Science 4all, la gravité, accélération ou courbure ? relativité 19

[phys4]

L'effet opposé de l'objet sur la Terre est la force de gravitation que l'objet exerce sur la Terre. C'est un premier couple action/réaction.

La force (d'origine électromagnétique) que le sol exerce (vers le haut) sur l'objet a pour réaction la force d'origine électromagnétique que l'objet exerce sur le sol. C'est un second couple action/réaction.

C'est exactement ce que je voulais dire, merci d'avoir précisé pour ceux qui n'auraient pas compris.
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[Kiraxel]

Bonjour,

Merci d'avoir prit le temps de me répondre.
Mais cette réponse ne me satisfait pas, parce que moi je me plaçais d'un point de vue relativiste et à la place d'un observateur distant.
En effet, je comprends que si on prend le point de vue newtonien, on a deux forces qui s'opposent, la réaction normale du support et la force de gravitation. Elles se compensent, ça donne le vecteur nul. Pas de travail, pas d'énergie on est d'accord.

Mais quand on prend le point de vue relativiste (c'est qui est bien le cas dans la vidéo de Science4all), la force de gravitation n'est plus une force mais une conséquence de la déformation de l'espace-temps. Ainsi, les objets suivent simplement leur géodésiques si rien le perturbent, et ne s'éloignent de leurs géodésiques que si et seulement si une force leur est appliquée qui induit une accélération.

Je vais illustrer ma question avec deux situations.

Cas A : j'observe avec un télescope une planète lointaine, sans atmosphère. Il y a une fusée qui tombe en chute libre sur la planète. A ce moment là, la fusée ne fait rien d'autre que de suivre sa géodésique, qui l'entraîne vers le centre de la planète. Puis, la fusée, avant de toucher le sol, allume ses moteurs. Elle me semble stationnaire par rapport à la surface de la planète. A ce moment là, elle ne suit plus sa géodésique : elle subit une accélération à cause de ses moteurs, et n'est plus en situation de chute libre. D'ailleurs je peux voir avec mon télescope (oui j'ai un très puissant télescope) que ses réservoirs de carburant diminuent : l'énergie nécessaire pour que la fusée s'éloigne de sa géodésique d'espace-temps a été puisée dans l'énergie chimique du carburant dans les réservoirs.

Cas B : j'observe avec un télescope une planète lointaine, sans atmosphère. Il y a une fusée qui tombe en chute libre sur la planète. A ce moment là, la fusée ne fait rien d'autre que de suivre sa géodésique, qui l'entraîne vers le centre de la planète. Puis, la fusée percute le sol. Elle me semble stationnaire par rapport à la surface de la planète. A ce moment là, elle ne suit plus sa géodésique : elle subit une accélération vers l'extérieur de la planète, et n'est plus en situation de chute libre.

Les deux situations semblent quand même très symétriques, non ? Alors d'où vient l'énergie nécessaire, dans le cas B, pour que la fusée s'éloigne de sa géodésique d'espace-temps ?

[yvon l]

(..)
l'énergie nécessaire pour que la fusée s'éloigne de sa géodésique d'espace-temps a été puisée dans l'énergie chimique du carburant dans les réservoirs.

Bonjour.
En mécanique traditionnelle, si on veut maintenir la masse en équilibre on a le choix entre
1) utiliser les forces électromagnétiques en solidarisant la masse au sol (la compression du sol et de la masse fournit la force de réaction).
2) dissiper de l’énergie ( transfert mécanique vers thermique) de façon à créer la force de compensation . C’est le cas de la fusée. Voir aussi un exemple chiffré ici:
https://forums.futura-sciences.com/p...ml#post6557188

[phys4]

Mais quand on prend le point de vue relativiste (c'est qui est bien le cas dans la vidéo de Science4all), la force de gravitation n'est plus une force mais une conséquence de la déformation de l'espace-temps. Ainsi, les objets suivent simplement leur géodésiques si rien le perturbent, et ne s'éloignent de leurs géodésiques que si et seulement si une force leur est appliquée qui induit une accélération.

Je m'attendais à cette remarque, c'est pour cela que je n'avais pas détaillé ma réponse, qui dépend du point de vue.
Les deux paires d'effets vous pouvez les considérer de la façon suivante :
L'attraction de le Terre sur l'objet et attraction de l'objet sur la Terre qui tendent à les rapprocher par effet de courbure des coordonnées.
Action des atomes de l'objet sur ceux de la Terre au contact, deux force opposées qui les maintiennent éloignés.
Les 4 effets cités sont de même module, deux à deux opposés.
C'est un équilibre stable qui ne demande aucune énergie.

[Kiraxel]

Bonjour,

Merci à phys4 pour la réponse mais je ne suis toujours pas satisfait de la réponse.
Si jamais on a des effets deux à deux opposés qui se compensent, du coup le système suit normalement sa trajectoire inertielle et devrait suivre sa géodésique.
Le fait que la fusée ne suive pas sa géodésique témoigne du fait fait qu'elle subit une accélération vers l'extérieur de la planète.
C'est tout l'objet de la (voire même des) vidéo(s) de scien4all de nous faire comprendre que le sol accélère vers les haut (et tout les objets qui s'y trouvent).

Mais toute accélération - donc toute déviation par rapport à une géodésique - nécessite de l'énergie et là je ne vois pas d'où elle vient.


Je suis quasiment sûr que cette énergie correspond à l'énergie potentielle de pesanteur en mécanique Newtonienne (puisque qu'en relativité tout ce qui est pesanteur/gravité/gravitation n'existe pas mais est une conséquence de la courbure de l'espace-temps)... mais ça ne me dit dit pas d'où vient cette énergie...

[Chekov]

Bonjour,

J'apprécie toutes les informations disponibles sur ce forum. Cependant, après plusieurs recherches et lectures, je n'ai pas encore repéré d'explication qui lierait masse et courbure de l'espace-temps dans un lien de type cause à effet. Einstein a bien introduit une explication de la gravité en RG mais n'a pas tellement développé le sujet. Par contre la courbure de l'espace-temps a bel et bien été vérifiée par l'observation. Mais cette dernière ne permet pas de déterminer si la courbure crée un effet gravitationnel ou si c'est la masse qui courbe d'abord l'espace-temps et produit l'effet en question.

Si la masse est à l'origine de la courbure de l'espace, force est d'ajouter de la "matière sombre" pour expliquer le comportement de quelques galaxies (d'où le concept de masse manquante de l'univers).

Mais je ne suis pas friand d'ajouter un élément hypothétique qui semble faire l'affaire seulement pour valider une observation. Einstein avait fait la même chose avec sa constante cosmologique dont il s'est repenti par la suite.

Si la courbure ne dépend pas de la masse, il n'est plus nécessaire de parler de matière sombre. Et peut-être non plus d'énergie sombre. Mais n'étant pas mathématicien...

Les échanges du forum ne me permettent malheureusement pas de tirer quelques conclusions que ce soit.

Merci à toutes et tous.

[JPL]

Rappel de la charte du forum :

Toutes idées ou raisonnements (aussi géniaux soient-ils) doivent reposer sur des connaissances scientifiques ou techniques valides et non sur de vagues suppositions personnelles, basées sur d’intimes convictions.

[AnotherBrick]

Bonjour,

Mais toute accélération - donc toute déviation par rapport à une géodésique - nécessite de l'énergie

Déjà en physique newtonienne ce raisonnement est faux : une particule chargée plongée dans un champ magnétique quelconque pourra avoir une trajectoire complexe sans variation d'énergie. En relativité générale, il en est de même : un mouvement peut être non-géodésique mais avec une énergie constante. C'est le cas pour un corps qui semble immobile et de masse constante dans un espace-temps statique.

Pour la description relativiste des 2 situations que vous décrivez, il y a variation d'énergie de la fusée qui perd de la masse par éjection de gaz, mais pas de variation d'énergie dans le cas d'une fusée posée sur un sol.

[phys4]

Si jamais on a des effets deux à deux opposés qui se compensent, du coup le système suit normalement sa trajectoire inertielle et devrait suivre sa géodésique.
Le fait que la fusée ne suive pas sa géodésique témoigne du fait fait qu'elle subit une accélération vers l'extérieur de la planète.

Un système indépendant suit sa géodésique, mais une fusée posée sur le sol ne constitue pas un système indépendant, c'est l'ensemble Terre + fusée qui suit sa géodésique.

[yvon l]

Mais toute accélération - donc toute déviation par rapport à une géodésique - nécessite de l'énergie et là je ne vois pas d'où elle vient..

En physique newtonienne:
Pas de transfert d’énergie (travail) pour une accélération centrifuge.
Pour, par exemple un satellite, transfert d’énergie pendant le déplacement (potentiel ←→ cinétique) (sauf orbite circulaire), mais variation du bilan énergétique nul.

[Kiraxel]

"une particule chargée plongée dans un champ magnétique quelconque pourra avoir une trajectoire complexe sans variation d'énergie."

=> Non je ne suis pas d'accord. Pour créer un champ magnétique, il faut dépenser de l'énergie, le plus souvent avec un électro-aimant. (Je passe l'exemple des aimants permanents dont je n'ai jamais bien compris le fonctionnement mais dans la quasi totalité des cas on utilise des électro-aimants). On créé un champs magnétique, donc on génère une immense quantité de photons - qui ont de l'énergie-. Et c'est par l'intermédiaire de ces photons qu'on apporte l'énergie nécessaire pour dévier la particule chargée de sa trajectoire.

C'est d'ailleurs ce qu'on fait dans le LHC : on utilise de très puissants champs magnétiques pour accélérer des particules chargés. Et bon sang ce que le LHC est un gouffre à énergie ! Donc il n'y a absolument aucun doute que pour dévier une particule chargée de sa géodésique d'espace-temps il y ait besoin de fournir de l'énergie via un champs magnétique.

"Un système indépendant suit sa géodésique, mais une fusée posée sur le sol ne constitue pas un système indépendant, c'est l'ensemble Terre + fusée qui suit sa géodésique."

=> Heu... je ne comprends pas du tout le sens de cette phrase...
Mais de toutes façons le raisonnement s'applique à n'importe quel Atome ! Ni les atomes de la fusée, ni les atomes de la croûte terrestre, ni les atomes du manteau, ni les atomes du noyau externe [etc.] ne suivent leur géodésique d'espace-temps car il y a des forces de répulsion électro-statique coulombienne qui empêchent les atomes de s’interpénétrer les uns les autres (répulsion du cortège électronique des atomes). Il n'y aurait que l'atome qui serait pile poil au centre de la planète qui suivrait sa géodésique... en théorie.

Même si c'est moins "imagé", j'aurais pu tourner ma question "pourquoi chaque atome qui constitue la planète ne suit-il pas sa géodésique pour chuter vers le centre de la planète ?". En fait je connais la réponse à cette question, c'est la force de répulsion électrostatique. C'est l'origine de l'énergie nécessaire à l'accélération vers l'extérieur de la planète que j'ignore.
Et j'ai prit l'exemple de la fusée avec son réservoir de carburant pour montrer que dans un cas l'origine est triviale, mais dans l'autre l'origine est beaucoup plus subtile...

[Deedee81]

Salut,

Je n'intervient que sur le début.

"une particule chargée plongée dans un champ magnétique quelconque pourra avoir une trajectoire complexe sans variation d'énergie." => Non je ne suis pas d'accord. Pour créer un champ magnétique, il faut dépenser de l'énergie, le plus souvent avec un électro-aimant. (Je passe l'exemple des aimants permanents dont je n'ai jamais bien compris le fonctionnement mais dans la quasi totalité des cas on utilise des électro-aimants). On créé un champs magnétique, donc on génère une immense quantité de photons - qui ont de l'énergie-. Et c'est par l'intermédiaire de ces photons qu'on apporte l'énergie nécessaire pour dévier la particule chargée de sa trajectoire.

C'est totalement faux. Tu confonds l'énergie dissipée par le dispositif (l'électroaimant, car son rendement est loin d'être 100%) avec l'énergie transférée à la particule.
Il est d'ailleurs possible d'utiliser des aimants permanents (bon, difficile avec le LHC, vu l'intensité du champ magnétique, mais on peut rester plus modeste ) et aucune énergie n'est dépensée ni transmise à la particule chargée.

Rappelons l'équation donnant la force subie par la particule chargée :


Par conséquent le travail fournit est :


La particule va au contraire ralentir par rayonnement de freinage (Bremsstrahlung), l'énergie rayonnée étant puisée dans l'énergie cinétique (mais pas à l'aimant).

Et évitons de parler de photons (virtuels ici) car on entre dans le domaine fort compliqué de la théorie quantique des champs (c'est même plus compliqué que la relativité générale). (l'énergie fournie par ces photons étant ici 0, n'oublions pas qu'il s'agit de particules hors de la couche de masse).

Je pense qu'avant de t'attaquer à la physique quantique ou a la relativité générale, et même à tenter tout "raisonnement" personnel, tu devrais d'abord y aller pas à pas et étudier en profondeur la physique classique. Je conseille en particulier
https://www.amazon.fr/%C3%89lectrody...7378417&sr=8-1
Pour l'électrodynamique classique.

Sinon tu te condamnes à ne jamais comprendre ni progresser. J'ai vu ça trop souvent

[JPL]

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[Kiraxel]

Rebonjour,

C'est vrai, je l'avoue, je ne suis pas très fort en mécanique ondulatoire et en théorie des champs.

Mais ce que je sais c'est qu'un électroaimant génère tout un tas de photons dans toutes les directions de l'espace, et que ces photons ont une certaines énergie (E=hv).
Que certains de ces photons vont être absorbés par une particule, et l'énergie du photon va être transmise à la particule sous forme principalement d'énergie cinétique (si c'est un atome, cela peut aussi être une transition électronique ou une transition atomique). Et une modification de l'énergie cinétique d'une particule, ça s'appelle une accélération.

Même si je suis nul est mécanique ondulatoire et en théorie des champs, on ne peut quand même pas me dire que cette affirmation est fausse !

PS : bien sûr je parlais d'un électro-aimant avec une rendement de 100 %, sans pertes par effet Joule ou autre.

[Deedee81]

Mais ce que je sais c'est qu'un électroaimant génère tout un tas de photons dans toutes les directions de l'espace, et que ces photons ont une certaines énergie (E=hv).

Déjà ça c'est faux !
c'est un aimant, pas un girophare !

[Kiraxel]

Un dispositif qui tire des salves de photons dans une seule direction de l'espace, j'appelle cela un laser.
Et si en plus il tire des photons uns par uns, j'appelle cela un canon à photon. (Source de photons uniques)

[Deedee81]

Un dispositif qui tire des salves de photons dans une seule direction de l'espace, j'appelle cela un laser.
Et si en plus il tire des photons uns par uns, j'appelle cela un canon à photon. (Source de photons uniques)

Quel rapport avec l'aimant (ou l'électroaimant) ?
Sais-tu qu'il y a autant de photons virtuels allant de l'aimant vers la charge que de photons allant de la charge vers l'aimant ?
Sais-tu qu'ils sont hors de la couche de masse ? Sais-tu ce que signifie hors de la couche de masse ?

[Kiraxel]

Bonjour,

J'ai trouvé un schéma plus simple, plus élémentaire pour ma question.
Ça ne me permet pas réellement d'y répondre, mais peut être que vous verrez mieux comment m'aiguiller.

Imaginons un Univers complètement vide, sans matière. Et statique, pour simplification.

Je place dans cet Univers deux atomes, dans leur état fondamental.

Vision Newtonienne : ces deux corps vont s'attirer l'un et l'autre.
Vision relativiste : ces deux corps vont suivre une géodésique d'espace temps, c'est à dire que leurs trajectoire vont converger vers un point imaginaire enter les deux atomes ( appelons-le le point O)

Au début, les atomes suivent simplement leurs géodésiques. Ni accélération, ni décélération. Tout va bien.
Puis, à un moment, les deux atomes deviennent tellement proches que leurs cortèges électroniques génèrent une répulsion électromagnétiques : ils ne peuvent pas s’interpénétrer.
Mais du coup, ils ne suivent plus leur géodésiques : ils "accélèrent" pour s'éloigner l'un de l'autre, pour s'éloigner de leur trajectoire inertielle, pour s'éloigner de leur "trajectoire naturelle".

On en revient à la question qui m'intéresse : d'où vient cette énergie qui permet aux atomes de s'éloigner de leurs géodésiques ? Comme cet Univers est vide, cela ne peut venir que des deux atomes que j'ai introduit. Mais ils sont dans leur état fondamental, ils n'ont pas d'excès d'énergie à libérer... et même si c'était le cas, ça ne durerait qu'un temps.

Est ce que quelqu'un aurait une idée ?

[phys4]

Au début, les atomes suivent simplement leurs géodésiques. Ni accélération, ni décélération. Tout va bien.
Puis, à un moment, les deux atomes deviennent tellement proches que leurs cortèges électroniques génèrent une répulsion électromagnétiques : ils ne peuvent pas s’interpénétrer.
Mais du coup, ils ne suivent plus leur géodésiques : ils "accélèrent" pour s'éloigner l'un de l'autre, pour s'éloigner de leur trajectoire inertielle, pour s'éloigner de leur "trajectoire naturelle".

L'image est correcte jusqu'au choc entre les atomes : ils échangent simplement leurs impulsions, l'énergie totale est constante.
A près le choc ils suivent à nouveau leurs géodésiques en s'éloignant.

Comme variante, vous supposez qu'ils se ratent de peu, chacun va parcourir une parabole autour du centre d'inertie commun, il n'y aura pas de choc et chacun restera sur sa géodésique, et vu de l'extérieur ils auront échangés leurs impulsions également.

[Kiraxel]

Rebonjour,

Peut être n'ai-je pas été assez clair dans mon image : je ne parle pas de deux atomes qui se percutent et après qui s'éloignent.
Je parle de deux atomes qui restent l'un a proximité de l'autre (proche du point O) mais qui ne s’interpénètrent pas, alors que pourtant, s'ils suivaient leurs géodésiques et que rien ne les entravait, devraient être tous les deux au point O.

C'est pour imager (et essayer de mieux comprendre) l'origine de l'énergie qui nous empêche, nous, êtres humains, de chuter vers le centre de la Terre (et tous les objets sur la coûte terrestre aussi au passage).

Bien sûr dans le cas d'un "choc" puis d'une séparation, je suis d'accord avec le précédent post de phys4.

[AnotherBrick]

Vision relativiste : ces deux corps vont suivre une géodésique d'espace temps, c'est à dire que leurs trajectoire vont converger vers un point imaginaire enter les deux atomes ( appelons-le le point O)

faux........

[mach3]

L'image est correcte jusqu'au choc entre les atomes

c'est déjà faux avant le choc en toute rigueur, même si ça dépend du niveau de précision désiré. Les atomes sont certes neutres, ils sont faits de particules chargées et sont donc polarisables. Ils vont interagir à distance (interaction de London), ce sera faible (c'est en 1/r^6 ou un truc comme ça) mais non nul. En toute rigueur ces deux atomes ne suivent pas de géodésiques : ils s'attirent l'un l'autre quand ils sont éloignés.

Mais ils sont dans leur état fondamental, ils n'ont pas d'excès d'énergie à libérer... et même si c'était le cas, ça ne durerait qu'un temps.

Avez vous entendu parler du concept de liaison entre atomes ? Il peut exister des états d'énergie plus bas que celui de deux atomes libres dans l'état fondamental, ceux où les atomes sont liés. Et même si il n'y a pas de liaison possible au sens chimique (atome d'argon par exemple), il reste l'interaction de London (qui permet à l'argon de se solidifier par exemple) qui peut suffire à créer un état lié. Certes ça ne répond pas à "ça ne durerait qu'un temps", mais il y a bien un excès d'énergie à libérer.
Toujours est-il qu'une fois l'état lié formé, c'est l'édifice formé des deux atomes qui suit une géodésique.

m@ch3

[AnotherBrick]

Bonjour,

c'est déjà faux avant le choc en toute rigueur, même si ça dépend du niveau de précision désiré. Les atomes sont certes neutres, ils sont faits de particules chargées et sont donc polarisables. Ils vont interagir à distance (interaction de London), ce sera faible (c'est en 1/r^6 ou un truc comme ça) mais non nul. En toute rigueur ces deux atomes ne suivent pas de géodésiques : ils s'attirent l'un l'autre quand ils sont éloignés.

Et ce n'est pas tout : même s'ils étaient rigoureusement neutres, il faudrait de plus les considérer comme des particules-tests du point de vue gravitationnel pour qu'ils aient un mouvement géodésique. Autrement dit, il faudrait supposer qu'ils n'interagissent pas entre eux du tout, mais si on fait cette hypothèse, ils n'ont aucune raison de se rejoindre et de rester ensemble. Pour résumer, la situation imaginée n'est pas cohérente car :

- soit ils ont un mouvement géodésique et ne forment jamais un système statique ;
- soit ils évoluent pour former ensemble un système statique, mais dans ce cas ils n'ont jamais un mouvement géodésique.

[doslegartos]

Bonjour,

Est ce que quelqu'un aurait une idée ?

Tu devrais peut-être orienter tes recherches vers la gravité entropique du professeur Erik Verlinde.
Ça manque de validation mais il y a des idées qui nourriront ta curiosité.

https://www.science-et-vie.com/archi...amentale-23947

https://arxiv.org/abs/1002.3876

Le problème de tout ça c'est qu'on a pas les possibilités d'expérimenter donc d'affirmer ou d'infirmer chacune des théories.

Et hors charte je développe personnellement quelques convictions dans le sens d'une idée de gravité émergente qui rejoint beaucoup tes interrogations; assez rare sur le net, j'essaye de creuser

Bonnes recherches!

[Deedee81]

Salut,

Tu devrais peut-être orienter tes recherches vers la gravité entropique du professeur Erik Verlinde.
Ça manque de validation mais il y a des idées qui nourriront ta curiosité.

C'est effectivement intéressant (même si ce n'est pas trop ma tasse de thé). Mais je ne suis pas sûr que cela réponde aux interrogations de kiraxel.

Et hors charte je développe personnellement quelques convictions dans le sens d'une idée de gravité émergente qui rejoint beaucoup tes interrogations; assez rare sur le net, j'essaye de creuser

Les concepts de gravité émergente ne sont pas si rare. La gravité quantique à boucles par exemple va vraiment de sens.
(où la gravitation est vraiment assimilée à l'espace-temps et l'espace-temps est émergent.
On parle de l'hypothèse du "temps thermique"
https://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_time_hypothesis
Bon y a pas grand chose sur wikipedia mais on trouve ailleurs
)
Et les bouclettes ça, par contre, c'est vraiment mon truc (même si mes connaissances y manquent un peu de profondeur, le sujet étant fort difficile... j'ai même dû approfondir certaines de mes connaissances sur les espaces de distributions, la topologie générale ou même... la mécanique analytique : les formulations avec contraintes, bizarrement laissée souvent de coté mais pourtant fort utile, et pas que là d'ailleurs)

[Kiraxel]

Bonjour,

merci pour vos réponses, mais...

Et ce n'est pas tout : même s'ils étaient rigoureusement neutres, il faudrait de plus les considérer comme des particules-tests du point de vue gravitationnel pour qu'ils aient un mouvement géodésique. Autrement dit, il faudrait supposer qu'ils n'interagissent pas entre eux du tout, mais si on fait cette hypothèse, ils n'ont aucune raison de se rejoindre et de rester ensemble. Pour résumer, la situation imaginée n'est pas cohérente car :

- soit ils ont un mouvement géodésique et ne forment jamais un système statique ;
- soit ils évoluent pour former ensemble un système statique, mais dans ce cas ils n'ont jamais un mouvement géodésique.

Je n'ai pas compris ce passage...

... et j'ai n'ai toujours pas réussi à avoir la réponse à ma question, je ne comprends toujours pas d'où vient l'énergie...

PS :

Avez vous entendu parler du concept de liaison entre atomes ? Il peut exister des états d'énergie plus bas que celui de deux atomes libres dans l'état fondamental, ceux où les atomes sont liés. Et même si il n'y a pas de liaison possible au sens chimique (atome d'argon par exemple), il reste l'interaction de London (qui permet à l'argon de se solidifier par exemple) qui peut suffire à créer un état lié. Certes ça ne répond pas à "ça ne durerait qu'un temps", mais il y a bien un excès d'énergie à libérer.

=> Oui j'avais conscience de cela, je parle d'un système atomique ou polyatomique qui n'a plus ou presque plus d'énergie interne à relâcher dans le milieu extérieur.