onde gravitationelle

[oxycryo]

bonjour à toutes et à tous...

les ondes gravitationnelles sont une découvertes majeures des 25 dernières années...

mais implique-t-elle que l'on ait à découpler substrat spatial (naturel) et l'espace-temps (mode de calcul et interprétation physique (artificielle))
en ce que si la théorie relativiste est "optique" soit quel permet de comprendre les effets relativiste et de les appliquer à la mesure (comme correctif), en une démocratie de point de vue, qu'est-ce que la déformation du substrat spatial (universel/non relatif) nous apprend sur l'univers

en vous remerciant par avance pour vos réponses et discussions
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[Requiem]

Bonjour,

La réponse dépend fondamentalement de l'interprétation.
Je trouve que substrat spatial et "naturel" ne font pas très bon ménage. Des oscillations 4D dans l'énergie du vide, ça c'est plus naturel, mais c'est juste mon avis.
Je ne vois pas trop la différence entre le substrat spatial et l'interprétation littérale de la géométrie intrinsèque du formalisme

qu'est-ce que la déformation du substrat spatial (universel/non relatif) nous apprend sur l'univers

Que la RG née en 1915 est sacrément prédictive. Par contre...

Les ondes gravitationnelles démontrent une chose : le tenseur métrique varie dynamiquement et cette variation est mesurable.

Elles ne démontrent pas que l’espace est une substance ou qu'il existe un “tissu” fondamental ondulant.

[oxycryo]

jene sais pas mais

Elles ne démontrent pas que l’espace est une substance ou qu'il existe un “tissu” fondamental ondulant.

me reste assez problématique, j'ai du mal à imaginer que l'univers ait du attendre que la théorie relativiste et sa métrique soit publié pour pouvoir exister...
l'intérêt de la théorie est de précisément offrir un cadre, une grille de lecture, un repère cartésien intelligible pour comprendre et entreprendre les phénomène naturel

que la première cohère parfaitement avec son mesuré, permet la prédictibilité, car son comportement devient "intelligible".. mais confondre l'un et l'autre... hm...
il ne suffit pas de passer de Celsius en Farhenheit pour qu'il fasse plus chaud ou plus froid (enfin c'est mon avis)

de là, c'est quoi qui ondule, et c'est quoi qui se déforme sous l'effet de la gravité et que la relativité à mis par sa finesse en "valeur" en en manifestant les effets

[Requiem]

“j’ai du mal à imaginer que l’univers ait attendu la relativité et sa métrique pour exister”

Oui moi aussi. Il n'y aurait pas un malentendu ici ?

l'intérêt de la théorie est de précisément offrir un cadre, une grille de lecture, un repère cartésien intelligible pour comprendre et entreprendre les phénomène naturel

Oui, et si vous voulez dire sans forcément prendre la géométrie pour l'explication littérale, on est toujours sur la même longueur d'ondes.

que la première cohère parfaitement avec son mesuré, permet la prédictibilité, car son comportement devient "intelligible".. mais confondre l'un et l'autre... hm...
il ne suffit pas de passer de Celsius en Farhenheit pour qu'il fasse plus chaud ou plus froid (enfin c'est mon avis)

de là, c'est quoi qui ondule, et c'est quoi qui se déforme sous l'effet de la gravité et que la relativité à mis par sa finesse en "valeur" en en manifestant les effets

Je dis justement qu'elle ne démontre pas et vous semblez me répondre comme si je disais qu'elle démontre et que j'impose une vérité figée.
La réussite du formalisme ne justifie pas forcément une lecture ontologique littérale du formalisme. Si c'est ce que vous dites, on est bien d'accord.

C'est même une chose à laquelle j'ai beaucoup pensé et je vois l'interprétation littérale comme une paresse qui gagne par défaut.
Le physicien qui ne fait que modéliser et celui qui y croit littéralement disent tous les deux courbure intrinsèque. Ils ne pensent pas la même chose, mais ils disent la même chose.

Quant aux théories alternatives, elle n'arrivent pas à arracher la tapisserie sans casser le mur.

La RG, ça fonctionne très bien localement, fait brut. Mais évidemment qu'il faut une interprétation plus naturelle qu'un réalisme direct. Cependant, avec un positivisme qui règne en maitre, il faut aussi qu'elle apporte quelque chose d'opérationnel pour être entendue. Mais bon, naturel et utile ça va de paire, donc ça va venir.


Qu’est-ce qui se déforme ? A chacun son interprétation, j'ai la mienne et elle ne dit pas que c'est l'espace.

[A voir en vidéo sur Futura]

[ThM55]

Une surface à deux dimensions plongée dans l'espace euclidien à 3 dimensions peut onduler et propager des ondes de courbures. Gauss avait même montré comment on peut identifier ce qui est la "vraie" courbure intrinsèque et ce qui dépend de la manière dont le plongement est réalisé. On pourrait aussi bien imaginer que notre espace 3D est lui-même une hypersurface plongée dans un espace euclidien à un nombre plus grand de dimensions (disons 7 pour ne pas faire comme tout le monde ). Une courbure intrinsèque de l'espace et la propagation d'ondes dans cet espace n'est donc pas moins intelligible que celle d'une surface à 2 dimensions. C'est mathématiquement un peu plus compliqué car les équations d'Einstein parlent d'un espace-temps, pas de l'espace, et il faut encore spécifier comment cette hypersurface à 3 dimensions est imbriquée dans l'espace-temps (avec une courbure extrinsèque, etc) mais c'est un détail, ce n'est pas fondamentalement différent.

Je mentionne cela uniquement pour montrer une interprétation possible qui est parfaitement intelligible pour peu qu'on dispose de notions mathématiques et géométrique élémentaires.

[oxycryo]

Thm55, je ne dis pas que cela est inintelligible, au contraire, l'effet de la RG est précisément d'avoir un moyen théorique "logique" avec lequel l'on est capable de prédire des évènements, a condition d'accepter les prémisses... la courbure de l'espace-temps comme forme logique sur l'objet "la chose-en-soi" dirais kant que le représentation logique permet de circonscrire, et de maîtriser... ce qui est le cas, d'une inconnue (précession de mercure) l'espace deviens espace-temps et devient correctement décrit puisque correctement prédit

reste que si l'on prédit des ondulations gravitationnelle, l'espace-temps est le représentation logique, pas ce que l'on mesure avec la déformation des lasers (j'ai oublié leurs noms) soit une modification réelle des distances en du d'une perturbation fondamentale du "plancher" sur lequel tout repose... et là je tique...

[ThM55]

Il me semble justement que si: les modifications locales de la géométrie peuvent entraîner des modifications locales de la distance entre des objets.

[Requiem]

Il me semble justement que si: les modifications locales de la géométrie peuvent entraîner des modifications locales de la distance entre des objets.

Justement... la "géométrie". Les dimensions sont un outil humain qui, en géométrie intrinsèque, deviennent le phénomène.
C'est ce avec quoi la physicien travaille et c'est efficace, mais l'interprétation littérale est chargée en concepts ad hoc.

Il me semble qu'une interprétation plus naturelle néanmoins capable d'expliquer pourquoi la géométrie fonctionne si bien serait beaucoup plus parcimonieuse.
Mais un tel travail n'est pas prédictif et c'est manifestement la seule chose qui intéresse la physique moderne.
Un socle conceptuel plus clair ne serait pourtant pas du luxe.

RR et RG ne dépendent pas de l'interprétation qu'on plaque dessus. Mais la cosmologie globale, oui. L'idée que 3D+T puisse ne pas être une vérité absolue n'est pas important pour la RR, mais on ne peut pas en dire autant pour FLRW.

[oxycryo]

Il me semble justement que si: les modifications locales de la géométrie peuvent entraîner des modifications locales de la distance entre des objets.

oui, c'est ainsi que nous nommons et nous représentons le phénomène naturel, à l'aide de vocabulaire physique et de théorie... mais existe-t-il une vrai métrique naturelle ?

autre chose, à propos de la gravitation... une vieille question qui mériterait sans doute un nouveau post...
- pour qu'elle raison "mécanique" l'espace-temps se courbe-t-il en présence de masse ? car si avec la RG l'on remarque le phénomène et on le calcul... quelle dynamique physique fait que l'espace-temps est curviligne(est-ce le bon terme ?? « géodésical » peut-être)... quel est l'effet provoquant cette modification de la métrique ou de l'objet physique sub-jacent à notre représentation physique

[ThM55]

autre chose, à propos de la gravitation... une vieille question qui mériterait sans doute un nouveau post...
- pour qu'elle raison "mécanique" l'espace-temps se courbe-t-il en présence de masse ? car si avec la RG l'on remarque le phénomène et on le calcul... quelle dynamique physique fait que l'espace-temps est curviligne(est-ce le bon terme ?? « géodésical » peut-être)... quel est l'effet provoquant cette modification de la métrique ou de l'objet physique sub-jacent à notre représentation physique

Vous avez raison de poser la question car elle est en relation avec un point obscur. D'abord, pour voir ce qui est obscur, disons ce qui est clair: comme Einstein l'avait très tôt compris, si on prend le principe d'équivalence au sérieux, on arrive fatalement à une géométrie non euclidienne dans un champ de gravitation. C'est bien expliqué dans la plupart des introductions à la RG. Comme le champ de gravitation est, comme on le sait, lié à la présence de masse, donc d'énergie, il doit exister un lien entre celle-ci et celui-là. Mais ce lien, si la gravité est reliée à une courbure, est justement le point obscur, il n'est pas déterminé par le principe d'équivalence. Je ne parlerais toutefois pas forcément d'un "mécanisme" une notion trop naïve.

Plusieurs réponses ont été apportées par diverses personnes et pour chacune on peut en être satisfait ou pas, mais en l'absence de critère expérimental, c'est plus une question de philo que de science et les préférences personnelles ne devraient pas entrer en ligne de compte ni être mentionnées ici. Dans l'esprit de ce forum, je ne fais que décrire ce qui a été publié par des scientifiques.

D'abord, l'approche variationnelle de Hilbert: on postule un principe variationnel, le plus simple possible, en utilisant un simple invariant géométrique, la courbure scalaire, et on arrive aux équations d'Einstein (sans ou avec constante cosmologique). C'est dans l'esprit de la méthode de Hilbert, lui qui voulait axiomatiser la physique. Cela pourrait sembler ne pas répondre à la question si on cherche plus de "profondeur", mais en physique on énonce des lois et ceci est bien une loi de la physique. Référence à ce sujet: par exemple Sean Carroll - Spacetime Geometry, ainsi que les nombreux traités qu'on peut trouver en bibliothèque (Sean Carroll a une version résumée gratuite en ligne et elle a même été traduite en français ici: http://www-cosmosaf.iap.fr/MIT-RG1F.htm ).

On pourrait aussi ignorer la géométrie et postuler un champ de gravitation sur le modèle des autres champs connus, dans le cadre de la relativité restreinte, c'est à dire qui tombent dans une représentation du groupe de Poincaré et qui sont couplés à d'autres champs. Cela a été fait pour un champ de spin 2 (pour diverses raisons, les spins 0 et 1 doivent être rejetés) et ce qui est surprenant, c'est que cela conduit aux équations d'Einstein et à la courbure, indépendamment du principe d'équivalence. Référence: https://arxiv.org/abs/astro-ph/0006423

Il y a d'autres approches moins conventionnelles dans lesquelles la gravitation est émergente et les équations d'Einstein résultent d'un effet entropique. Proposé par Verlinde et d'autres comme Padmanhaban. Réf: https://arxiv.org/abs/1001.0785 , et "Gravitation" par Padmanhaban.

[Requiem]

c'est plus une question de philo que de science et les préférences personnelles ne devraient pas entrer en ligne de compte ni être mentionnées ici. Dans l'esprit de ce forum, je ne fais que décrire ce qui a été publié par des scientifiques.

La question est philosophique pour la RG locale, parce que la modélisation fonctionne indépendamment de l'interprétation.
C'est plus délicat pour la cosmologie globale, déjà dépendante d'une interprétation particulière.

Mais la physique se limite-t-elle vraiment à l'opérationalisme ? L'interprétation est-elle une simple philosophie externe ?
Au final, ce sont quand même les physiciens qui nous racontent l'univers.

[ordage]

- pour qu'elle raison "mécanique" l'espace-temps se courbe-t-il en présence de masse ? car si avec la RG l'on remarque le phénomène et on le calcul... quelle dynamique physique fait que l'espace-temps est curviligne(est-ce le bon terme ?? « géodésical » peut-être)... quel est l'effet provoquant cette modification de la métrique ou de l'objet physique sub-jacent à notre représentation physique

Bonjour
Une théorie est un modèle pour décrire des phénomènes (la carte n'est pas le territoire). D'un point de vue empirique, pour la RG, il se trouve que la modélisation de la dynamique gravitationnelle par une géodésique sur un espace non euclidien décrit mieux le phénomène gravitationnel que l'équation d'une courbe dans un espace euclidien.
Dès 1907, Einstein avait essayé plusieurs solutions, sur la base du principe d'équivalence, dans un espace euclidien (avec un potentiel scalaire) au motif que cela lui paraissait plus simple.

Allant d'échecs en échecs, ayant eu connaissance en 1913 des géométries de Riemann par son ami Grossmann, il a essayé cette méthode. Sa démarche a été empirique à ce moment là (il a été bien inspiré, cela arrive en science). Il lui a fallu encore 2 ans pour surmonter quelques difficultés conceptuelles et mathématiques.

Il s'en est expliqué bien plus tard. Après, on a un peu réfléchi à la chose, pour en chercher une signification.

L'essentiel est que l'équation d'Einstein, qui s'appuie sur "le principe de moindre action", formalisé par Hilbert, (Einstein lui avait cherché à transposer les équations de Poisson pour les rendre relativistes), pour la cosmologie par exemple, décrit un univers globalement "à l'équilibre".

Une perturbation locale, détruit cet équilibre et c'est tout l'univers qui doit se reconfigurer vers un nouvel équilibre. D'une part cela ne se fait pas instantanément, "l'information de la perturbation doit se propager dans tout l'univers" et d'autre part, comme c'est en général en physique une émission d'ondes est une réaction à une action.
En électromagnétisme par exemple, une charge "accélérée" émet un rayonnement (de freinage puisqu'elle perd de l'énergie)). Principe action/réaction.

Quant à la nature de ces ondes, il faut savoir qu'il n'y a pas de tenseur énergie-impulsion associé à la gravitation (contrairement à la matière et au rayonnement). Définir une énergie, par exemple, de ces ondes pose problème, en RG.

Par ailleurs, on définit souvent ces ondes en champ faible, avec un espace de fond fixe et une perturbation sur cet espace de fond. Ceci est une théorie "post-newtonienne", pas la RG. Je ne sais pas si une modélisation existe en RG, pour des champs forts, mais ce doit être extrêmement complexe.

Quant à la nature des OG, la science va surtout s'intéresser à ses effets sur le monde physique et à une théorie qui les prédit le plus correctement possible.
Leibnitz disait, "ce qui n'agit pas n'existe pas""
Cordialement

[ThM55]

Par ailleurs, on définit souvent ces ondes en champ faible, avec un espace de fond fixe et une perturbation sur cet espace de fond. Ceci est une théorie "post-newtonienne", pas la RG. Je ne sais pas si une modélisation existe en RG, pour des champs forts, mais ce doit être extrêmement complexe.

Exact, mais il existe une sorte de "complétion" qui part de cette approximation de champ faible en géométrie plate de Minkowski et qui "remonte" vers la relativité générale et la géométrie riemanienne et à la fin du processus récursif la géométrie d'arrière-plan a disparu, elle devient inobservable. La trouvaille est due à Stanley Deser, un expert ultra connu en relativité générale (c'est le D dans ADM). L'article de 1970 a été enregistré plus récemment dans Arxiv: https://arxiv.org/abs/gr-qc/0411023 . On en parle assez peu dans les introductions à la RG, qui sont presque toutes soumises à la géométrie comme ontologie, avec l'exception notable du traité de Steven Weinberg. Mais MTW, Straumann et Padmanhaban en parlent.

[ordage]

Exact, mais il existe une sorte de "complétion" qui part de cette approximation de champ faible en géométrie plate de Minkowski et qui "remonte" vers la relativité générale et la géométrie riemanienne et à la fin du processus récursif la géométrie d'arrière-plan a disparu, elle devient inobservable. La trouvaille est due à Stanley Deser, un expert ultra connu en relativité générale (c'est le D dans ADM). L'article de 1970 a été enregistré plus récemment dans Arxiv: https://arxiv.org/abs/gr-qc/0411023 . On en parle assez peu dans les introductions à la RG, qui sont presque toutes soumises à la géométrie comme ontologie, avec l'exception notable du traité de Steven Weinberg. Mais MTW, Straumann et Padmanhaban en parlent.

Bonjour
Effectivement, T.Damour en parle dans l'article qu'il avait écrit pour l'encyclopédie Universalis.
Est-une extension de l'approche champ faible où on avait posé



qu'on substituait dans les équations de la RG en négligeant les ordres 2 (et plus) de h qu'on supposait petit, pour obtenir une solution au premier ordre.
Va-t-on au delà de l'ordre 1 dans le développement en série où est plutôt dans l'approche ADM (feuilletage de l'espace-temps)?.
Cordialement

[ThM55]

Bonjour
Effectivement, T.Damour en parle dans l'article qu'il avait écrit pour l'encyclopédie Universalis.
Est-une extension de l'approche champ faible où on avait posé



qu'on substituait dans les équations de la RG en négligeant les ordres 2 (et plus) de h qu'on supposait petit, pour obtenir une solution au premier ordre.
Va-t-on au delà de l'ordre 1 dans le développement en série où est plutôt dans l'approche ADM (feuilletage de l'espace-temps)?.
Cordialement

Cela n'a rien à voir avec l'approche ADM, malgré le nom de Deser, qui a de nombreuses contributions à son actif.

L'idée est de tenter de traiter la gravitation un peu comme on le fait pour les autres champs, comme le champ de Maxwell (quadri-vecteur potentiel), celui de Dirac (spineur), celui de Higgs (scalaire) etc. Autrement dit de le tirer d'une représentation du groupe de Poincaré (voir 1er chapitre du traité de théorie quantique des champs de Weinberg) et comme un champ dans l'espace-temps plat de Minkowski.

Il faut que le "graviton" (quantum de ce champ, mais ici c'est un champ classique) soit un boson, donc spin entier. Scalaire spin 0: ne convient pas, il prédit le déplacement du périhélie dans le mauvais sens. Vecteur spin 1: non plus, l'interaction est répulsive.

Reste le spin 2. Pauli et Fierz ont déduit son lagrangien en tant que champ libre. Deser le reprend et fait un couplage avec le tenseur énergie-impulsion de la matière, ce qui est logique puisque c'est ce tenseur qui est la généralisation de la masse et de l'énergie en physique newtonienne ou relativité restreinte. Mais c'est inconsistant, le tenseur n'a plus une trace nulle, l'énergie n'est plus conservée. C'est logique aussi, on n'a pas inclus le tenseur du champ de spin 2 comme source. Si on le fait, on introduit une self-interaction, donc des équations non linéaires.

Mais cela reste inconsistant car on doit tenir compte ensuite de la modification du second ordre que cela entraîne sur le champ de spin 2, et ainsi de suite. On doit donc sommer des séries. C'est une ancienne idée qui remonte aux années 1940, notamment développée par Achille Papapetrou (entre autres). Deser en 1970 a trouvé une astuce technique pour pouvoir s'arrêter après la première itération, en variant indépendamment la métrique et la connexion. Il retrouve ainsi immédiatement la relativité générale avec sa géométrie riemanienne; on peut montrer que des mesures effectuées avec des particules test et des horloges ne permettent de détecter que la métrique riemanienne, la métrique de minkowski n'est plus mesurable (sauf localement par passage à un repère localement inertiel). Le principe d'équivalence s'ensuit du fait du couplage universel. On peut comprendre cela comme une sorte de théorème d'unicité de la relativité générale si on adopte ce type de couplage universel avec le tenseur énergie-impulsion. Mais cela montre aussi ce qu'il faut modifier si on veut modifier la relativité générale (par exemple pour les problèmes astrophysiques et cosmologiques actuellement à la mode).

[ordage]

Bonjour
Merci pour ces précisions.
Cordialement