ayant qu'un petit bac + 2 , j'aimerais savoir si vous connaissez un bouquin (si possible sans trop d'équations indigestes) qui approffondi cette théorie. (j'ai déjà lu Une breve histoire du temps d'Hawking)

Bonsoir,si tu as lu le premier livre d'Hawking tu as déja beaucoup d'informations.Pour la suite ,sur les modèles avec dimensions suplèmentaires, regarde 'L'Univers dans une coquille de noix' du même auteur.
Si tu as bac +2 en physique où en maths je pourrai t'en dire plus.
Salut

[invite7867d655]

Bonsoir,si tu as lu le premier livre d'Hawking tu as déja beaucoup d'informations.Pour la suite ,sur les modèles avec dimensions suplèmentaires, regarde 'L'Univers dans une coquille de noix' du même auteur.
Si tu as bac +2 en physique où en maths je pourrai t'en dire plus.
Salut

DEUG A (Physique -Chimie), Ca s'appelait comme cela à l'époque et ca n'avait qu'un très lointain rapport avec la cosmologie...

[mtheory]

DEUG A (Physique -Chimie), Ca s'appelait comme cela à l'époque et ca n'avait qu'un très lointain rapport avec la cosmologie...

Ok, as tu déja vu le principe de moindre action ou les équations de Lagrange?C'est parfois enseigner en Deug,je peux faire sans mais c'est plus dure.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite45f6a4a5]

On peut bien répondre ce que l'on veut sur la gravitation, puisque personne apparemment n'en connaît la recette;je pourrais dire par exemple que ce sont deux forces antagonistes qui néanmoins s'attirent mutuellement, pour donner naissance à un équilibre soumis à ces deux forces, et que sans cet équilibre les deux forces s'annulent en une seule pour aller rejoindre l'antagonisme proportionnel à cette alliance pour ensuite soumettre un équilibre encore plus important. L'équilibre étant la masse matière.

[invite7867d655]

Ok, as tu déja vu le principe de moindre action ou les équations de Lagrange?C'est parfois enseigner en Deug,je peux faire sans mais c'est plus dure.

Vas-y.
De toute facon, si j'ai une difficulté,je ferai un petit GOOGLE.

[spi100]

Pour comprendre un peu la gravitation, il faut remonter un peu au début de la physique.
Newton au 18eme siècle, découvre que la force exercée par un corps est égale au produit de la masse d'inertie m et de l'accélération qu'il subit.
. Il s'empresse alors d'appliquer ce principe aux mouvements des planètes. Quelques temps avant Kepler, a montré que ce mouvement est une ellipse avec le soleil localisé sur son foyer. Connaissant l'expression mathématique d'une ellipse, il lui suffit de calculer l'accélération en dérivant par deux fois la loi du mouvement et il trouve :
.
Il généralise alors cette loi à tous les corps massifs, la gravitation newtonienne est née. Avec quelques approximations, cette force devient à l'échelle de notre planète:
F = mg, avec g l'accélération terrestre.

Mais il y quand même quelque chose de gênant dans cette success story :

Si j'applique le principe de Newton, à la chute d'un corps, j'obtiens:


Si nous regardons de plus près, nous voyons que TOUS les corps chutent à la même vitesse, QUELQUE SOIT leur masse. Autrement dit, une enclume et une plume lachées en même temps, de la même hauteur, arrivent en même temps sur le sol !!

Ce point a amener Newton à introduire la notion de masse gravifique M i.e. multipliant g, et la masse d'inertie m, multipliant a.
soit encore pour la loi du mouvement

ma = Mg. Si m est différent de M alors la vitesse de chute d'un corps dépend bien de sa masse gravifique et d'inertie, et ce paradoxe serait levé. Il reprend donc ses calculs sur les données de Kepler, mais voilà rien à faire :

m = M et tous les corps tombent à la même vitesse.

Cette chose est admise et on en parlera plus jusqu'à l'arrivée d'Einstein.
Einstein relève ce point et imagine la chose suivante :

Je m'enferme dans une petite cabine complètement opaque, avec plein de petits objets dans mes poches : plumes, bille en métal, enclume .... Quelqu'un me transporte aux confins de l'univers loin de toute source de gravité. Je ne subis donc aucune force, si je sors la plume de ma poche, je la vois flotter devant moi, de même pour la bille, et pareil pour l'enclume. Comme tout flotte autour de moi, je suis convaincu que je ne subit aucune force de gravité.
Je remets les objets dans ma poche et à présent, la cabine est ramené au voisinage de notre planète, et elle tombe en chute libre. Je ressors à nouveau les objets de ma poche : la plume, je la vois flotter devant moi. Et oui tous les corps tombent à la même vitesse, donc la plume tombe à la même vitesse que moi, je la vois donc immobile. Je fais pareil avec la bille et l'enclume et à nouveau je les vois immobiles par rapport à moi. J'en déduis donc que puisque tout flotte devant moi, je ne subis pas la gravité !

A ce stade la situation semble un peu étrange, que ma cabine soit loin de toute source de gravité ou en chute libre, je ne suis pas capable de faire la différence.
En fait Einstein ni voit pas de paradoxe, il dit tout simplement : puisque c'est comme ça, il faut admettre que tous les référentiels en chute libre sont équivalents. Le principe de relativité est généralisé à la gravité ! L'égalité entre masse gravifique et d'inertie n'est plus quelque chose de fortuit mais une conséquence du principe de relativité généralisé.

Je vais un peu revenir sur le principe de relativé. Loin de toutes sources de gravité, il est connu depuis galillée que si deux référentiels sont en mouvements rectilignes uniformes, alors la description des lois de la physique doivent être les mêmes dans les deux référentiels.
Pour nous c'est facile à vérifier : sur l'autoroute, lorsque la voiture avance tout droit à vitesse constante, vous pouvez vaquer à vos occupations comme si vous étiez sur la terre ferme : la fumée de cigarette s'envole bien perpendiculairement, vous pouvez tenir un verre d'eau sans que l'eau saute en dehors du verre. Par contre si la voiture freine, accélère ou tourne, c'est une autre paire de manche, vous pouvez avoir envie de vomir, l'eau est ejectée du verre,etc ...

On voit que la notion de référentiel galileen est lié à la notion de ligne droite, il faut se déplacer sur une ligne droite.
Puisque le principe de relativité peut être généralisé aux référentiels en chute libre, on aimerait dire que les référentiels équivalent dans un champ de gravité, suivent une ligne droite les uns par rapport aux autres.
Malheureusement, ce n'est pas le cas, les planètes par exemples décrivent des ellipses...
Mais Einstein sait que la notion de ligne droite peut être généralisée. Par exemple sur notre planète, si vous dites que vous allez toujours tout droit, vu de satellite, vous décrivez en fait un arc de cercle, puisque la terre est ronde. Mais en d'autres termes, vous décrivez une droite sur un espace courbe : une géodésique i.e. le plus court chemin entre deux points de la surface.

Voilà, on s'approche : si dans un champ de gravité, les référentiels ne décrivent pas une droite les uns par rapport aux autres, c'est parce que l'on fait comme si l'espace était plat, mais en réalité , il est courbe !!
Il ne faut plus dire qu'un référentiel équivalent avance sur une droite, mais sur une géodésique.
Si on considère que l'espace est courbe, alors la généralisation du principe de gravité parait complètement naturelle : les référentiels équivalents, dans un champ de gravité, suivent les géodésiques de l'espace. De plus si l'espace vide est plat, il faut alors en déduire que c'est la masse qui courbe l'espace.

Ensuite il faut comprendre comment calculer cette courbure de l'espace en fonction de la masse qu'il contient. Et là, c'est beaucoup moins simple ... Einstein mettra ensuite dix ans pour construire l'équation centrale de la relativitié générale qui lie la courbure à la répartition de l'énergie dans l'espace.

[invite7867d655]

Ok, j'ai acheté "L'univers dans une coquille de noix" d'Hawking et j'ai trouvé les réponses a mes questions.
Maintenant j'attaque "L'univers élégant" de Brian Greene

Merci pour vos réponses et à bientot pour de nouvelles questions

[toskidus]

si on essai d'empecher la bille, l'enclume ou la plus de tomber la force la plus importante restera celle utiliser pour l'eclume non ?

Seule la vitesse des trois objet est la meme. Doit ton alors parler de force ou plutot d'action équivalente à distance constante ? Les autre forces n' ont pas le meme comportements pourquoi ?

L'acceleration de la pesanteur est la dérivé de la vitesse d'un corps en chute vers le centre de l'objet/masse qui génére cette acceleration mais est ton sur de sa constance précise en fonction de l'altitude ? N'y a t'il pas des variations (equivalent au niveau d'énergie) dans l'expression de ce phénomene.

[invitebb921944]

si on essai d'empecher la bille, l'enclume ou la plus de tomber la force la plus importante restera celle utiliser pour l'eclume non ?

Oui

Seule la vitesse des trois objet est la meme. Doit ton alors parler de force ou plutot d'action équivalente à distance constante ? Les autre forces n' ont pas le meme comportements pourquoi ?

Dans la relativité d'Einstein, la gravitation n'est pas considéré comme une force mais comme une conséquence de la courbure de l'espace-temps. Il me semble par contre que c'est considéré comme une force en mécanique Newtonienne.

L'acceleration de la pesanteur est la dérivé de la vitesse d'un corps en chute vers le centre de l'objet/masse qui génére cette acceleration mais est ton sur de sa constance précise en fonction de l'altitude ?

L'accélération de la pesanteur n'est pas constante en fonction de l'altitude. On peut faire un rapide calcul pour s'en persuader :
Prends un objet quelconque de masse à une distance h de la Terre.

D'après la deuxième loi de Newton :



On en déduit que l'accélération de l'objet dûe à l'étoile est inversement proportionnelle à la hauteur au carré.

[spi100]

Seule la vitesse des trois objet est la meme. Doit ton alors parler de force ou plutot d'action équivalente à distance constante ?

Le concept d'action à distance est un peu flou, mais effectivement la force gravitationnel est une action à distance.

Les autre forces n' ont pas le meme comportements pourquoi ?

Cette caractéristique est uniquement propre aux forces d'origines gravitationnelles. Toutes les autres forces : forte, faible et electromagnétique, ne sont pas concernées et ne sont pas du tout décrite par la RG.

L'acceleration de la pesanteur est la dérivé de la vitesse d'un corps en chute vers le centre de l'objet/masse qui génére cette acceleration mais est ton sur de sa constance précise en fonction de l'altitude ? N'y a t'il pas des variations (equivalent au niveau d'énergie) dans l'expression de ce phénomene.

Comme le dit Ganash, l'accélération dépend bien de l'altitude. Considérer g comme constant est juste une approximation. Mais même en considérant que g varie avec l'altitude, la déduction que tous les corps chutent à la même vitesse, reste juste.

[invite55ed523b]

J’ajouterais une petite subtilité pour dire qu’une enclume finalement tombe plus vite qu’une plume. Je m’explique :

Le phénomène de gravité est à la fois inversement proportionnel au carré de la distance et proportionnel aux masses misent en jeu. Ainsi, à distance équivalente, l’attraction enclume-Terre est supérieure à l’attraction plume-Terre. La différence d’attraction est proportionnelle à la différence de masse des deux groupes : (Terre + enclume) / (Terre + plume) …
Je vous laisse calculer… mais le résultat est très proche de 1. Ce qui rend cette différence totalement imperceptible, sauf en théorie.

Cette différence devient par contre beaucoup plus perceptible au fur et à mesure que les objets ont une masse conséquente par rapport à la masse la plus lourde.

[Coincoin]

La différence d’attraction est proportionnelle à la différence de masse des deux groupes : (Terre + enclume) / (Terre + plume) …

Tu peux développer, stp ?
Si tu prends une enclume 1000 fois plus lourde qu'une plume, l'attraction de la Terre sur l'enclume sera 1000 fois plus grande que celle de la Terre sur la plume, mais à attractions égales, les effets seront 1000 fois plus faibles sur l'enclume. Finalement, on en déduit que les effets de l'attraction de la Terre sont les mêmes sur l'enclume que sur la plume (égalité des masses pesante et inerte)

[invite8bb88f80]

Salut,

Une suggestion de lecture, Hawking et Penrose, la nature de l'espace et du temps, chez Folio.

La confrontation de deux visions de physicien ainsi que deux options métaphysiques. Mieux qu'Hawking en solo.

[invite55ed523b]

Tu peux développer, stp ?
Si tu prends une enclume 1000 fois plus lourde qu'une plume, l'attraction de la Terre sur l'enclume sera 1000 fois plus grande que celle de la Terre sur la plume, mais à attractions égales, les effets seront 1000 fois plus faibles sur l'enclume. Finalement, on en déduit que les effets de l'attraction de la Terre sont les mêmes sur l'enclume que sur la plume (égalité des masses pesante et inerte)

Ton raisonnement est juste, à une subtilité près. Tu te bases uniquement sur le principe que la Terre émet une force gravitationnelle. Mais elle n’est pas la seule. L’enclume exerce, elle aussi, une force d’attraction sur la Terre, tout comme la plume. Certes leurs impacts sont ridicules, et peuvent être négligés, mais comme je l’ai écrit dans mon message précédent, cette différence devient par contre beaucoup plus perceptible au fur et à mesure que les objets ont une masse conséquente par rapport à la masse la plus lourde.

Prenons l’exemple d’un satellite qu’on voudrait mettre en orbite autour de la Terre sur la même orbite que la lune. Sa vitesse de rotation autour de la Terre, pour lui assurer un équilibre de maintien, devra être différente de celle de la lune parce que même si l’attraction terrestre est identique pour les deux, l’attraction lunaire exercée sur la Terre est plus forte que l’attraction du satellite exercé sur la Terre. Engendrant de ce fait une attraction Terre-lune plus forte que l’attraction Terre-satellite. Ainsi le satellite devra avoir une vitesse inférieure à celle de la lune, sous peine d’être éjecté.

[deep_turtle]

Ta remarque est intéressante kalywake. Je vais la paraphraser, dans le cas d'un corps en chute libre, pour être sûr d'avoir compris. Faisons de la physique newtonienne en admettant l'égalité des masses graves et inertielles. L'accélération que subit la plume et celle que subit la plume, dans le vide et dans un référentiel galiléen, sont égales. On peut s'intéresser par ailleurs à la force que subit la Terre de par son attraction par le corps qui tombe, mais on peut aussi ne pas s'y intéresser, faire le bilan des forces sur le système "plume" ou "enclume".

Ton point, si j'ai bien compris, c'est que le référentiel de la Terre n'est pas galiléen car la Terre est attirée par la plume (ou l'enclume), et que l'écart à la "galiléanité" (pardon pour ce néologisme douteux) est plus important pour l'enclume que pour la plume ? Je pense être d'accord avec ça (on est bien d'accord que c'est un effet micropouillèmesque, mais discutons du principe, effectivement). Je n'avais jamais vu les choses comme ça...

[Coincoin]

J'avoue que cet effet existe, mais je n'aurais aucun scrupule à le négliger... Le rapport (Terre+enclume)/(Terre+plume) diffère de 1 d'un terme de l'ordre de 10^-30...

[invite55ed523b]

Pour donner un exemple "chiffré" : l’attraction Terre_plume = environ 9,81 m/s² et l’attraction Terre_enclume = environ 9,81 m/s² + un "micropouillème" (pour reprendre l’expression amusante de deep_turtle)

Bon Ok !… un "micropouillème" est plus petit que l’incertitude engendrée par le mot "environ" dans ce cas de figure . N’empêche qu’il y a une différence !

Tout cela pour faire comprendre que toute masse génère sa gravité, et que l’attraction entre deux masses est l’adition de leurs forces gravitationnelles respectives. Exemple : l’attraction Terre_lune = l’attraction terrestre sur la lune + l’attraction lunaire sur la Terre. Qui dans ce cas n'est pas négligeable du tout !

[Magellan]

Pour comprendre un peu la gravitation, il faut remonter un peu au début de la physique.
Newton au 18eme siècle, découvre que la force exercée par un corps est égale au produit de la masse d'inertie m et de l'accélération qu'il subit.
.
...........
F = mg, avec g l'accélération terrestre.
.....................
Si nous regardons de plus près, nous voyons que TOUS les corps chutent à la même vitesse, QUELQUE SOIT leur masse. Autrement dit, une enclume et une plume lachées en même temps, de la même hauteur, arrivent en même temps sur le sol !!
Ce point a amener Newton à introduire la notion de masse gravifique M i.e. multipliant g, et la masse d'inertie m, multipliant a.
soit encore pour la loi du mouvement
ma = Mg.
Si m est différent de M alors la vitesse de chute d'un corps dépend bien de sa masse gravifique et d'inertie, et ce paradoxe serait levé. Il reprend donc ses calculs sur les données de Kepler, mais voilà rien à faire :
m = M et tous les corps tombent à la même vitesse.

Cette histoire de la plume et de l'enclume m'a toujours étonné.
Parce que quand je lâche une plume elle met un temps incroyable pour toucher le sol (et pourtant je suis pas très grand !!), alors que l'enclume (ici un marteau, c'est + petit et - lourd) me casse les pieds bien avant la plume.
Bien sûr, on dira que la résistance de l'air y est pour quelque chose (ou le vent, ou la légèreté de la plume).
Bref, g est une constante.
F= mg (où m est est la masse d'inertie du corps, qui doit dépendre de sa masse réelle,non ?).
Et si ma = Mg alors m = M (g/a) ; et m = M si g = a (c'est bêtement dit,non ?).
N'ayant plus fait de physique classique depuis + de 25 ans, je ne peux comprendre cette histoire de plume et enclume (g est la constante mais la force F= mg qui s'applique sur les deux objets n'est pas la même puisque les masses ne sont pas les mêmes. L'enclume subit une force + grande que la plume et devrait toucher le sol en 1er lieu).
Merci pour les explications... (Ici un test de smiley sautillant qui touche le sol + vite que moi alors que je suis + lourd)

[deep_turtle]

Tu peux aller voir le petit film indiqué au message #9 de cette discussion, si tu n'y crois pas encore...

[spi100]

Cette histoire de la plume et de l'enclume m'a toujours étonné.

Tu n'es pas le seul que ca étonne, a étonné et étonnera. C'est LA propriété caractéristique des champs gravifiques. Je serais curieux de savoir les pourcentages de réponses fausses que l'on obtiendrait si on faisait le sondage dans un amphi de maîtrise de physique.

[invite1aa4de65]

C'est une question vraiment intéressante, et dont la réponse nécessite de (ré)concilier la théorie de la relativité générale d'Enstein et la mécanique quantique. Pour ceux qui sont intéressés par une présentation vidéo de la théorie des cordes (très bien faite, pas technique du tout), je conseille le site http://www.pbs.org/wgbh/nova/elegant/program.html
Seul bémol, c'est en anglais...

bonne continuation à tous

[invite55ed523b]

Pour répondre à Magellan, et pour faire simple :

- Plus la masse est lourde plus la force d’attraction est importante, mais étant donné que,
- Plus la masse est lourde, plus elle est difficile à mettre en mouvement,

Ceci qui a pour résultat que l’accélération est la même quelle que soit la masse.

Dans la réalité, si la plume met un temps fou à tomber, c’est uniquement parce qu’elle est autrement plus sensible à la résistance à l’air qu’une enclume.

[spi100]

C'est une question vraiment intéressante, et dont la réponse nécessite de (ré)concilier la théorie de la relativité générale d'Enstein et la mécanique quantique.

La question est déjà résolu par Einstein, c'est precisemment le principe généralisé de la relativité.
La conciliation de la relativité général et de la mécanique quantique relève de problèmes tout à fait différents, comme par exemple la non renormalisabilité des théories quantifiées de la relativité générale.

[invite1aa4de65]

La question est déjà résolu par Einstein, c'est precisemment le principe généralisé de la relativité.
La conciliation de la relativité général et de la mécanique quantique relève de problèmes tout à fait différents, comme par exemple la non renormalisabilité des théories quantifiées de la relativité générale.

Il y a eu incompréhension.
Je parlais de la question du nombre de dimensions nécessaires pour une théorie des gravitons (cf le message ayant initié la discussion), mais mon post a changé de place et c'est retrouvé au niveau d'une autre question sur les enclumes/plumes...

Et c'est justement la relativité générale et la mécanique quantique que la théorie des cordes se propose de réconcilier.

[spi100]

Il y a eu incompréhension.
Je parlais de la question du nombre de dimensions nécessaires pour une théorie des gravitons (cf le message ayant initié la discussion), mais mon post a changé de place et c'est retrouvé au niveau d'une autre question sur les enclumes/plumes...

Et c'est justement la relativité générale et la mécanique quantique que la théorie des cordes se propose de réconcilier.

Oui, ok, je comprends mieux.

[invite8bb88f80]

bonjour,


Comme souvent, je pratique l'hétérodoxie, ma foi, ne pourait-on pas concevoir que la force de gravitation n'existe pas, autrement dit qu'elle n'ait pas de réalité physique, ce qui ne signifie pas que la gravitation n'existe pas. Autrement dit, quand on fait tourner une fronde, il existe une force centripète qui s'oppose à la centriguge, mais dans l'espace, on ne peut imaginer une force de cette même nature. Certes, F apparaît dans les deux formalismes mais c'est tout. Et ce n'est pas la faute à Rousseau ou à Voltaire mais à Newton

Question alors : que signifie la constance G dans l'équation d'Einstein et quelle est la réalité physique qui fait que cette constance apparaît, aux côté des tenseurs impulsion énergie et des tenseurs d'espace-temps ?

Fulcanelli, trublion de passage

[inviteed7336aa]

Salut,
Il me semble avoir lu qq chose ou une théorie développait que la "gravité" pourait ne pas être une attraction mais une pression, expliquée notament par le fait que les corps feraient obstacle à cette pression, et dans le cas de la terre, le plus facile à constater, ce serait la masse de celle-ci qui ferait "obstacle" .
Qu'ne pensez-vous?
A+

[deep_turtle]

C'est une théorie introduite en 1784 par Lesage. C'est malin, c'est physique, ça ne décrit pas correctement la gravitation... Dommage !

[Olorin]

Salut !

J' aimerai bien savoir où se situe les carences du modèle de Lesage lorsqu'il est confronté a la réalité . En toute rigueur , la force de gravitation devrait y etre proportionnelle à des termes de surfaces , et j'ai entendu dire qu' elle permettait de retrouver la loi de Newton en 1/R^2 . Mais je ne sais pas trés bien où commence les difficultés . Peut etre proviennent elles de l'effet d'écrantage , qui en toute logique devrait differer d'un corps a un autre : en effet , il n'y a pas de raison pour qu'un nuage d'hydrogène absorbe aussi bien les agents des collisions ( qui provoque la force de pression du modèle ) qu'un corps solide plus dense , ce qui entrainerait l'apparition de coefficient d'absorption specifique pour la matière vis a vis de ceux-ci ; il n'y aurait plus d' attraction universelle et les forces mises en jeu varieraient pour chaque situation . Alors où est la faille ?