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gravitation



  1. #1
    quetzal

    gravitation


    ------

    quand est-il du graviton, petite particule manquante??

    peut-on dire que la gravité est une force de même nature que force centrifuge...

    la masse serait-elle un negatif de quelquechose??

    merci d'avance pour vos réponses a ces truc qui me trotte dansle tete???

    -----

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  3. #2
    jujuleparigot

    Re : gravitation

    La relativité générale a montrée, il parait, l'existence d'onde de gravitation.
    Donc sachant qu'il y a dualité onde particule dans toute le physique, on peut penser qu'il existe une particule qui transmet la gravitation.

    Par ailleurs un champ de gravitation est équivalente à une accélération de sens opposée(cf : l'oncle Albert)

    A+

  4. #3
    humanino

    Re : gravitation

    La question est tres loin d'etre simple. On sait quelle est la nature du graviton : c'est une particule de spin 2, et cela est equivalent a comprendre ce qu'est une onde gravitationnelle. En revanche, on ne sait pas quel champ de spin 2 doit etre identifie avec le graviton. La tentative est habituellement de choisir l'ecart de la metrique par rapport au vide. C'est naturel. Le champ du graviton serait ou est la metrique Minkivskienne du vide. Cependant : cela n'est evidemment pas independant de l'existence de la metrique elle-meme, cela suppose la pre-existence du vide, ce qui n'est pas le cas : la geometrie n'existe qu'en tant que lien entre deux regions ayant un contenu materiel. De plus, ce champ est insuffisant pour decrire l'interaction graviton-fermion. Or toutes les particules materielles (par opposition aux particules portant les interactions) sont des fermions !!!

    Je repondrais non a tes deux autres questions. Sans pouvoir tellement plus detailler ma reponse, a moins que tu ne detailles tes questions.
    "Puisque toute ces choses nous depassent, feignons de les avoir organisees"

  5. #4
    kognou

    Re : gravitation

    Bonjour,

    Une petite tentative d'explication pour bien comprendre à quoi sert une particule comme le graviton.

    Pour cela un petit topo imagé sur les champs et les particules qui y sont associées peut-être utile. (désolé par avance si les raccourcis sont un peu importants.)

    Pour faire court, on peut dire que les physiciens s'intéressent aux invariants. Voici leur recette (imagée) pour définir un champ.

    Prenez une particule, translatez la, rotatez la et regardez si elle a toujours les mêmes propriétés.
    Si ce n'est pas le cas, ajouter dans les équations des éléments qui permettent la conservation des propriétés de votre objet.
    Ce que l'on a rajouté correspond à l'équation d'un champ qui décrit une interaction fondamentale.
    Ce champ est associé à une ou plusieurs particules qui le "véhiculent".
    On déduit ensuite les propriétés de ces particules des équations du champ.
    Si l'interaction qu'il représente est de portée infinie, le boson (porteur de l'interaction) doit être de masse nulle.

    On peut s'en convaincre de manière imagée en utilisant les relations d'incertitude d'Heisenberg.

    en effet delta T * delta E > constante
    (où T est le temps et E l'énergie, donc la masse)
    Si delta T tends vers l'infini ===> delta E tend vers 0

    Pourquoi delta T tend vers l'infini pour une interaction à portée infinie ?
    Simplement parce qu'il faut un temps infini pour aller transmettre l'interaction à une distance infinie.


    Ainsi, dans le cas du champ électro-faible, qui décrit l'interaction nucléaire faible et l'interaction électromagnétique (et oui ces deux "forces" n'en sont en fait qu'une seule), on trouve un champ "porté" par 4 particules. On observe que 2 sont neutres et 2 autres chargées.
    L'une de ces particules est le photon. Il n'a pas de charge électrique et est de masse nulle. Son spin est de 1.

    Mais comment se représenter la force électrique dans ce cadre ?
    Par exemple, deux électrons (de charge négative donc) mis l'un a coté de l'autre se repoussent. Et bien on considère qu'un des électrons "balance" un photon sur l'autre. Celui-ci le prenant dans la figure s'éloigne, et réciproquement.

    Cette théorie de l'électrodynamique quantique marche relativement bien. A l'exception du fait que l'on a mesuré des masses pour les 3 autres bosons porteurs de l'interaction électrofaible. (le W+ et W- pèsent environ 80 GeV et il sont chargés, le Z° pèse 90 GeV environ, il est neutre).
    Ceci implique que la portée de l'interaction faible est limitée (environ 10E-18 m)
    Mais ou est le soucis ?
    Le soucis, c'est que lorsqu'on utilise la recette précédente pour déterminer les caractéristiques des bosons, on ne leur trouve pas de masse. De là découle la quête du boson de Higgs, qui permettrait de "décaler" l'axe horizontal du repère pour que ces bosons aient théoriquement la même masse que celle que l'on observe. (Excusez l'image un peu violente d'un repère à décaler).

    Voila qui avait pour but de décrire un peu la méthodologie de la théorie quantique des champs.
    Intéressons nous maintenant au graviton.
    La gravitation étant très récalcitrante pour entrer dans une théorie quantique, l'approche est donc plus ardue.
    En effet seule la relativité décrit la gravitation aujourd'hui. Et la relativité et la théorie quantique divergent sur des points fondamentaux.
    Néanmoins on arrive de manière théorique à établir les propriétés du graviton.
    En voici un résumé :

    - il doit être de masse nulle car la portée de la gravité est infinie.
    - il doit être de spin 2 car la gravitation est représentée par un tenseur (le tenseur métrique) qui possède 5 degrés de liberté (un spin j peut prendre 2j+1 valeurs ce qui fait 5 dans le cas d’un spin 2).
    - L’interaction gravitationnelle étant très faible (il faut des quantités immenses de matière pour commencer à pouvoir la déceler) les interactions impliquant des gravitons deviennent prépondérantes à des niveaux d’énergie très élevés (de l’ordre de 1019 GeV)
    - Les gravitons étant des quanta d'énergie, ils transportent de facto de l'énergie. Or la gravitation est sensible à la masse et à l'énergie. Par conséquent, les gravitons interagissent entre eux.

    Ces propriétés causent bien des soucis pour les physiciens. En effet les relations d'incertitude d'Heisenberg (toujours elles) nous disent que l’énergie peut fluctuer avec une amplitude d’autant plus grande que la durée d’observation est courte. ces fluctuations existent aussi dans le vide. Par conséquent si le vide fluctue avec une énergie suffisante (1019 Gev) il peut se former des gravitons.
    Or selon la théorie de la relativité générale, l’interaction gravitationnelle créée l’espace-temps. Il s’ensuit que la production spontanée de gravitons dans le vide va modifier profondément la topologie de l’espace-temps localement au point d’affecter la notion même de position et d’instant. Ainsi, à des échelles de distance et de temps très courtes (typiquement l'échelle de Planck à savoir 10-43 s et 10-33 cm) l’espace-temps est tellement "secoué" par les fluctuations d’énergie qu’il n’est plus vraiment possible de parler d’espace et de temps.
    On imagine aisément que ceci constitue un sacré problème pour la physique (cela rejoint les explications du post précédent) !

    Du coup, les physiciens tentent d'élaborer des théories qui "collent les morceaux" comme la supersymétrie ou les théories des cordes. Cependant leur formalisme mathématique est plutôt indigeste (euphémisme) malgré leur élégance.

    Voila donc un état des lieux (imagé et à peu près clair, j'espère) de la situation actuelle concernant la théorie quantique des champ et plus précisément le graviton.

    Cordialement.

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    quetzal

    Re : gravitation

    merci bien pour cette approche un peu ardue pour ma petite pomme(newtonienne)...

    donc, c'est l'interraction de ces fameuse particule qui formerais l'espace-temps... (sisisi, j'ai tout compris, enfin presque)

    bon, pour re-expliciter mes deux dernières questions... si j'ai compris ce que j'ai lu ça et là, la matière de par sa densité "peserait" sur l'espace-temps le déformant et provoquant de fait une attraction...

    ma question est pourquoi, la masse ne serais pas simplment une quantité négative, une zone négative, donc attractive dans l'espace-temps, et donc en creux par rapport a cette espace...

    bon je sis c'est très farfellu, mais si quelqu'un veux bien me l'extirpé et dire en quoi cette pensé est fausse, ça serait sympas...
    Dernière modification par quetzal ; 03/10/2004 à 16h00. Motif: orthographe

  8. #6
    kognou

    Re : gravitation

    Bonjour,

    Je crois avoir compris votre point de vue. Je pense simplement que vous vous représentez mal l'espace temps (ce qui est normal, il est impossible de concevoir "proprement" 3 dimensions d'espace et une de temps en étant inclus dedans).
    Vous imaginez peut-être une surface en 2 dimensions (comme une toile de trampoline) qui se déforme et s'étire quand on met une boule de bowling en son centre. Si dans votre représentation, la toile élastique est "au niveau de la mer" (niveau 0), une fois la boule de bowling posée, une partie de la toile sera en dessous de ce niveau. Peut-être est-ce ainsi que vous voyez du négatif dans votre représentation ?
    Mais si celle-ci a le mérite de faire "sentir" les choses, elle n'est pas tout à fait rigoureuse et exacte (du fait que nous avons 3 dimensions d'espace)

    La relativité générale (RG) géométrise la force de gravité dans l'espace temps. Dans ce cadre, ce que nous appelons attraction n'est qu'une illusion euclidienne.

    Nous concevons notre espace (dans nos petites têtes) comme un espace mathématiquement plat (c'est plus facile, et dans la vie de tous les jours c'est une très bonne approximation). C’est de là que naissent les difficultés à interpréter la RG.

    Que dit cette RG :

    - Elle dit que la masse est identique à de l'énergie (la fameuse E=mc²). Par convention (c'est un choix arbitraire) on a décidé que m>0 (vu que c²>0 E est aussi >0). Donc la masse est bien une quantité positive.

    - Elle dit que la masse courbe cet espace-temps et que la courbure est proportionnelle à la masse (C=constante (>0) * masse).

    - Elle dit que la masse inertielle est égale à la masse gravitationnelle.
    C'est a dire que la résistance au mouvement que vous ressentez quand vous essayez de mettre en mouvement un objet massif est la même quantité que celle qui courbe l'espace-temps. (Ca paraît évident, mais il n'y a aucune raison a priori). Aussi, les objets se déplacent le long de géodésiques d'espace-temps en RG.
    Qu'est-ce qu'une géodésique ?
    Pour parler simplement, c'est le chemin le plus court entre 2 points. Si dans un espace de courbure nulle, ce chemin est toujours la ligne droite, ce n'est plus le cas en présence de masses.
    On peut voir alors les choses ainsi : les masses ne s'attirent plus, elles suivent simplement le chemin le plus court dans l'espace qu'elles déforment sur leur passage. Du coup, plus besoin d'attraction ou de répulsion.
    Si la planète Mercure était douée de la parole et qu'on lui demandait ce qu'elle pense de sa trajectoire, elle nous répondrait qu'elle n'a pas l'impression de changer de direction au cours de son déplacement.
    Elle a l'impression "d'aller tout droit", de suivre son impulsion d'origine.
    (Je reconnais que c'est pas facile à imaginer, mais c'est comme ça que ça se passe mathématiquement suivant la RG).

    Au final, on dit que la masse (>0) courbe l'espace positivement (m>0 => courbure >0), et cela suffit pour décrire le comportement des objets dans l'espace temps. Si vous postuliez m<0, il faudrait rajouter un signe "-" dans les équations qui lient la courbure à la masse, ce qui compliquerait les choses pour rien.
    (Notez que si on avait m<0 et pas de signe "-" en plus dans le modèle, on ne décrirait plus notre monde et l'intérêt d'une telle théorie serait alors nul.)

    Cordialement.

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  10. #7
    glevesque

    Re : gravitation

    Petite question,
    Est-ce que les fluctuations quantique peuvent êtres interprété un peut comme étant la résultante d'une sorte de courbure négative du tissus espace-temps dans le sens de l'accélération de l'expension, mais sans en être une directement par rapport à l'expension de l'Univers et du rapport assémétrique des courbes de vitesse des galaxies qui subit alors une accélération en leur régions périférique au lieu d'une diminution constente comme le prévoyait alors la théorie standard. Et tout ceci comparer un peut comme l'effect cassimir entre deux plaque et la pression de radiation. Bon je m'exprime un peut mal ici peut-être.

    A++
    Je veux comprendre et non d'avoir raison, je veux savoir et non tout connaitre

  11. #8
    glevesque

    Re : gravitation

    Correction....
    Est-ce que les fluctuations quantique peuvent êtres interprété un peut comme étant la résultante d'une sorte de courbure négative du tissus espace-temps
    Mais plutot comme une sorte de pression négative du tissus espace-temps.

    A++
    Je veux comprendre et non d'avoir raison, je veux savoir et non tout connaitre

  12. #9
    kognou

    Re : gravitation

    Bonjour Gilles, toujours à l'affût quand il s'agit de cosmologie !


    Est-ce que les fluctuations quantique peuvent êtres interprété un peut comme étant la résultante d'une sorte de courbure négative du tissus espace-temps
    ...
    Mais plutôt comme une sorte de pression négative du tissus espace-temps.
    Non. La RG ne dit rien de ce qui se passe au niveau quantique. Et réciproquement, la MQ ne tient aucun compte de la gravité.
    Pour ce qui est de pression négative, peut-être voulais-tu faire allusion à la fameuse constante cosmologique d’Einstein. Dans ce cas, il faut savoir que cette constante a été introduite par Einstein pour "empêcher" mathématiquement l'univers d'être en expansion. Il préférait en effet un bel univers statique. Les observations actuelles montrent que c'était une erreur de sa part, même si certains théoriciens ont recours à cette constante pour expliquer d’autres choses dans leurs modèles.

    rapport assémétrique des courbes de vitesse des galaxies qui subit alors une accélération en leur régions périférique au lieu d'une diminution constente comme le prévoyait alors la théorie standard.
    Effectivement, les modèles de simulation numérique de galaxies (en 2D sinon c'est trop long à calculer) ont du mal a faire faire plusieurs tours aux galaxies sans que les étoiles qui les composent ne s'éparpillent. Le constat qu'on en tire c'est que les galaxies ne sont pas assez lourdes pour être stable à l'échelle de plusieurs milliards d'années. Or on observe des galaxies, à divers ages de l'univers qui ont toujours des formes similaires, et aucune qu se disperse. Donc, soit les galaxies sont formées de plus de matière que l'on en observe, ou que nos modèles ne sont pas bons. Ainsi, il faut déterminer la nature de cette matière qui compose les galaxies et/ou revoir nos modèles de particules, d'interactions etc.

    Je ne vois pas le rapport avec l'effet Casimir. Ou autrement dit, l'expansion de l'univers n'est pas liée aux considérations qui mènent à l'effet Casimir dans le modèle standard.
    L'expansion, en langage simple, c'est que la distance entre 2 points dans l'espace aujourd'hui est plus petite qu'elle ne le sera demain. (Mais rassure toi c'est presque imperceptible à l'échelle d'une vie humaine).

    (S’il te plait, essaye de ne pas mélanger des tas de concepts dans une même phrase, il devient (TRES) difficile de savoir où tu veux en venir. Essaye aussi de corriger ton orthographe un minimum)

    Cordialement.

  13. #10
    glevesque

    Re : gravitation

    Effectivement, les modèles de simulation numérique de galaxies (en 2D sinon c'est trop long à calculer) ont du mal a faire faire plusieurs tours aux galaxies sans que les étoiles qui les composent ne s'éparpillent
    J'avais toujours pensée que cette synthèse informatique avait déjà été appluyer par des observations et des analyses spectrales d'étoiles se trouvant dans d'autres galaxies, comme les Céphéides par exemples pour appluyer cette hypothèse. A bon tu me n'apprend une bonne là.

    (S’il te plait, essaye de ne pas mélanger des tas de concepts dans une même phrase, il devient (TRES) difficile de savoir où tu veux en venir.
    Ici je te comprend et j'en suis désoler, mais vois-tu je ne suis pas physiciens ni mathématiciens (je suis un simple petit informaticiens) et je fait de mon mieu pour exprimer mes impressions, qui sont d'ailleur bien et bien meler je te l'accord.

    Essaye aussi de corriger ton orthographe un minimum)
    C'est pour moi un handicape majeur et j'en conviens, mais encore là j'éssais de faire de mon mieu. Ici au Canada dans mon temps on écrivait au son. Merci pour tes réponces en passent.

    A++
    Je veux comprendre et non d'avoir raison, je veux savoir et non tout connaitre

  14. #11
    glevesque

    Re : gravitation

    Je ne vois pas le rapport avec l'effet Casimir. Ou autrement dit, l'expansion de l'univers n'est pas liée aux considérations qui mènent à l'effet Casimir dans le modèle standard.
    Je voulait faire une analogie avec la pression négative qui repousse les plaques de métales de l'effect casimir, avec les fluctuations quantique qui est représenter dans l'un des modèles cosmologique pour représenter l'énergie sombre et de son effect supposé sur l'expension de l'espace ou de son accélération avec le temps. Et de la matière sombre exotique qui semble être la cause qui dévit la courbe de ratation des étoiles péréférique des galaxies. Une sorte d'image pour exprimer l'expensivité de l'espace sous forme de pression extensible de la métrique du tissus espace sans entrainer avec elles les galaxies et en les repoussant en quelque sortes. Mais encore là je suis de ton avis et je ne sais vraiment pas si une t'elle approche peut-être utiliser pous illustrer une forme de préssion négative du tissus espace Universelle.

    A++
    Je veux comprendre et non d'avoir raison, je veux savoir et non tout connaitre

  15. #12
    quetzal

    Re : gravitation

    je te remercie pour tes réponses... je te rassure j'arrive assez simplement a me décrire un espace en 3D, et en quatre... la planète mercure si elle avait quelque chose a dire en 4D dirais je suis toujours au même point...

    en fait ce qui m'amènne a cette question e savoir si la matière serait un négatif, viens de ce qu'il semble difficile de trouver le fameux graviton... la matière serait donc un vide dans l'espace, celui-ci "pesant" sur ce vide comme pour le combler... la masse aurait serait une tension negative de l'espace... et ne necessitant plus de graviton...

    allez ne rigole pas trop fort, j'ai une imagination a la star-treck, et aucunne culture en physique ou très très peu... je suppose que tu n'auras la aussi pas de mal a me dire ce qui cloche dans mon raisonement.. et je t'en remercie d'avance...

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  17. #13
    quetzal

    Re : gravitation

    je ferais un rajout pour le deuxième parragraphe, soit un peu comme l'eau pèse sur le vide interne d'un sous-marin... c'est approximatif, mais bon...

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