La gravitation : force fondamentale ?

[toomuchh]

Bonjour
J'ai une petite question (sûrement très naïve )qui me turlupine depuis quelques temps.

Si j'ai bien compris Einstein n'acceptait pas l'idée de Newton d'une force (ou interaction) agissant à distance, et sa relativité generale décrit la gravitation plutôt comme une déformation de l'espace-temps par la matière ou l'énergie.
La relativité étant admise et maintes fois prouvée (hors singularités ) a donc remplacée ou complétée la vision newtonienne.
Or je lis encore qu'on essaye d'unifier les 4 forces fondamentales...
La gravitation reste donc considérée comme une force ??
A cela on m'a repondu en gros la mécanique quantique etc mais ce qui me satisferait serait une définition plus précise du terme de "force ou interaction " fondamentale.
Je sais j'aurais du regarder sur wiki avant mais je suis curieux des réponses que j'aurais sur ce forum (dont j'ai du lire presque tous les fils)
Merci d'avance
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[Deedee81]

Salut,

"Force" a un sens précis en mécanique classique, mais il est aussi utilisé comme un terme générique synonyme de "interaction".

Et ainsi les interactions peuvent être modélisées de plusieurs manières : force classique, espace-temps courbe pour la gravité, échange de particules virtuelles en théorie quantique des champs.

Toutes les interactions sont passées dans le giron de mécanique quantique.... sauf la gravitation. La relativité générale reste une théorie non quantique.
Donc, un des soucis est de formuler une théorie de la gravitation quantique (et il y a plusieurs manières de faire... qui devraient être départagées par les expériences mais qui sont actuellement hors de notre portée).

L'unification est plus ambitieuse. Faire dériver toutes les interactions d'une seule. Les techniques sont bien connues et ainsi, dès le dix-neuvième siècle, Faraday et Maxwell ont unifié les interactions électriques et magnétiques (théorie de l'électromagnétisme). En théorie quantique des champs on a pu aussi unifier l'électromagnétisme et l'interaction faible (théorie électrofaible, admirablement confirmée par l'expérience).

L'interaction forte "résiste" à cette unification et on ne sait pas trop pourquoi (l'unification conduit à la prédiction de particules.... non observées).
Et pour la gravité on ne sait même pas si on peut procéder de la même manière.

La théorie des cordes réalise une jolie unification des interactions, mais on ignore encore s'il s'agit de la bonne manière de faire.

[toomuchh]

Et ainsi les interactions peuvent être modélisées de plusieurs manières : force classique, espace-temps courbe pour la gravité

Merci, la gravité reste donc considérée comme une interaction fondamentale.
Pour mieux comprendre ce concept j'ai une question plus naïve mais difficile à poser .Dans le cadre classique si je lance un objet qui serait soumis à une force F, en quoi cette force serait apparentée à la gravitation(par exemple si je me plaçai tres loin d'un champs gravitationnel) , en quoi la gravitation serait plus fondamentale que F? La gravitation n'est pas non plus responsable du mouvement des molécules d'un liquide qu'on chaufferait.
Ayant étudié la cinématique au lycée, je savais appliquer les équations, l'équilibre des forces l'énergie cinétique, la trajectoire,la constante G etc mais qu'est ce que la gravitation a de plus fondamentale que les autres forces qui induisent du mouvement .
Etait elle déjà considérée comme fondamentale pour Newton ou bien c'est la relativité qui lui confère ce titre?

[Deedee81]

Merci, la gravité reste donc considérée comme une interaction fondamentale.

Pour certains oui, mais il y a des exceptions. Mais bon, ça reste de la spéculation.
(pour certains la gravité est une interaction émergente : https://fr.wikipedia.org/wiki/Gravit%C3%A9_entropique
Je connais très mal. Moi mon dada c'est plutôt la gravité quantique à boucles où là c'est l'espace-temps qui est émergent https://fr.wikipedia.org/wiki/Gravit...%C3%A0_boucles mais elle ne se préoccupe pas d'unification)
Et pour les cordes c'est une interaction fondamentale au même titre que les autres https://fr.wikipedia.org/wiki/Graviton https://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9orie_des_cordes )

Pour mieux comprendre ce concept j'ai une question plus naïve mais difficile à poser .Dans le cadre classique si je lance un objet qui serait soumis à une force F, en quoi cette force serait apparentée à la gravitation(par exemple si je me plaçai tres loin d'un champs gravitationnel) , en quoi la gravitation serait plus fondamentale que F?

Mais si tu es très loin de tout champ gravitationnel, pourquoi le corps serait-il soumis à une force F ???
De toute façon, la force gravitationnelle n'est qu'une modélisation de la gravité.
D'ailleurs en théorie quantique des champs, il n'y a pas de force non plus, les interactions sont modélisées par des échanges de particules virtuelles :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Partic...C3%A0_distance
La notion de force au sens newtonien est classique, pas quantique (mais on sait faire le lien).

La gravitation n'est pas non plus responsable du mouvement des molécules d'un liquide qu'on chaufferait.

Non, en effet Là, la force impliquée (même si ce n'est pas flagrant) est l'électromagnétisme (responsable des liens et répulsions électrons - atomes - molécules).

Etait elle déjà considérée comme fondamentale pour Newton ou bien c'est la relativité qui lui confère ce titre?

Du temps de Newton la question ne se posait pas vraiment en ces termes. Les notions d'interactions fondamentales sont nées avec la physique des particules et la modélisation des interactions à partir des groupes d'invariance (symétries) dit groupes de jauge : U(1) pour l'EM, SU(2) pour l'interaction faible, SU(3) pour la forte et P(4) pour la gravité.
(mais la gravitation en théorie quantique des champs, ça ne marche pas bien : la théorie est non renormalisable : https://fr.wikipedia.org/wiki/Renormalisation)

[A voir en vidéo sur Futura]

[toomuchh]

Mais si tu es très loin de tout champ gravitationnel, pourquoi le corps serait-il soumis à une force F ???

Je la repose différemment : je lance un objet dans mon salon, si je neglige les forces de résistance à l'air et de frottement l'objet sera bien soumis à 2 forces :F1 qui correspond à l'impulsion que je lui confère (avec une certaine direction ) et F2 ou G la gravité (dirigée vers le centre de la terre) .F1 est différente et indépendante de G.
Si je fais la même chose hors d'un champs gravitationel seule F1 serait prise en compte, non? C'est en réponse à ta question qui me surprend un peu.

Sinon j'ai entendu parler des différentes théorie et les questions que je me pose viennent peut être d'une réflexion sur cette gravité émergente, je me dis qu'un jour l'astrophysique et la cosmologie vont peut etre se retrouver devant une impasse ou un si gros paradoxe qu'ils seront obligés de tout revoir...(si on decouvrait par ex une étoile ou une galaxie plus vieille que l'univers )

[Deedee81]

Samlut,

Je la repose différemment : je lance un objet dans mon salon, si je neglige les forces de résistance à l'air et de frottement l'objet sera bien soumis à 2 forces :F1 qui correspond à l'impulsion que je lui confère

Attention, F1 n'est appliqué qu'au lancement. Une fois l'objet lancé, F1=0.

(avec une certaine direction ) et F2 ou G la gravité (dirigée vers le centre de la terre) .F1 est différente et indépendante de G.
Si je fais la même chose hors d'un champs gravitationel seule F1 serait prise en compte, non?

En effet. Et comme F1=0 et F2=0 hors champ gravitationnel, le corps continue en ligne droite.

C'est en réponse à ta question qui me surprend un peu.

Je me suis peut-être mal expliqué. Si c'est le cas, désolé.

Sinon j'ai entendu parler des différentes théorie et les questions que je me pose viennent peut être d'une réflexion sur cette gravité émergente, je me dis qu'un jour l'astrophysique et la cosmologie vont peut etre se retrouver devant une impasse ou un si gros paradoxe qu'ils seront obligés de tout revoir...(si on decouvrait par ex une étoile ou une galaxie plus vieille que l'univers )

C'est déjà arrivé Mais là c'était dû à de grosses imprécisions dans la mesure de l'age des étoiles, de la constante de Hubble.
Ca c'est fortement amélioré (il y a encore un petit écart qu'on ne comprend pas entre les différentes méthodes pour mesurer la constante de Hubble, il y a une actualité là-dessus).

Il n'y a pas de doute qu'il y a encore énormément de choses à découvrir et à comprendre et on n'est certainement pas au bout de nos surprises. Et ces surprises peuvent aussi bien venir de l'étude de l'univers que de la physique sur Terre. Par exemple, le proton a une taille différente selon qu'on la mesure avec un électron ou un muon.... et on ne sait pas pourquoi. La durée de vie du neutron est différente selon qu'on la mesure avec la méthode de la bouteille ou la méthode du transit. Qui sait ce que tout ça va nous révéler ? Quand on pense qu'on n'arrive toujours pas à expliquer pourquoi les supraconducteurs haute température sont supraconducteurs (pour les alliages très basse température, là, c'est parfait. J'ai même eut un cours spécifique là dessus).

Il y a encore tant de travail, à tout niveau...... tant mieux

[toomuchh]

Attention, F1 n'est appliqué qu'au lancement. Une fois l'objet lancé, F1=0.

Salut.Merci, du coup je comprends (ou me rappelle mieux )d'où vient la constante gravitationnelle,enfin je vois pourquoi la force gravitationnelle G elle n'est pas nulle. Faudrait quand même que je révise un jour la cinématique lol
Merci aussi pour m'avoir éclairé sur cette histoire d'interactions fondamentales et de leur unification, je me demande quelles seraient les conséquences si déjà on arrivait à unifier la forte et l'electrofaible et puis avec la gravitation éventuellement. Je doute que ce serait un grand pas théorique de pouvoir tout décrire avec une seule interaction mais je n'arrive pas à mesurer tout ce que ça impliquerait concrètement ?

[ansset]

...., je me demande quelles seraient les conséquences si déjà on arrivait à unifier la forte et l'electrofaible et puis avec la gravitation éventuellement. Je doute que ce serait un grand pas théorique de pouvoir tout décrire avec une seule interaction mais je n'arrive pas à mesurer tout ce que ça impliquerait concrètement ?

indirectement, réussir cette unification ( globale ) implique sans nul doute de bien mieux comprendre la gravité quantique.
ce n'est donc pas ( à mon sens ) l'unification qui serait en soit un progrès mais ce qu'elle sous entend comme connaissance.

[Deedee81]

Salut,

indirectement, réussir cette unification ( globale ) implique sans nul doute de bien mieux comprendre la gravité quantique.
ce n'est donc pas ( à mon sens ) l'unification qui serait en soit un progrès mais ce qu'elle sous entend comme connaissance.

+1

Pour citer les deux théories spéculées/candidates les plus élaborées actuelles :
les boucles c'est la gravité quantique (mais sans unification)
les cordes c'est la gravité quantique ET l'unification.

Il existe des approches sans quantification de la gravité mais il n'y a pas non plus unification !!!!
(et malgré un très bon article écrit dans PLS par Antoine Tilloy, un très bon physicien du CNRS
https://www.pourlascience.fr/sd/phys...ique-15534.php
je dois avouer que je ne suis pas du tout convaincu).

Bref, c'est vrai que pour trancher il faudra forcément des données expérimentales, et ça viendra heu.... et bien, quand ça viendra (ça fait longtemps qu'on attend la "nouvelle physique", j'ose plus faire de pronostic). Mais même sur le travail théorique il y a énormément de boulot. ENORMEMENT.