Espace-temps courbé et gravitation

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Bonjour,

Je viens de finir de regarder ce très bon épisode de PBS spacetime sur la relativité générale, la gravité et la courbure de l'espace temps: https://www.youtube.com/watch?v=AwhKZ3fd9JA

En substance, j'en retiens et comprends que, selon la théorie de la relativité générale, la gravité en tant que force n'existe pas (conception Newtonnienne) mais que les objets massifs attirent les autres objets par la déformation spacio-temporelle 4D (en d'ailleurs surtout la déformation temporelle, contrairement à l'image trompeuse de la boule sur une toile) que leur masse génère dans l'espace-temps. Cet courbure de l'espace-temps (et donc surtout du temps) suffit à elle seule à expliquer tous les résultats obtenus après un siècle d'expérimentations. Il n'existe donc pas de "force de gravité".

Si cela est si bien admis, compris, démontré et reproduit, alors:

1- pourquoi cherche-t-on tant de nos jours à trouver une théorie quantique de la gravitation? En effet, même si trouver cette théorie nous permettrait de réunir RG et MQ, de comprendre notamment ce qui se passe au niveau de la singularité d'un trou noir, etc... le simple fait de chercher à quantifier la gravité et à rechercher ses vecteur (hypothétique graviton par exemple) ne nécessite-t-il par de prendre comme postulat que la gravité est une force (que l'on cherche donc à quantifier, à vectoriser...) alors que justement, le RG si bien admise et démontrée, nous dit que ce n'est pas une force. Les recherches sur la gravité quantique partiraient donc du postulat que la gravité selon la RG (pas une force) est fausse? Donc que la RG est fausse?

2- existe-t-il des expériences qui ne se sont pas contentées de démontrer l'exactitude des prédictions de la RG, mais recherché la nature même de l'espace-temps? Je précise ma question probablement très mal formulée: La RG prédit avec une exactitude incontestable les résultats obtenus par l'expérience lorsqu'il s'agit de démontrer la chute des corps, la dilatation temporelle et spatiale au regard de la constante c, .... en postulant que cela est dû à la déformation de l'espace-temps, et ces prédictions fonctionnent. Mais a-t-on jamais fait une expérience qui n'a pas pour objet les conséquences de l'espace temps, mais l'espace temps lui-même? C'est à dire sans objets, corps, masse, énergie ou information dont l'on mesurerait les caractéristiques dans cet espace-temps, mais la nature même de celui-ci? En d'autres terme, cet espace temps est-il simplement un superbe outil mathématique extrêmement efficace et jusqu'à présent incontesté, ou a-til une nature plus profonde qui va au delà des maths et des équations?

Merci
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[pm42]

Les recherches sur la gravité quantique partiraient donc du postulat que la gravité selon la RG (pas une force) est fausse? Donc que la RG est fausse?

Pas du tout. Que ce soit interprété comme une force ou pas n'est pas le sujet.
Il y a des cas où on peut négliger les effets de la gravité et donc la RG et d'autres où on peut négliger les phénomènes quantiques.
Mais il y a aussi des cas où les 2 effets s'appliquent : c'est là où on a besoin d'une théorie qui unifie les 2.

2- existe-t-il des expériences qui ne se sont pas contentées de démontrer l'exactitude des prédictions de la RG, mais recherché la nature même de l'espace-temps?

Le concept de "nature même" n'a pas vraiment de sens en physique.

ou a-til une nature plus profonde qui va au delà des maths et des équations?

Même chose que ci-dessus. On fait des modèles, on les valide par l'expérience... Et on ne vas pas "au delà des maths et des équations" parce que ce sont les outils de base de la physique et qu'on ne sait pas en faire sans.

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Merci pour tes réponses pm42.

Je sais bien que la mots "nature" "existe" ou "réel" sont dangereux à utiliser en la matière, d'où ma précision sur le caractère potentiellement confondant de ma question.

Si je prends un exemple: les trous noirs sont des "objets mathématiques". Il découlent directement des maths et des équations. Pour autant, ce sont également des objets physiques en ce qu'ils sont physiquement descriptibles par trois paramètres: la masse, la charge électrique et le moment cinétique.
De même, une horloge est un objet mathématique en ce qu'aucune "horloge" au sens littéral du terme n'est utilisé dans les équations de RG, mais qu'on utilise cette notion d’horloge pour vulgariser la notion de temps propre et d'observateur, qui encore une fois sont avant tout des concepts mathématiques. Mais l'horloge est aussi un objet physique définissables par des très nombreux paramètre physiques (matière, forme, ....).

Ma question est donc de savoir si, comme les trous noirs et les horloges qui sont à la fois des objets mathématiques mais aussi des objets physiques, et donc qui peuvent eux même constituer un objet d'étude, l'espace-temps est, au delà du modèle mathématique, un objet physique susceptible d'être étudié en lui même.

Quant à ta première réponse, tu indiques bien que dans certains cas il y a des effets quantiques. Mais est-ce une démontré? Encore une fois, je vais essayer d'être clair (même si je constate que c'est difficilement le cas). Essaye-t-on aujourd'hui d'expliquer les effets quantiques de la gravité (donc on saurait que la gravité est quantique, mais on ne saurait pas expliquer comment) on essaye-t-on de démontrer si la gravité est ou non quantique? En d'autres terme, est-il autorisé de dire que nous ne sommes pas certains (qu'il n'est pas démontré) que la gravité soit quantique?

[pm42]

l'espace-temps est, au delà du modèle mathématique, un objet physique susceptible d'être étudié en lui même.

Tu supposes qu'on étudie quelque chose en dehors du modèle mathématique. C'est justement l'inverse : on fait des modèles et on valide les modèles. Etudier quelque chose physiquement, c'est cela.
Pour l'espace-temps, on l'a fait avec les modèles de la Relativité : on a étudié les déformations spatiales et temporelles, on s'en sert même fréquemment avec par exemple les loupes gravitationnelles.

Pour aller plus loin, on a fait d'autres modèles qui sont spéculatifs (gravité quantique à boucle par ex) et on a essayé de voir si on trouvait des preuves expérimentales. Mais on n'a rien pour le moment.

Essaye-t-on aujourd'hui d'expliquer les effets quantiques de la gravité (donc on saurait que la gravité est quantique, mais on ne saurait pas expliquer comment) on essaye-t-on de démontrer si la gravité est ou non quantique? En d'autres terme, est-il autorisé de dire que nous ne sommes pas certains (qu'il n'est pas démontré) que la gravité soit quantique?

Les 2. On essaie en effet de montrer que la gravité est quantique. Tu peux lire cela si tu es abonné : https://www.pourlascience.fr/sd/phys...ique-15534.php

[A voir en vidéo sur Futura]

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Merci pour cet article.

Hélas je ne peux lire que le début. Cela m'a suffit néanmoins à noter ces phrases:
- "où cette force resterait de nature classique"
- "Cette situation est due au fait que la gravitation est une force extrêmement faible, qui ne domine les trois autres que pour les objets massifs et étendus".

Là encore, alors même qu'il est question de ne pas quantifier la gravité, on parle encore de "force". Or, il me semble que justement la gravité ne doit pas être considérée comme une force enl'état actuel des connaissances, mais comme une simple conséquence de la courbure de l'espace 4D. Cela pour dire que, j'ai l'impression, peut être à tort, que toutes les études actuelles sur la gravité partent d'un postulat (la gravité est quantique ou la gravité est un force) qui n'est pas conforme à la RG. On cherche ensuite des explications sur les causes et les conséquences de cette quantification, ou le fait de comprendre comment cette force se propage et agit, mais en partant toujours d'un postulat qui n'est pas conforme à la RG. N'est-il pas possible de dire que la RG suffit à expliquer totalement la gravité?

Sur ta première réponse, cela signifierait-il que l'espace-temps n'existe pas en tant qu'entité séparée de la matière? Qu'il n'existerait pas "d'arrière plan", mais que l'espace temps ne serait que la relation entre plusieurs événements?

[pm42]

Là encore, alors même qu'il est question de ne pas quantifier la gravité, on parle encore de "force".

Oui, c'est un abus de langage fréquent parce qu'en pratique, la gravité peut être vue comme une force entre 2 objets.

Cela pour dire que, j'ai l'impression, peut être à tort, que toutes les études actuelles sur la gravité partent d'un postulat (la gravité est quantique ou la gravité est un force) qui n'est pas conforme à la RG.

Non, c'est parce que tu lis de la vulgarisation et qu'on emploie volontairement des mots plus simples et qu'on ne prend pas de précautions oratoires tout le temps.

En pratique, la recherche se fait avec les équations de la RG et c'est tout ce qui compte.

[mach3]

quelques trucs pour réfléchir :

-le tenseur énergie-impulsion est un "machin" classique (au sens non quantique), quid de l'opérateur correspondant en quantique? (principe de correspondance, toute grandeurs physique "classique" est mise en correspondance avec un opérateur qui permet de trouver les densités de probabilité de la grandeur physique).

-il y a des états superposés en quantique, états qui n'ont probablement pas le même tenseur énergie-impulsion, et donc n'engendrent pas la même courbure, du coup l'espace-temps lui-même doit être dans une superposition d'état plus ou moins courbé, comment on gère ça?

-les ondes gravitationnelles ont beaucoup de points communs avec les ondes EM. Ces dernières étant quantifiées (photons), en est-il de même pour les OG? y a t'il des gravitons (d'abord au sens quantum d'OG, pas au sens particule vectrice de la gravitation, mais la question peut éventuellement se poser ensuite)? les modifications du champ de Riemann de proche en proche s'effectuent-elles de façon discontinues comme les modifications du champ EM?

-l'espace-temps est-il continu ou présente-t-il une granularité? si oui comment on concilie ça avec l'invariance de locale de Lorentz?

m@ch3

[Lortagem]

le tenseur énergie-impulsion est un "machin" classique (au sens non quantique), quid de l'opérateur correspondant en quantique? (principe de correspondance, toute grandeurs physique "classique" est mise en correspondance avec un opérateur qui permet de trouver les densités de probabilité de la grandeur physique)

Imprécision de la question. Si les "machins" quantiques existent bels et bien, rien ne permet de dire que les "machins" classiques existent à l'état stable dans la nature, sauf à prétendre que notre chère Emmy Noether avait tort.

-il y a des états superposés en quantique, états qui n'ont probablement pas le même tenseur énergie-impulsion, et donc n'engendrent pas la même courbure, du coup l'espace-temps lui-même doit être dans une superposition d'état plus ou moins courbé, comment on gère ça?

"probablement" certes mais "certainement" non, et là est toute la subtilité. Quant à savoir comment gérer ça, encore faudrait-il ôter l'aspect probabiliste dudit événement avant de pouvoir avancer une réponse déterministe.

-les ondes gravitationnelles ont beaucoup de points communs avec les ondes EM. Ces dernières étant quantifiées (photons), en est-il de même pour les OG? y a t'il des gravitons (d'abord au sens quantum d'OG, pas au sens particule vectrice de la gravitation, mais la question peut éventuellement se poser ensuite)? les modifications du champ de Riemann de proche en proche s'effectuent-elles de façon discontinues comme les modifications du champ EM?

Aucune expérience n'a jamais mis en avant une quelconque quantification des OG, ni des tant espérés gravitons. Si vous faîtes références, à tort, à l'étude du pf. Gial Ackbar sur l'invariance des OG dans un espace 5D, celle-ci ne conclut pas à une telle quantification.

-l'espace-temps est-il continu ou présente-t-il une granularité? si oui comment on concilie ça avec l'invariance de locale de Lorentz?

On ne le concilie pas car la granularité n'est que pure spéculation, sauf encore une fois à considérer que la pixelisation est le Graal de la connaissance.

[ThM55]

En ce qui concerne la question "force ou pas force" posée par la relativité générale, il faut interpréter un peu ce qu'on lit dans la vulgarisation.

En relativité générale, il est possible de formuler mathématiquement une limite valable pour les courbures faibles, et donc de faibles valeurs de l'énergie et de la quantité de mouvement de la matière. Il s'agit évidemment de la limite newtonienne tenant compte de la relativité restreinte. L'espace-temps est supposé être l'espace de Minkowski. Je ne vais entrer dans les détails techniques, mais cette approximation est une linéarisation: on considère la métrique comme une faible perturbation de celle de Minkowski et on néglige tous les terme du second ordre.

Évidemment, cette limite est inadéquate pour décrire les trous noirs. Néanmoins, on peut aller un peu plus loin et décrire par cette méthode les phénomènes radiatifs. C'est de cette façon qu'a été prédit le rayonnement de pulsars binaires. Bref, ce que je veux dire est que dans cette approximation, la gravitation apparaît bien comme une force. La formulation obtenue est en effet très proche de celle des équations de Maxwell avec la force de Lorentz sur les charges, avec seulement des différences d'ordre mathématique: au lieu d'un potentiel vecteur, on a un potentiel tensoriel. Il y a aussi des transformations de jauge qui correspondent au changement de coordonnées. On peut aussi linéariser les petites perturbations gravitationnelles dans un espace-temps courbe qui échappe à l'approximation newtonienne, et là aussi ces perturbations apparaissent comme des forces.

Certains sont allés plus loin encore: en partant de cette théorie linéaire où la gravité est une force, on constate que le champ de gravitation est engendré par le tenseur d'énergie de la matière. Mais pour satisfaire la conservation de l'énergie, il faut inclure le tenseur d'énergie du champ lui-même. Or cela modifie le champ au second ordre. On obtient ainsi une série que l'on peut en principe sommer. La surprise est qu'on retrouve la théorie d'Einstein! La géométrie même est modifiée car elle implique des mesures avec des objets physiques et des rayons lumineux par exemple. Je conseille pour cette approche la lecture des leçons sur la gravitation de Feynman. Il y a un paragraphe sur cette approche dans le traité de Misner-Thorne-Wheeler.

On peut aussi faire quelque chose d'étonnant: transformer la théorie de Newton avec son temps et son espace absolus en théorie d'un espace-temps courbe. C'est le mathématicien Élie Cartan qui a fait cet exercice, et la gravitation n'y apparaît plus comme une force, mais comme l'effet de la géométrie.

Je crois que ces exemples rejoignent les remarques déjà faites: on travaille avec des modèles de la réalité. On interprète quelque chose comme une force dans un contexte donné et comme un effet de la géométrie dans un autre contexte. La théorie d'Einstein ne deviendra pas "fausse" quand on aura trouvé (si on la trouve) une théorie quantique satisfaisante, mais comme toutes les théories physiques elle se trouvera étendue à des domaines pour lesquels on sait déjà qu'elle n'est pas applicable.

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Je viens de regarder cette vidéo de science4all (https://www.youtube.com/watch?v=KOOA...&frags=pl%2Cwn) et celle-ci de pbs space Time (https://www.youtube.com/watch?v=NblR...&frags=pl%2Cwn) qui expliquent en substance la gravité et le principe d'équivalence selon la RG, et leurs conséquences, à savoir:
- la vision de la gravité selon Newton (force qui nous attire vers la terre) est fausse ;
- la force de gravité n'est qu'une illusion, car il ne s'agit que d'une accélération constante (g sur terre) subit par les corps ;
- cette accélération est due, sur terre, au sol qui accélère constamment vers le haut avec une accélération g, créant cette illusion de force gravitationnelle.

Bref la RG suffit sur terre à expliquer les causes (accélération constante g du bas vers le haut due à la déformation de l'espace temps causée par la masse), les conséquences (cette accélération g donne aux objets de masse m un poids selon la formule p=mg) et la nature même de la gravité (simple illusion, effet, ressenti, intuition d'une force nous tirant vers le bas, comme celle que nous ressentons dans le dossier du siège lorsque nous sommes dans une voiture qui accélère).

Ma question est donc la suivante:
- si l'on prend l'hypothèse (qui ne me semble pas délirante par aujourd'hui sujette à de très nombreuses études en cours) de parvenir un jour à démontrer que la gravité est une force (comme l'électromagnétisme, la force nucléaire faible et la forte), que cette force s'exerce sur les masses par l'échange de vecteurs de force quantifiables (un éventuel boson), et donc que les corps massifs s'attirent par l'échange de bosons ou de tout autre quantum d'énergie,

alors serait-il, ce jour où la gravitation quantique est démontré, correct de dire que:
- oui Newton avait tort car la RG d'Einstein est venu démontrer que la gravitation n'était qu'une illusion créée par l'accélération due à la courbure de l'espace temps ;
- mais également que Einstein avait aussi tort, car la gravitation quantique étant démontré, celle-ci n'est pas une illusion mais bien une force qui s'exerce sur les corps car l'échange de de vecteurs de force ;
- que (de la même manière que l'on continue d'utiliser la physique Newtonnienne pour de nombreux calculs pour lesquels elle fonctionne parfaitement) l'on pourra continuer à utiliser la RG pour certains calculs, tests et expérience où l'on sait qu'elle donne des résultats parfait, mais que l'on saura que, fondamentalement, la RG est fausse.
- que, non le sol de nous accélère pas constamment vers le haut, mais que nous sommes attirés par la terre car nous échangeons avec elle des bosons ayant pour effet de transmettre une force gravitationnel.

[pm42]

- oui Newton avait tort
- mais également que Einstein avait aussi tort

Non. Ils ont fait des théories qui ont un domaine de validité. On éviter d'employer "tort" ou "fausse" dans ce contexte.

[Deedee81]

Salut,

EDIT Croisement avec pm42 (pas étonnant avec la taille de ma réponse )

D'abord, un petit détail. La force ça n'a rien de "magique", il n'y a pas vraiment de force dans la nature !!!! Ce point fut d'ailleurs critiqué dès l'époque de Newton et fut le point de départ des formulations ne faisant pas appel au concept de force comme la mécanique analytique. Les forces c'est :
- la traduction abstraite de l'existence d'une forme d'interaction entre objets physiques
- Des mesures, comme avec le dynamomètre, mais qui en réalité mesurent juste l'effet de ces interactions
- Pour le cas conservatif, c'est la traduction du fait que l'énergie potentielle varie de point en point (la force est le gradient du potentiel)
Mais tout ça n'a guère d'importance à notre époque où on sait bien de toute façon que toute description physique (avec ses grandeurs, ses concepts, ses équations) n'est qu'une modélisation de la réalité où on ajoute un lien entre les grandeurs et les mesures expérimentales (qui sont la seule réalité physique).

Ceci dit, quelques commentaires :

- la force de gravité n'est qu'une illusion

Je n'aime pas trop ce terme, je le trouve trop fort (quand tu tombes d'un toit et que tu fait splash sur le sol, ce n'est pas une illusion).
Je préfère parler de force fictive (en RG on peut vraiment dire que la force de gravité est une force fictive, au même sens que la force centrifuge, la force de Coriolis, la force inertielle).
Elle est due au choix d'un référentiel non inertiel (le référentiel attaché au sol est en réalité accéléré comme tu l'as fait remarquer).
Mais si la force est virtuelle, la gravité ne l'est pas : elle est bien réelle.

Notons qu'il n'y a pas totale équivalence entre accélération et gravité, sauf localement (dans un voisinage infinitésimal d'un événement). Tout champ d'accélération ne correspond pas à un champ gravitationnel. Il faut donc être prudent avec le principe d'équivalence.

- si l'on prend l'hypothèse (qui ne me semble pas délirante par aujourd'hui sujette à de très nombreuses études en cours) de parvenir un jour à démontrer que la gravité est une force (comme l'électromagnétisme, la force nucléaire faible et la forte), que cette force s'exerce sur les masses par l'échange de vecteurs de force quantifiables (un éventuel boson), et donc que les corps massifs s'attirent par l'échange de bosons ou de tout autre quantum d'énergie,

On change alors totalement de modélisation et donc attention de ne pas mélanger les choux et les torchons, euh, enfin, tu m'as compris

Notons qu'il y a plusieurs manière de faire. Par exemple, en quantification canonique, où l'espace-temps change totalement (il est même compliqué à décrire, ce n'est pas une "bête" quantification de l'espace-temps, c'est bien plus subtil que ça). Ou en quantification perturbative (un exemple étant la théorie des cordes) : un espace-temps courbe (comme en RG) avec dessus des gravitons (cordes ou pas). C'est une approche analogue à la linéarisation de la relativité générale qu'on peut trouver par exemple dans l'étude des ondes gravitationnelles.

Je ne dirais pas que Einstein ou Newton avaient tort (ou que leurs théories sont incorrecte, d'ailleurs malgré la RG on utilise toujours Newton, par facilité).
Je dirais plutôt que :
- Ils avaient découvert une partie de la "vérité", c'est-à-dire une partie de ce qu'il faut faire pour décrire correctement la gravité
- ils avaient raison dans leurs explications à condition de rester dans le cadre théorique correspondant
- les choses évoluent : les expériences, les concepts, les cadres théoriques
Mais ce qu'on a ce sont juste des améliorations de ce qui existait (même si les changements de paradigmes peuvent être énorme comme justement avec la naissance de la RG ou de la MQ).
Les anciennes théories deviennent des approximations des nouvelles dans certaines limites bien précises
(exemple pour la gravité, et c'est d'ailleurs utilisé dans les cours de RG pour justifier le coefficient utilisé dans l'équation d'Einstein :
Newton = limite de la RG quand : la gravité est faible, la gravité varie lentement, les corps se déplacent lentement dans le référentiel utilisé)

Pour conclure :

- que, non le sol de nous accélère pas constamment vers le haut, mais que nous sommes attirés par la terre car nous échangeons avec elle des bosons ayant pour effet de transmettre une force gravitationnel.

Les deux sont vrais. Question de point de vue. Ou comme aurait dit Einstein, tout est relatif

[mach3]

pour résumer, votre question est : est-ce que le principe d'équivalence pourrait être violé dans le cadre d'une théorie quantique de la gravitation (il ne serait par exemple qu'une approximation aux échelles macroscopiques)? il y a pas mal de résultats potentiellement intéressant quand on recherche "equivalence principle violation" dans un moteur de recherche.

m@ch3

[ThM55]

Sérieusement, à tout étudiant qui apprend la relativité générale de la manière habituelle (càd einsteinienne, par exemple avec des livres comme ceux de Schutz, Sean Caroll ou MTW), je conseille en complément de lire les "leçons sur la gravitation" de Feynman, histoire de changer complètement de point de vue et de s'ouvrir de nouveaux horizons. Il y a une bonne traduction française chez Odile Jacob.

Feynman avait un tempérament un peu iconoclaste. Par exemple il a toujours refusé les doctorats honoris causa car il trouvait que "honoris causa" n'était pas une cause suffisante pour un doctorat! Au début des années 1960 il avait été invité à un colloque sur la relativité générale où des gens passaient tout leur temps à analyser des solutions exactes des équations d'Einstein avec plein de maths et très peu de physique. Il en a été tellement dégouté qu'il a non seulement supprimé tous les colloques sur la RG de son agenda mais en plus a exigé que l'on retire son nom de la liste des invités dans les compte rendus! (il y est mentionné si je me souviens bien comme Mr X.) Il a ensuite donné un séminaire sur le gravitation pour exposer son point de vue. Ses assistants en ont tiré un livre que Feynman a corrigé et son nom a été posé comme auteur principal. Il faut se rappeler que Feynman conseillait, quand on apprenait un nouveau sujet, de le reformuler à sa façon de manière à pouvoir l'expliquer à d'autres. Tout le monde n'a pas le même talent que Feynman pour le faire, évidemment. Dirac l'a fait aussi à sa manière laconique inimitable, mais Feynman est tout de même le plus original de tous. Je vous fais un petit compte rendu de lecture de ce livre, qui date de 1963.

Feynman commence par expliquer qu'en 1911 quand Einstein a formulé le principe d'équivalence, on ne connaissait que les lois de Newton, les équations de Maxwell et la relativité restreinte. Ce qu'il fallait faire était rendre compatible la gravitation et la relativité. Einstein a trouvé la solution grâce à un énorme effort intellectuel et un changement de complet de point de vue pour y arriver. Mais maintenant les étudiants sont familiarisés avec l'électrodynamique quantique dans laquelle l'interaction électrique est réalisée par des échanges de photons. Pédagogiquement, on devrait donc introduire la gravitation comme une théorie quantique avec échange de gravitons. Et c'est ce qu'il fait: il part de l'amplitude pour les photons comme exemple de base, puis montre comment on peut faire la même chose pour des particules de spin 2 et prouve que cela donne la gravitation! Je vous laisse apprécier l'audace de cette approche. Il dit résolument zut à tous les pédants qui disent que c'est impossible. Il déduit de cela la précession du périhélie de Mercure et la dilatation du temps.

Dans la suite il montre que la conservation de l'énergie impose des corrections d'ordres supérieurs, calcule la somme de ces termes et en déduit quel doit être le lagrangien quand on somme la série à tous les ordres. La surprise est que c'est le lagrangien de Hilbert-Einstein. Ce n'est qu'au chapitre 7 qu'il donne l'interprétation géométrique de ce qu'il a obtenu; le tenseur métrique est interprété comme celui de l'espace-temps dans une géométrie de Riemann. Il en déduit que la théorie a la covariance générale etc. A partir de là il se raccroche à la théorie d'Einstein selon l'approche habituelle, avec les sujets habituels, de manière concise (Schwarzschild, un peu de cosmologie, ondes gravitationnelles). Il termine par quelques considérations sur la gravitation quantique.

C'est la gravitation vue par un physicien des particules. Je suis persuadé qu'il faut ignorer les a priori philosophiques quand on fait de la physique et aborder tous les sujets par tous les moyens possibles. Ici, il ne dit pas que c'est une force, il rattache ça au potentiel obtenu par l'approche quantique.

[Deedee81]

Salut,

Je suis persuadé qu'il faut ignorer les a priori philosophiques quand on fait de la physique et aborder tous les sujets par tous les moyens possibles.

Je suis d'accord. Il est toujours utile (pour la compréhension) d'étudier un domaine donné dans toute une série de cadres théoriques et conceptuels différents, quand c'est possible.
Par contre, cette façon de faire prend pas mal de temps (mais c'est le prix à payer pour arriver à comprendre).

[likethat]

pour résumer, votre question est : est-ce que le principe d'équivalence pourrait être violé dans le cadre d'une théorie quantique de la gravitation (il ne serait par exemple qu'une approximation aux échelles macroscopiques)?

Oui Mach3 c'est quasiment cela. Plutôt que "violé", je dirais que ma question est : "dans le cadre d'une théorie quantique de la gravitation, est-ce que le principe d'équivalence pourrait n'être qu'une approximation de la gravitation appliquée à des échelles macroscopique."

Ou, pour reprendre la sémantique employée par Deedee81: "dans le cadre d'une théorie quantique de la gravitation, est-ce que le principe d'équivalence pourrait n'être qu'une explication "fictive" de l'interaction gravitationnelle au niveau macroscopique?"

Sous entendu:

1- nous savons que la gravitation universelle selon Newton est fondamentalement fausse (l'idée derrière cette théorie étant fausse car prédisant une force de gravité nous attirant vers le "bas", ce qui a été contredit par la RG) mais nous l'appliquons néanmoins car, bien que le fondement physique soit faux, les maths et les équations sont suffisamment justes pour rendre compte de résultats parfaitement cohérents avec l'observation dans de très nombreux domaines

alors

2 - en postulant que nous venons de démontrer le caractère quantique d'une véritable force de gravitation, dans le cadre d'une théorie quantique de la gravitation, pourrions-nous appliquer ce même raisonnent à la RG, à savoir : "nous savons que la gravitation selon Einstein est fondamentalement fausse (l'idée derrière cette théorie étant fausse car considérant une accélération des corps causée par la courbure de l'espace 4D, contredit part le caractère quantique d'une force de gravitation transmise via l'échange de vecteurs de force entre les corps) mais nous l'appliquons néanmoins car, bien que le fondement soit faux, les maths et les équations sont suffisamment justes pour rendre compte de résultats parfaitement cohérents avec l'observation dans de très nombreux domaines.

Comme nous continuons à utiliser Newton pour certains phénomènes en sachant que le fondement est néanmoins erroné (lorsque je tape dans un ballon sur un terrain de foot et que je veux calculer le point d'impact de mon ballon, nul besoin d'utiliser le RG, la physique classique est suffisante pour théoriser le résultat observé) nous continuerions de la même façon à utiliser la RG pour certains phénomènes en sachant que le fondement est néanmoins erroné.

[Amanuensis]

1- nous savons que la gravitation universelle selon Newton est fondamentalement fausse (l'idée derrière cette théorie étant fausse car prédisant une force de gravité nous attirant vers le "bas"

Non. La principale raison permettant d'infirmer la théorie de Newton est qu'elle postule un effet instantané à distance.

(Par ailleurs, la notion de "bas" est bien plus compliquée que ce qu'on imagine...)

nous l'appliquons néanmoins car, bien que le fondement physique soit faux, les maths et les équations sont suffisamment justes pour rendre compte de résultats parfaitement cohérents avec l'observation dans de très nombreux domaines

C'est la notion d'approximation. Au fond, toutes les théories physiques sont approximatives. On choisit laquelle utiliser en fonction de ce dont on dispose "qui marche", et des besoins en termes de précision. Cela s'applique à la RG comme au reste.

Comme nous continuons à utiliser Newton pour certains phénomènes en sachant que le fondement est néanmoins erroné

Mais non, le fondement n'est pas erroné. Les calculs à la Newton sont des approximations de la RG, avec un parfait contrôle de l'approximation. Au lieu de voir ces calculs comme une "théorie", faut les voir comme une manière de faire un calcul approché de RG. Le fondement est alors la RG, ce n'est plus les "fondements" tels que pensés auparavant, c'est tout.

Faut arrêter de penser en termes de "faux", "vrai", etc. (une "pensée" métaphysique, pour ne pas dire quasi-religieuse). La physique se pense en termes d'efficacité et précision de prédictions, et accessoirement en efficacité de calcul.

[pm42]

Faut arrêter de penser en termes de "faux", "vrai", etc. (une "pensée" métaphysique, pour ne pas dire quasi-religieuse). La physique se pense en termes d'efficacité et précision de prédictions, et accessoirement en efficacité de calcul.

Cela a déjà été dit plusieurs fois sans succès...

[Deedee81]

Salut,

Il faut aussi rappeler que toute théorie, quelle qu'elle soit, a un certaine domaine de validité. C'est-à-dire un domaine d'application pratique/expérimental où l'usage de la théorie donne des résultats qualitativement corrects et quantitativement corrects à la précision des mesures près. On dit que les théories sont FAPP (for all practical purpose).

Le domaine de validité est donné au départ par la théorie :
- car elle ne modélise par nécessairement tout (par exemple l'électromagnétisme de Maxwell ne s'applique pas à la gravitation)
- car elle peut conduire (c'est plus fréquent qu'on ne croit) à des inconsistances (divergences, violation de la causalité, etc... Le problème des trois corps, = en fait à l'influence sensitive des conditions initiales, en physique newtonienne entre aussi dans ce cadre, bien que cela ne fixe pas vraiment le domaine de validité, plutôt le domaine d'application pratique)

Mais c'est finalement l'expérience qui fixe le domaine de validité (par exemple, avec l'amélioration des précisions des mesures, on a vite constaté un écart incompréhensible entre l'orbite de Mercure et les prédictions théoriques).

Evidemment, l'évolution de la physique théorique depuis environ quatre siècle a essentiellement un objectif majeur ou un fil conducteur : augmenter le domaine de validité des théories. C'est la SEULE raison pour laquelle on construit de nouvelles théories.

Dans ce contexte, comme dit ci-dessus, aucune théorie n'est fausse. A quelques exceptions près : lorsqu'on a commet une erreur majeure et/ou que le domaine de validité se réduit à.... zéro !
On peut mettre la dedans la théorie des deux fluides électriques, le vitalisme, les rayons N (bien que peu théorisé), les théories expliquant la vitesse ultraluminique des neutrinos.
En général les clash de ce type disparaissent de l'histoire et laissent peu de trace (il ne doit pas y avoir beaucoup de gens qui ont entendu parler à notre époque des rayons N par exemple).

Mais attention aussi de ne pas confondre "théorie fausse" ou "théorie pas encore validée" avec "observations non entièrement expliquées".

EDIT on s'est croisé :

Cela a déjà été dit plusieurs fois sans succès...

Je me suis fait la même réflexion.

[Amanuensis]

La notion de "validité" n'est guère qu'un pouille mieux que "vrai". On n'est pas loin du jeu sur les mots, un remplacement de termes "mal vus" par un terme plus "sociologiquement acceptable".

Une théorie, vu comme ensemble 1) de notions de mesures (relation entre observations et variables numériques), et 2) de méthodes de calcul, marche toujours plus ou moins bien. Au mieux il y des "domaines", aux limites nécessairement floues, dans lesquelles les approximations sont faibles, moyennes ou fortes (ou autre gradation) et plus ou moins bien contrôlées (par ce terme entendre l'existence de mesures et calculs plus sophistiqués servant de référence pour évaluer la valeurs des approximations). Là encore, il ne s'agit pas d'une "qualité" qui serait exprimable comme "valide" vs. "pas valide", mais d'une adéquation des calculs aux besoins, alliée à une évaluation des risques d'erreur.

En disant "augment le domaine de validité des théories", non seulement on reste dans une vision d'opposition binaire, mais on utilise un concept flou, au fond très mal défini, la "validité", dont le principal intérêt est de garder une belle teinture de "vrai/faux", avec les connotations métaphysiques qui vont avec, et ainsi satisfaire un mode de pensée courant, mais superficiel. Et finalement, c'est s'opposer à ce qui "a déjà été dit plusieurs fois sans succès".

En pratique ce qui nous intéresse (quitte à se répéter...), c'est la qualité et la précision des prédictions, deux concepts plus aisément quantifiables. Et ce qu'on fait, c'est améliorer les connaissances scientifiques en termes d'efficacité.

[likethat]

Je comprends parfaitement ce raisonnement et le danger que de vouloir qualifier une théorie de vraie ou faux.

Ce que, je pense, nous pouvons néanmoins qualifier de vrai ou faux, ou d'inexact, d'incorrect, de trompeur.... ce sont les vulgarisations utilisées pour décrire ces théories, c'est à dire les "images" et la sémantiques utilisées pour "faire comprendre" au profane le périmètre d'une théorie.

Par exemple:
- nous pouvons dire qu'il est faux que de dire "l'électron tourne autour du noyaux". Cette suite de mots (je me positionne dans le référentiel de la langue française et des simples phrases de vulgarisation) donne l'idée trompeuse de particules élémentaires corpusculaires se comportant comme un mini système solaire.
- nous pouvons dire que l'image de la Terre pliant une nappe et expliquant l'orbite de la lune et à minima trompeuse, car bien que très populaires, elle renvoie à une impression d'avoir compris la RG alors qu'il n'est en rien
.... on pourrait ainsi lister des centaines d'images et mots employés à tort pour illustrer tant bien que mal de nombreuses théories.

Ainsi, ma question est-elle mieux posées si je dis, non pas que la théorie de la RG est fausse (j'ai bien compris la danger et l'erreur à réfléchir ainsi) mais que les phrases, les images et la sémantiques utilisées pour la vulgariser peuvent être fausses.
Par exemple (et je vous renvoie vers les vidéos de science4all et pbs spactime, qui je le rappelle sont à l'origine de cette discussion) est-il faux (ou trompeur, ou inexact, ou imprécis) que de dire que "le sol accéléré constamment vers le haut"? (encore une fois je ne parle pas de la théorie, des maths pou des équations, mais de véracité de cette simple phrase composée de ces 7 mots français).

De plus, dans l'éventualité où, en l'état actuel des connaissances, cette vulgarisation sémantique serait considérée comme exacte, serait-il envisageable qu'elle devienne fausse si la gravité quantique était démontrée (plus besoin que de dire, avec des mots français, que le sol accélère vers le haut. On pourrait alors vulgariser plus justement, toujours avec des mots, que nous sommes attirés vers le sol car nous échangeons avec lui des bosons par exemple).

Bref, je ne me place par sur le terrain de la validité d'une théorie (questions non pertinente et flou) mais sur le terrain de la validité de vulgarisation sémantique constituée des mots et d'images.

[Deedee81]

La notion de "validité" n'est guère qu'un pouille mieux que "vrai".

Domaine de validité est le terme consacré. Ca vient aussi de "validation des théories". Je l'ai déjà lu de ci delà dans des bouquins/cours.

Pour expliquer (ici ou pas), "domaine d'application" peut-être ?
(aux limites floues, ça c'est vrai, c'est pour ça que j'ai précisé "à la précision des mesures près")

Ce que, je pense, nous pouvons néanmoins qualifier de vrai ou faux, ou d'inexact, d'incorrect, de trompeur.... ce sont les vulgarisations utilisées pour décrire ces théories, c'est à dire les "images" et la sémantiques utilisées pour "faire comprendre" au profane le périmètre d'une théorie.

Ah là, oui, les vulgarisations sont souvent abusives et manquent de précautions et de clarté (quand elles ne sont pas carrément débiles, hélas, on trouve de tout).

Mais attention, prenons l'exemple de "l'électron tourne autour du noyau". Dans le cadre de la théorie de Bohr, c'est tout à faire juste
Oui, bon, ceci dit c'était une théorie quasiment mort née, on ne va pas débattre ici de ses qualités et défauts. L'important est que la validité d'une affirmation dépend du cadre théorique (et donc aussi expérimental, le domaine expérimental où la théorie peut être utilisée avec la précision souhaitée).
C'est sans doute une des raisons (pas la seule) pour laquelle la vulgarisation peut-être mauvaise : on précise rarement dans quel cadre les affirmations sont valides et comment/pourquoi elles se rattachent ou pas à la théorie ou aux résultats expérimentaux. Peut-être parce que cela en ferait de vrai roman ? Probablement, mais il n'empêche qu'on pourrait souvent faire beaucoup mieux.
(une autre raison, je pense aux exemples que tu as donné dans ton message, on précise rarement les limites des analogies utilisées : ça n'a parfois rien de trivial. On peut quand même pas demander au profane de "deviner" )

[Lortagem]

D'ailleurs, existe-t-il dans ce forum une discussion où ce type de vulgarisations (pomme sur la nappe, système atomique type planétaire, trou noir type trou d'évier, etc...) sont listées, examinées et critiquées?
Ca serait intéressant, tant pour les profanes qui pourraient enfin comprendre qu'ils n'ont pas compris, que pour l'expert qui pourrait s'amuser à expliquer, décortiquer et debunker ces mauvaise vulgarisations.

[likethat]

Merci Deedee81 pour ta réponse.

####

[Deedee81]

Pour expliquer (ici ou pas), "domaine d'application" peut-être ?

Oublié de dire que si j'aimerais ben avoir un terme adapté c'est aussi parceque ce n'est pas qu'une question de précision.
La RG ce n'est pas juste la théorie de Newton en plus précis. Il y a aussi des différences qualitatives dans les théories plus récentes (phénomènes nouveaux, unifications (au sens très large), ...)

D'ailleurs, existe-t-il dans ce forum une discussion où ce type de vulgarisations (pomme sur la nappe, système atomique type planétaire, trou noir type trou d'évier, etc...) sont listées, examinées et critiquées?
Ca serait intéressant, tant pour les profanes qui pourraient enfin comprendre qu'ils n'ont pas compris, que pour l'expert qui pourrait s'amuser à expliquer, décortiquer et debunker ces mauvaise vulgarisations.

Non, sauf ponctuellement de ci delà.

Et ce ne serait peut-être pas une mauvaise idée, sous forme d'épinglé. Mais, wow, c'est un boulot colossal pour écrire ça.
(faut penser aussi aux termes courants : ondes, particules, corpuscules, rayonnement, etc.... un vrai petit dico)
(on pourrait commencer par une ébauche mais ça reste du boulot pas facile).

[mach3]

D'ailleurs, existe-t-il dans ce forum une discussion où ce type de vulgarisations (pomme sur la nappe, système atomique type planétaire, trou noir type trou d'évier, etc...) sont listées, examinées et critiquées?
Ca serait intéressant, tant pour les profanes qui pourraient enfin comprendre qu'ils n'ont pas compris, que pour l'expert qui pourrait s'amuser à expliquer, décortiquer et debunker ces mauvaise vulgarisations.

J'avais ouvert une discussion critiquant l'analogie de la toile tendue il y a quelques temps.

m@ch3

[Amanuensis]

Domaine de validité est le terme consacré. Ca vient aussi de "validation des théories". Je l'ai déjà lu de ci delà dans des bouquins/cours.

Pas vraiment des arguments!

Rappelons qu'en science une hypothèse n'a que deux états qualitatifs: "réfutée par l'observation", et "et pas encore réfutée par l'observation". Il n'y a pas "validée" ou "validée dans tel domaine". En quantitatif on peut essayer d'évaluer une vraisemblance (ou encore, pareil, la confiance qu'on peut avoir dans les prédictions), mais c'est assez casse-gueule.

parceque ce n'est pas qu'une question de précision.
La RG ce n'est pas juste la théorie de Newton en plus précis. Il y a aussi des différences qualitatives dans les théories plus récentes (phénomènes nouveaux, unifications (au sens très large), ...)

C'est bien pour cela que je n'ai pas parlé seulement de précision (faut lire les messages, et ils sont toujours lisibles). L'autre point est les prédictions. Par exemple de phénomènes nouveaux.

Mais même ces phénomènes ne rendent pas une hypothèse "valide", il ne font qu'augmenter la vraisemblance et la confiance qu'on peut avoir dans les prédictions.

Quant aux unifications, ce sont des arguments forts, mais sans valeur si les prédictions ne sont pas vérifiées. Leur force vient en partie de considérations esthétiques.

Notons au passage que la RG est une unification, et non des moindres: elle unifie gravité et inertie. Ce qui était déjà en germe avec la proportionnalité de la masse inerte et de la masse grave, mais en fournit un cadre où l'hypothèse de cette proportionalité n'est pas indépendante des autres hypothèses. Notons que la théorie de Cartan (citée) a la même propriété d'unification, ce qui montre que l'unification n'est pas un critère décisif.

[Amanuensis]

pour l'expert qui pourrait s'amuser à expliquer, décortiquer et debunker ces mauvaise vulgarisations.

Reste à définir (et appliquer) ce que signifie "mauvaise" vulgarisation !!

J'ai mon opinion sur le sujet, comme tout le monde certes, mais au vu de la quantité de "mauvaise vulgarisation" (à mon sens) que l'on trouve sur ce site, tant dans la partie éditoriale que dans le forum, j'imagine que la définition "à l'oeuvre" de "mauvaise" est très différente.

Pire, j'imagine parfaitement que toute vulgarisation sera trouvée "bonne" par leur auteur et une bonne partie du lectorat.

Et pire encore, un "debunking" d'une vulgarisation sera (sur ce forum) encore une vulgarisation, et il restera à prouver qu'il s'agisse d'un progrès (et ce une fois qu'on aura trouvé un accord sur ce qu'est un "progrès" dans le domaine...) et pas d'une source supplémentaire de confusion.

Bref, pour être plus "constructif", la seule méthode consiste à apprendre et juger par soi-même, en demandant éventuellement des confirmations et avis. Penser que ce forum pourrait prétendre à présenter une opinion d'autorité est plus que naïf.

[Matmat]

J'avais ouvert une discussion critiquant l'analogie de la toile tendue il y a quelques temps.

m@ch3

OK, mais là , l'analogie de la toile n'est pas le problème en soi , c'est la faire passer comme inhérente à l'explication scientifique qui est le problème ( amenant à penser que la science dépend des ontologies qui peuvent être baties autour d'une théorie )

Si l'interlocuteur sait que l'analogie n'est qu'une étape d'apprentissage , inutile pour la science et insuffisante pour une compréhension totale et profonde; et par contre utile pour comprendre étape par étape ( étape à laquelle une majorité d'étudiants est passée d'ailleurs ) , alors il n'y a pas de problème

Par exemple dans cette phrase de likethat :
"La RG prédit avec une exactitude incontestable les résultats obtenus par l'expérience lorsqu'il s'agit de démontrer la chute des corps, la dilatation temporelle et spatiale au regard de la constante c, .... en postulant que cela est dû à la déformation de l'espace-temps, et ces prédictions fonctionnent"

On voit que la vidéo vue par likethat lui a fait penser que la RG ferait le postulat d'une toile espace-temps , et que les courbures de cette toile expliquerait la gravitation : c'est là le problème : un mélange total entre métaphysique et science .

[Amanuensis]

OK, mais là , l'analogie de la toile n'est pas le problème en soi

Discutable

utile pour comprendre étape par étape

Discutable. Et la question est bien là: est-elle utile? Et si oui, pour qui?

(En particulier, est-on capable d'analyser sa propre expérience, de se remettre dans l'état de conceptualisation dans lequel on était avant la première fois qu'on a été soumis à l'analogie, capabilité nécessaire pour juger si la présentation de l'analogie nous a été utile? Je sais que pour moi la réponse est non, je n'en suis pas capable: l'intégration d'un nouveau concept m'empêche de me ramener à l'état précédent.)

[Un problème est par exemple si quelqu'un réfléchissant bien et vite se rend compte immédiatement des faiblesses (pour être gentil) de l'analogie, est-ce qu'il lui est utile d'être pris pour un c... ? ]

Par exemple dans cette phrase de likethat :
"La RG prédit avec une exactitude incontestable les résultats obtenus par l'expérience lorsqu'il s'agit de démontrer la chute des corps, la dilatation temporelle et spatiale au regard de la constante c, .... en postulant que cela est dû à la déformation de l'espace-temps, et ces prédictions fonctionnent"

On voit que la vidéo vue par likethat lui a fait penser que la RG ferait le postulat d'une toile espace-temps , et que les courbures de cette toile expliquerait la gravitation : c'est là le problème : un mélange total entre métaphysique et science .

Certes. Mais est-ce la vulgarisation en question le problème? Ou le fait que likethat se permet d'extrapoler à partir de cette seule vulgarisation, plutôt qu'aller s'instruire ailleurs, que recouper les informations, etc. ?

C'est comme pour les pubs sur la nourriture à la télé: toute vulgarisation devrait avoir un caveat, une ligne en-dessous indiquant que c'est une vulgarisation pouvant être mal comprise, et que le lecteur devrait approfondir le sujet avant d'aller plus loin. (Aller plus loin incluant venir intervenir péremptoirement sur un forum...)