Compréhension de la gravitation

[Damien_S]

Bonjour, j'ai un petit soucis avec les termes ; graviton, onde gravitationnelle, déformation de l'espace temps. Je vais commencer par résumer ce que j'ai compris.

La gravitation serait une déformation de l'espace-temps par conséquent le mouvement de la terre par rapport au soleil est en réalité rectiligne uniforme. Plus un objet est dense plus la force de gravitation qu'il exerce sur d'autres objets est forte. Jusque là je n'ai pas trop de mal à comprendre, mais cela se complique. La déformation de l'espace-temps serait dû à des ondes gravitationnelles, déplacement des gravitons, qui seraient des particules non massiques ayant ainsi une célérité égale à celle de la lumière. Mais dans ce cas pour que la déformation de l'espace temps soit proportionnelle à la densité de l'objet cela n'impliquerait-il pas que plus un objet est massique plus la quantité de gravitons est élevée ? Dans ce cas là les gravitons sont émis par le corps lui même non ? Mais c'est étrange dans ce cas, si la déformation est due à ces ondes comme cela ce fait qu'un trou noir laisse échapper ces bosons et non les autres ?


Les 2 hypothèses que j'ai déduites de ce que j'ai pu lire sont sans aucuns doutes fausses et j'ai probablement dit pas mal de bêtises, je suis en terminal S et j'avoue avoir du mal avec cette notion de graviton. Si vous pouviez m'aider à comprendre cette théorie de la gravitation je vous en serais reconnaissant.

Merci d'avance !
-----

[phys4]

Bonsoir,

La gravitation serait une déformation de l'espace-temps par conséquent le mouvement de la terre par rapport au soleil est en réalité rectiligne uniforme. Plus un objet est dense plus la force de gravitation qu'il exerce sur d'autres objets est forte. Jusque là je n'ai pas trop de mal à comprendre, mais cela se complique. La déformation de l'espace-temps serait dû à des ondes gravitationnelles, déplacement des gravitons, qui seraient des particules non massiques ayant ainsi une célérité égale à celle de la lumière.

L'explication de newton fait appel à un potentiel de gravitation dont la propagation serait instantanée. Avec l'introduction de la relativité, ce potentiel ne pouvait plus exister sous cette forme. Les anomalies de la gravitation ont permis a Einstein d'identifier son fonctionnement. Il faut d'abord considérer que le contenu de l'espacetemps : matière, ondes... déforme ce dernier. Cette déformation se manifeste par une courbure locale proportionnelle à la quantité de matière.
Le point de vue ondes gravitationnelles et gravitons n'intervient que pour une propagation.
La trajectoire d'un objet dans cet espace courbe s'apelle une géodésique et c'est effectivement une ligne droite de l'espacetemps.

Mais dans ce cas pour que la déformation de l'espace temps soit proportionnelle à la densité de l'objet cela n'impliquerait-il pas que plus un objet est massique plus la quantité de gravitons est élevée ? Dans ce cas là les gravitons sont émis par le corps lui même non ? Mais c'est étrange dans ce cas, si la déformation est due à ces ondes comme cela ce fait qu'un trou noir laisse échapper ces bosons et non les autres ?

On ne peut pas dire que le trou noir laisse échapper les ondes de gravitation, mais seulement que la courbure d'espacetemps est stable autour du trou noir. C'est la même différence qu'entre un champ électrique stable autour d'une charge et le rayonnement d'une antenne, dans laquelle les charges se déplacent.

[albanxiii]

Bonjour et bienvenu sur le forum,

La gravitation serait une déformation de l'espace-temps par conséquent le mouvement de la terre par rapport au soleil est en réalité rectiligne uniforme. Plus un objet est dense plus la force de gravitation qu'il exerce sur d'autres objets est forte.

Rien que sur ces deux phrases il y a confusion.
Si vous parlez de "déformation" de l'espace-temps, alors il n'y a pas de force. Et vice-versa.
Il faut choisir le cadre dans lequel vous vous placez, la relativité générale pour la première phrase, la théorie de Newton pour la seconde.
Tant que cela n'est pas clair, n'allez pas plus loin.

@+

[Damien_S]

Bonjour et merci Albanxiii, j'ai relu ma phrase (étant donné que dans mon esprit la différence en ces deux théories est claire) et je remarque que je me suis effectivement mal exprimé. Ce que je voulais dire c'est que plus un objet est dense plus il déformera l'espace-temps et effectivement il n'est pas question de force (je me trompe souvent en parlant de force puisqu'en terminal c'est la théorie de Newton que l'on étudie).

Mais s'il s’avère que si je me fourvoie je reprendrais bien depuis le début.
Et merci Phys4 vous m'avez bien éclairé.

Je vais reprendre calmement ça depuis le début ce week-end pour voir si tout est bien clair pour moi. Et sinon, je ferais une petite pose et reprendrais plus tard que le préconise albanxiii (effectivement il serait stupide que j'aille me perdre dans des théories si je ne les comprends pas).

[A voir en vidéo sur Futura]

[Noix010]

Je trouve ces questions plutôt pertinentes, même si je ne connais pas les gravitons (je veux dire, une définition précise).

Je voudrais préciser la notion de "mouvement rectiligne uniforme":
pour commencer, cela se décrit par une fonction de vers l'espace (courbe paramétrée qui à un temps t associe une position .

Pour dire qu'une trajectoire est rectiligne, i.e. c'est une ligne, on a besoin d'être dans un espace vectoriel (ou un espace affine): en gros la ligne est stable par multiplication par un nombre: O, A, B appartiennent à une même ligne si OA= k* OB. uniforme, veut dire que (dérivée composante par composante) est constant.

Cela a toujours un sens en relativité restreinte, mais pas en relativité générale car l'espace-temps n'est pas défini comme un espace-vectoriel (mais une variété Lorentzienne): un point est toujours donné par des coordonnées comme les composantes d'une vecteur, étant donné une base, mais on ne plus pas additionner les points (ex. points sur la surface d'une boule, remarquons par ailleurs qu'il n'y a pas de bijection continue de la surface, i.e. la sphère vers )

-on pourrait se dire: étant donnée une fonction qui à point associe ses coordonnées, définissons l'addition de deux points comme le point tel que ses coordonnées soient la somme des coordonnées des deux premiers point, cependant, cette addition dépendrait du choix des fonctions coordonnées, i.e. ça serait totallement arbitraire.

Donc il n'y a pas de notion de ligne droite. On a aussi un problème pour définir la notion de mouvement uniforme car le temps dépend du référentiel (déja en relativité restreinte)


Comment on s'en sort: le mouvement d'une particule en relativité générale est décrit par une fonction (en fait une variété Lorentzienne de dimension 4 mais ici on prendra juste ): la variable peut toujours être interprété comme un temps ou juste comme un paramètre décrivant l'évolution de la particule, mais il y a plusieurs "temps" dans l'histoire. La première composante de la fonction est le temps dans un certain référentiel (dénotons la ) et les 3 autres la position dans l'espace. (Dans le cas classique, on a toujours , c'est pour cela que l'on considère que des fonctions à valeur dans l'espace.)

Le mouvement de la particule satisfait une équation tout à fait similaire à la seconde loi de Newton F=ma sauf qu'il y a quatre composantes partout, et que la définition de l'accelération fait intervenir la déformation de l'espace-temps et que les composantes "spatialles" de F sont les forces autres que la gravitation (pour un certain référentiel). S'il n'y a pas d'autre forces, alors on doit résoudre 0= m a, mais la solution n'est pas du tout rectiligne uniforme; d'ailleurs cette dernière équations est l'équation de la géodésique.

Pour les gravitons, il faudrait étudier en détails la relation entre les forces et la propagation d'un champ. Je suis sur que c'est lié à l'écriture de solutions de certaines équations avec des "fonctions de Green" ou propagateurs, et c'est qqch de totallement apparent en théorie quantique des champs mais ça serait expliquer les choses à l'envers et je pense que ça n'a rien à voir avec la quantification.

Juste un example: les équations de Maxwell décrivent le champs élétrique et magnétique, et à partir d'eux on peut obtenir l'équation de D'Alembert de la propagation d'une onde mais aussi la loi de Coulomb (qui pourtant est instannée) qui donne le champs de force, mais l'interprétation générale d'une force par la propagation d'un boson n'est pas tout à fait claire pour moi non plus

[Noix010]

La déformation de l'espace-temps n'est pas du aux gravitons mais à la masse (ou plutot énergie et impulsion) de la matière (très pertinent de parler de densité, car il faut une information sur la répartition de l'énergie et l'impulsion dans l'espace)

Ce sont les équations d'Einstein qui relient la géométrie de l'espace-temps (la variété Lorentzienne) et la distribution d'énergie impulsion.

la structure la plus importante de cet espace-temps la la définition d'une "distance", toute la difficulté est la dedans. Elle permet de définir les différentes notions de courbure.

[Noix010]

rapide coup d'oeil à wikipedia, le graviton vient de descriptions quantiques de la gravitation

ça doit pas être très clair pour qui que ce soit...

[Damien_S]

Bonjour ! (je n'avais pas vu les autres réponses)
Merci bien pour ces réponses qui vont me permettre d'approfondir et découvrir certains points que je ne connaissais pas du tout !
Je vais profiter de ces vacances (l'avantage des études) pour m'y mettre. Si d'autres questions me viennent, je n'hésiterais pas à réutiliser ce forum !

[Deedee81]

Salut,

ça doit pas être très clair pour qui que ce soit...

Je plusoie.

Comme Albanxiii le précisait :
- Au niveau classique (gravitation : potentiel/force) c'est Newton
- Au niveau relativiste (gravitation = déformation de l'espace-temps) c'est la relativité générale.
- Avec le graviton c'est.... des tonnes et des tonnes de théories de gravitation quantique, toutes spéculatives, parfois imparfaites (par exemple non renormalisables), toujours incomplète, souvent mal comprises. C'est le brouillard théorique par excellence. Pour le moment du moins.