De l'origine des masses inerte et pesante

[Seirios]

Bonjour à tous,

Je me suis posé une question à propos des concepts de masse : en relativité générale, la masse pesante est vue comme un contenu énergétique courbant la géométrie de l'espace-temps ; en physique des particules, la masse inerte des particules peut être vue, il me semble, comme le couplage desdites particules avec le champ de Higgs.

Pourtant, bien que ces deux mécanismes soient totalement différents, on observe jusqu'à présent une convergence de la valeur de la masse inerte avec la valeur de la masse pesante.

N'est-ce pas surprenant ? (ou peut-être que ce que je dis comporte quelques erreurs ?)
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[Thwarn]

Il y avait la façon de voir avant la RG : c'est marrant, ça marche pour n'importe quoi qu'on pese ou mesure. Et à une tres grande precision.
Depuis, Einstein en a fait un principe fondemental de la physique : le principe d'equivalence. Un peu comme la vitesse limite de la lumiere. C'est ce principe qui fonde toute la RG.

[invite1acecc80]

Bonjour,

Il y avait la façon de voir avant la RG : c'est marrant, ça marche pour n'importe quoi qu'on pese ou mesure. Et à une tres grande precision.
Depuis, Einstein en a fait un principe fondemental de la physique : le principe d'equivalence. Un peu comme la vitesse limite de la lumiere. C'est ce principe qui fonde toute la RG.

Einstein a placé l'équivalence masse inertielle/masse grave comme l'un des axiomes de sa théorie. Mais cette hypothèse est bien antérieure à Einstein (il suffit de voir les lois de Newton...). On peut s'en rendre compte avec le livre de Poincaré "la science et l'hypothèse".
Egalement, aucune manip pour le moment ne justifie une différence (à quelque 10^-12 près je crois...). C'est le fait de l'observation expérimentale très précise du rapport des 2 masses qui , je pense, a fait pencher Einstein vers son hypothèse d'équivalence des masses.

A plus.

[Coincoin]

Salut,
La question de Phys2 va plus loin. L'égalité entre deux grandeurs intrinsèques d'une particule est un peu étonnant mais on peut comprendre que la Nature ait choisi de prendre les deux égaux (c'est ce que recherche l'unification en physique). Mais c'est quand même plus étonnant lorsqu'on ne parle plus d'une propriété propre à la particule mais de sa constante de couplage avec un champ externe. Qu'est-ce que le Higgs a de spécial sur le plan gravitationnel ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Thwarn]

Salut,
La question de Phys2 va plus loin. L'égalité entre deux grandeurs intrinsèques d'une particule est un peu étonnant mais on peut comprendre que la Nature ait choisi de prendre les deux égaux (c'est ce que recherche l'unification en physique). Mais c'est quand même plus étonnant lorsqu'on ne parle plus d'une propriété propre à la particule mais de sa constante de couplage avec un champ externe. Qu'est-ce que le Higgs a de spécial sur le plan gravitationnel ?

J'ai un peu l'impression qu'on place trop d'importance à la masse dans ce genre d'histoire. Ce qui est important en RG, c'est le tenseur énergie-impulsion. Que les particules aient une masse ou pas ne change pas grand chose, à part dans la "localisation" de l'energie. (Bien sur je caricature beaucoup).

Peut-etre qu'on peut voir la masse que comme l'interaction avec un champ (de Higgs). La particularité, c'est que ce champ à une valeur non nulle dans le vide et que donc les particules interagissent tout le temps avec. Bref, pour toutes valeurs de leur impulsion elles ont une energie residuelle qu'on appelle la masse pour des raisons historiques. Non?

[Thwarn]

Pour preciser un tout petit peu plus, mais tout ça n'est pas vraiment formulé de façon clair et défini dans mon esprit, ne peut-on pas dire que comme la masse inertielle est l'energie minimum d'un corps, la masse pesante (qui est une conception classique, associé à un corps immobile dans un referentiel) ne peut etre que de la meme valeur que la masse inertielle, par définition?

Mais je m'egare surement...

[Coincoin]

Tu m'as convaincu. Attendons de voir ce qu'en pense Phys2.

[stefjm]

Bonjour,
Si masse inerte et masse grave sont différentes, devrait-on considérer deux dimensions physiques différentes?
Il y aurait alors besoin d'un coeff dimentionné Mgrave/MasseInerte dont la valeur serait proche de 1.
Quelle pourrait être cette constante fondamentale?

[Coincoin]

Ce coefficient existe déjà de manière caché. Mais le fait qu'il soit constant fait qu'on peut choisir nos unités de manière à ce qu'il soit toujours égal à 1.
Imaginons que je mesure mes masses graves en coins et mes masses inertielles en stefs. À force de mesure, je découvre le principe d'équivalence : le rapport de la masse grave sur la masse inertielle est le même pour tous les corps et vaut 12,7 coins/stefs. La chose la plus intelligente à faire est de se débarrasser de ces unités redondantes. J'étend la définition du stef aux masses graves en disant qu'une masse grave d'1 stef correspond à ce qu'on appelait 12,7 coins. Et je me débarrasse de l'unité obsolète du coin, devenue inutile.
Historiquement, ce n'est pas du tout ce qu'il s'est passé (sans doute car le principe d'équivalence a été formulée dans sa version faible dès Galilée et donc avant que Newton ne formalise tout ça, ce qui fait que dès le début il n'a pas fait la distinction). Mais par contre, c'est ce qui est arrivé en thermodynamique : les travaux de Joule ont montré que la chaleur et l'énergie étaient liées. On a donc oublié la calorie, unité pour la chaleur, et on a utilisé le joule, unité d'énergie, pour exprimer la chaleur.

Bien sûr, si le rapport entre les deux grandeurs n'est pas vraiment constant et dépend du corps (composition, taille, ...), il faudra refaire la distinction.

[Thwarn]

Toujours pour rester dans ce que je disais plus haut, je n 'arrive pas à savoir si le principe d'equivalence (au moins faible mais peut-etre meme fort) est necessaire pour definir la RG, mais ne sont en fait que des concequences.
Bien sur, je sais que ces deux principes sont d'une importance historique capitale, mais je parle au niveau fondemental.

Par exemple, avec le principe de moindre action et le principe d'invariance de lorentz locale, je peux postuler une action (que je nomme par tout hasard, action de Hilbert ) et je peux en deduire les equations du mouvement, ainsi que des les quantités conservées, etc etc.
Et dans ce cas, par le fait meme de la forme de mon action, je tombe sur une egalité entre la masse inertiel et la masse grave, c'est à dire dans la RG, une independance de l'acceleration d'une particule test par rapport à sa masse (et si je veux retrouver les equations de Newton, je suis obligé d'introduire une masse a la main qui sera la meme de chaque coté, ce qui implique l'egalité entre masse grave et masse inertielle).

Vous en pensez quoi?

[Seirios]

J'ai un peu l'impression qu'on place trop d'importance à la masse dans ce genre d'histoire. Ce qui est important en RG, c'est le tenseur énergie-impulsion. Que les particules aient une masse ou pas ne change pas grand chose, à part dans la "localisation" de l'energie. (Bien sur je caricature beaucoup).

Peut-etre qu'on peut voir la masse que comme l'interaction avec un champ (de Higgs). La particularité, c'est que ce champ à une valeur non nulle dans le vide et que donc les particules interagissent tout le temps avec. Bref, pour toutes valeurs de leur impulsion elles ont une energie residuelle qu'on appelle la masse pour des raisons historiques. Non?

Pour preciser un tout petit peu plus, mais tout ça n'est pas vraiment formulé de façon clair et défini dans mon esprit, ne peut-on pas dire que comme la masse inertielle est l'energie minimum d'un corps, la masse pesante (qui est une conception classique, associé à un corps immobile dans un referentiel) ne peut etre que de la meme valeur que la masse inertielle, par définition?

Mais je m'egare surement...

Je vais essayer de résumer ce que j'ai compris, pour m'assurer de bien avoir compris tes arguments :
La masse inertielle d'une particule correspond à son énergie minimale, à son énergie au repos : . Ensuite, en relativité générale, la masse pesante ne dépend que du tenseur énergie-impulsion, la particule étant considérée au repos ; la masse pesante est donc également image de l'énergie au repos. Se référant à la même énergie, il n'est alors pas étonnant que les masses pesante et inertielle soient confondues. C'est bien cela ?
Dans ce cas, comment sait-on que ces masses dépendent de l'énergie minimale de la même manière ?

[Thwarn]

Je vais essayer de résumer ce que j'ai compris, pour m'assurer de bien avoir compris tes arguments :
La masse inertielle d'une particule correspond à son énergie minimale, à son énergie au repos : . Ensuite, en relativité générale, la masse pesante ne dépend que du tenseur énergie-impulsion, la particule étant considérée au repos ; la masse pesante est donc également image de l'énergie au repos. Se référant à la même énergie, il n'est alors pas étonnant que les masses pesante et inertielle soient confondues. C'est bien cela ?
Dans ce cas, comment sait-on que ces masses dépendent de l'énergie minimale de la même manière ?

Je pense que c'était bien ce que j'essaie de dire, ou plutot de m'auto-formuler...

Apres, tout dépend de ta façon de definir la masse pour le voir. Dans le cas de la relativité, les plus simple est de la definir comme la norme de la quadri-impulsion, ce qui correspont aussi à l'énergie d'un corps au repos. Cette definition est la meme pour tous les corps, composites ou pas (dans ce cas, l'énergie de liaison est pris en compte).

Ca serait bien qu'un vrai expert confirme ou infirme tout ce que je raconte (de meme que pour le message #10.

[Seirios]

Ca serait bien qu'un vrai expert confirme ou infirme tout ce que je raconte (de meme que pour le message #10.

Il serait effectivement intéressant de savoir si le principe d'équivalence peut ou non être une conséquence de la relativité générale, parce que sinon il ne serait peut-être pas très pertinent de considérer cette théorie pour parler de la différence entre masses inerte et pesante, puisqu'elle supposerait ce principe à la base.

[Thwarn]

Apres, meme si c'est le cas, on peut toujours rajouter des termes à la main dans l'action qui brisent le principe d'equivalence (ce qui en fait des theories alternatives de la RG) et mesurer expérimentalement l'ecart.

Bon, quelqu'un se devoue pour appeler Rincevent?

[invitee4af6302]

Ce coefficient existe déjà de manière caché. Mais le fait qu'il soit constant fait qu'on peut choisir nos unités de manière à ce qu'il soit toujours égal à 1.

Bonjour,

Je suis d'accord avec vous sur le fait que ce coefficient est "rigoureusement" constant dans la vie quotidienne.
Pourtant, nombreux sont les cas où la masse pesante n'est plus égale à la masse inerte.
Avant de vous dire à quoi je fais allusion, je vous laisse deviner de quoi il s'agit, car effectivement cette corrélation avec le boson de Higgs est assez troublante.

[Coincoin]

Pourtant, nombreux sont les cas où la masse pesante n'est plus égale à la masse inerte.

Je n'ai pas envie de jouer aux devinettes, donc je dirais simplement que c'est faux.

[invitee4af6302]

Je n'ai pas envie de jouer aux devinettes, donc je dirais simplement que c'est faux.

Pardon, je ne disais pas cela pour vous provoquer, juste pour animer le débat
Je vais pourtant vous citer les cas fréquents où cela se produit, j'ai cité ce phénomène sur un autre forum :

Voilà à quoi je pense : les particules cosmiques relativistes qui nous tombent dessus : ce n'est peut-être qu'une image me direz-vous mais :
La masse inerte devient bien supérieure à la masse pesante non ?
L'accélération (considérée comme une constante) diminue puisque les particules animées de vitesses proches de la lumière ne peuvent pas la dépasser...(c'est ma façon de voir les choses)
Rassurez-vous, je sais que je ne vous apprends rien, je voudrais juste comprendre la façon dont il faut percevoir ce phénomène (en dehors de la Relativité Générale) du point de vue du Boson de Higgs ...et peut-on affirmer que le principe d'équivalence n'est pas valable dans ce cas ?

[Gloubiscrapule]

Voilà à quoi je pense : les particules cosmiques relativistes qui nous tombent dessus : ce n'est peut-être qu'une image me direz-vous mais :
La masse inerte devient bien supérieure à la masse pesante non ?
L'accélération (considérée comme une constante) diminue puisque les particules animées de vitesses proches de la lumière ne peuvent pas la dépasser...(c'est ma façon de voir les choses)
Rassurez-vous, je sais que je ne vous apprends rien, je voudrais juste comprendre la façon dont il faut percevoir ce phénomène (en dehors de la Relativité Générale) du point de vue du Boson de Higgs ...et peut-on affirmer que le principe d'équivalence n'est pas valable dans ce cas ?

Moi j'ai pas compris ce que tu veux dire... Pourquoi la masse inerte serait plus grande à la masse grave dans les cas des rayons cosmiques?

[invitee4af6302]

Moi j'ai pas compris ce que tu veux dire... Pourquoi la masse inerte serait plus grande à la masse grave dans les cas des rayons cosmiques?

Ben, dans ce cas de figure, (je c'est que c'est une illusion causée par les effets relativistes), la masse d'inertie qui s'oppose au déplacement, semble augmenter, par rapport une masse pesante (F=mg) qui je pense n'augmente pas, d'où une diminution de l'accélération.

Je cite ce cas parce qu'à une époque où je me basais exclusivement sur ce principe d'équivalence des 2 masses, j'étais (naïvement) persuadé que cela serait un bon moyen de dépasser C, (vision un peu simplifiée du principe farfelu de Miguel Alcubierre qui consiste à se déplacer sur un "tapis roulant" d'espace..) mettre à contribution la déformation de l'espace..

Le fait étant que l'on tend vers C, la masse inerte semble tendre vers l'infini contrairement à la masse pesante : g= F/M tend vers 0

[Gloubiscrapule]

On parle souvent de masse relativiste (à la vitesse v) comme étant la masse au repos multiplié par le facteur de Lorentz, mais c'est pas la masse inerte, il faut plutôt parler d'énergie au repos et d'énergie à vitesse v, la masse étant définie par la masse au repos...

[Thomas markley]

ce qui m'a toujours étonné, dans cette equivalence entre ces deux types de masse, c'est surtout le fait qu'une masse faites d'atome, puisse avec avogadro avoir une différence de masse en isolé (gazeux disons nucléique) et aggloméré, cristalisé, le dimple fait d'avoir des liaisons moléculaire vas produire une quantité d'inertie et de masse gravitationelle différente entre ces deux états de la matière.

c'est une difficultée que j'ai du mal a appréhender, car c'est comme si le simple fait d'être plus dense en volume, provocait une intensification tant du ghamps gravitationnel que de l'inertie... se faisant, l'une et l'autre semblant n'être qu'une seule et même face d'une même présence dans l'espace(qui se courbe) en présence croisance d'une densité d'énergie... enfin c'est tout comme... enfin pas loin

quelqu'un pourrais éssayer de trier, parceque cela n'est pas bien simple pour moi...

[invite54165721]

Je vais oser une Lapalissade:
Si les deux masses sont égales c'est parce qu'il y a une grandeur physique (leur différence) fondamentale caractéristique des particules connues qui a pour valeur 0

[invitee4af6302]

ce qui m'a toujours étonné, dans cette equivalence entre ces deux types de masse, c'est surtout le fait qu'une masse faites d'atome, puisse avec avogadro avoir une différence de masse en isolé (gazeux disons nucléique) et aggloméré, cristalisé, le dimple fait d'avoir des liaisons moléculaire vas produire une quantité d'inertie et de masse gravitationelle différente entre ces deux états de la matière.

c'est une difficultée que j'ai du mal a appréhender, car c'est comme si le simple fait d'être plus dense en volume, provocait une intensification tant du ghamps gravitationnel que de l'inertie... se faisant, l'une et l'autre semblant n'être qu'une seule et même face d'une même présence dans l'espace(qui se courbe) en présence croisance d'une densité d'énergie... enfin c'est tout comme... enfin pas loin

quelqu'un pourrais éssayer de trier, parceque cela n'est pas bien simple pour moi...

Ce n'est de ces masses dont on parle dans le débat :
A quantité de molécules équivalente, glace et vapeur d'eau ont la même masse, si l'on néglige l'énergie E=MC² négligeable apportée à l'eau pour qu'elle devienne vapeur, rendant celle-ci légèrement plus lourde, à la 15ème décimale près...

Je vais oser une Lapalissade:
Si les deux masses sont égales c'est parce qu'il y a une grandeur physique (leur différence) fondamentale caractéristique des particules connues qui a pour valeur 0

On ne parle pas de 2 masses différentes au sens "objets différents" mais de 2 caractéristiques différentes appelées "masses" d'un même objet.

[Les Terres Bleues]

Je vais oser une Lapalissade:
Si les deux masses sont égales c'est parce qu'il y a une grandeur physique (leur différence) fondamentale caractéristique des particules connues qui a pour valeur 0

Dans le même ordre idée, je te fais observer que Stef et Coincoin avaient (dès le mois d'avril) avancé l'idée de l'existence d'un coefficient proche de 1 permettant de passer d'une grandeur à l'autre.

Voilà ce qui arrive lorsque des vieux cables sont déterrés : on se fait griller la politesse.

Plus sérieusement, ne faudrait-il pas plutôt envisager que "masse inerte" et "masse pesante" soient effectivement une seule et même réalité physique ?

Exit le champ de Higgs avec son boson miraculeux mais introuvable, et bonjour la nouvelle piste à tracer pour l'unification de l'électromagnétisme et de la gravitation.

C'est pas une bonne idée ça ?

Cordiales salutations.

[invitee4af6302]

On parle souvent de masse relativiste (à la vitesse v) comme étant la masse au repos multiplié par le facteur de Lorentz, mais c'est pas la masse inerte, il faut plutôt parler d'énergie au repos et d'énergie à vitesse v, la masse étant définie par la masse au repos...

Je suis d'accord, on utilise en Relativité le terme "masse relativiste", mais celle-ci s'apparente à une masse inerte, un peu aussi comme dans les synchrotrons, où cette "masse" devient tellement grande qu'il faut une circonférence et un champ magnétique adaptés (énormes) pour qu'elle n'aille pas tout droit, tellement l'inertie (la tendance à vouloir poursuivre un mouvement rectiligne et uniforme) est grande...
Masse relativiste..masse inerte...c'est un peu la même chose ici non ?

[Coincoin]

Dans le même ordre idée, je te fais observer que Stef et Coincoin avaient (dès le mois d'avril) avancé l'idée de l'existence d'un coefficient proche de 1 permettant de passer d'une grandeur à l'autre.

J'ai pas dit "proche de 1", mais "constant donc qu'on peut prendre comme égal à 1 en choisissant bien ses unités.

Plus sérieusement, ne faudrait-il pas plutôt envisager que "masse inerte" et "masse pesante" soient effectivement une seule et même réalité physique ?

Oui, ça s'appelle le principe d'équivalence, c'est à la base de la relativité générale.

Exit le champ de Higgs avec son boson miraculeux mais introuvable, et bonjour la nouvelle piste à tracer pour l'unification de l'électromagnétisme et de la gravitation.

Le principe d'équivalence n'a pas de rapport avec l'électromagnétisme. Et même si on unifie les différents types de masse, ça n'explique pas l'origine de la masse des particules, donc ça ne change pas l'intérêt du mécanisme de Higgs.

C'est pas une bonne idée ça ?

Si, mais un certain Einstein l'a eu il y a un siècle.

[Coincoin]

Masse relativiste..masse inerte...c'est un peu la même chose ici non ?

Non. Ce qu'on appelle masse inerte ne dépend pas de la vitesse. Mais tu peux toujours inventer le concept de masse doc5967ienne, mais évite de lui donner le même nom.

[Les Terres Bleues]

J'ai pas dit "proche de 1", mais "constant donc qu'on peut prendre comme égal à 1 en choisissant bien ses unités.

Effectivement, tu avais écrit "constant", mais de son côté Stef avait parlé de "proche de 1". Je m'excuse d'avoir condensé les deux interventions en une seule formule.

Oui, ça s'appelle le principe d'équivalence, c'est à la base de la relativité générale.

Considérer qu'il s'agit de la même réalité physique va, à mon avis, plus loin que la simple acceptation du principe d'équivalence. Ça suppose par exemple de reconnaître que l'interaction électromagnétique et la gravitation sont fondamentalement de même nature.

Le principe d'équivalence n'a pas de rapport avec l'électromagnétisme.

Bien sûr que si. Puisque le seul moyen de mesurer la masse inerte et de faire intervenir des forces électromagnétiques par l'intermédiaire de chocs, de poussées, de freinages, etc.

Et même si on unifie les différents types de masse, ça n'explique pas l'origine de la masse des particules, donc ça ne change pas l'intérêt du mécanisme de Higgs.

Cet argument n'est plus nécessaire, maintenant que le LHC a été financé et construit. On va pouvoir enfin laisser un peu de place à d'autres types de recherches théoriques (et je ne dirais pas Higgsless pour des raisons à mes yeux évidentes). En vertu de quoi, il sera peut-être à nouveau permis de faire entendre d'autres propositions pour expliquer la présence de masses (et de leur champ) dans l'Univers.

Si, mais un certain Einstein l'a eu, il y a un siècle.

C'était quelqu'un de formidable. Dommage qu'il soit tombé dans l'oubli, on ne lui rendra jamais assez hommage.

Cordiales salutations.

[Gloubiscrapule]

Je suis d'accord, on utilise en Relativité le terme "masse relativiste", mais celle-ci s'apparente à une masse inerte, un peu aussi comme dans les synchrotrons, où cette "masse" devient tellement grande qu'il faut une circonférence et un champ magnétique adaptés (énormes) pour qu'elle n'aille pas tout droit, tellement l'inertie (la tendance à vouloir poursuivre un mouvement rectiligne et uniforme) est grande...
Masse relativiste..masse inerte...c'est un peu la même chose ici non ?

C'est l'inertie qui fait que c'est dur de dévier sa trajectoire, mais c'est relié à la vitesse et non pas à la masse. Masse inerte et inertie c'est différent. La masse inerte c'est pour mettre en mouvement, l'inertie c'est pour modifier le mouvement.... Donc non masse relativiste et masse inerte c'est différent, sinon qu'est tu fais de la quantité de mouvement? C'est de la masse inerte?

[invite5456133e]

a-t-on jamais entendu de masse volumique pesante et de masse volumique inerte?