Par Kevin Beck, mis à jour le 30 août 2022
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Tout le monde sait que la gravité nous maintient ancrés à la planète, mais la force qui le fait reste l'un des mystères les plus fascinants de la physique.
Les astronomes de la Grèce antique ont été les premiers à remarquer que les corps célestes se déplaçaient selon des schémas suggérant une attraction mutuelle, mais sans explication physique. Ce n'est qu'à la Renaissance, avec Tycho Brahe et Galileo Galilei, que le modèle héliocentrique a remplacé les mythes centrés sur la Terre, ouvrant la voie à une théorie quantitative de la gravité.
En 1687, Isaac Newton formalisa la gravité avec la loi :
F_{\text{grav}} = \frac{G\,m_1\,m_2}{r^2}
où G =6,674 × 10 -11 N·m 2 /kg 2 . L'équation prédit l'attraction entre deux masses quelconques et fonctionne remarquablement bien pour les phénomènes quotidiens, de la chute des pommes aux orbites planétaires.
La théorie de Newton suppose une action instantanée à distance, un concept incompatible avec la vitesse finie de la lumière. Albert Einstein, en 1915, a résolu ce problème en réinterprétant la gravité comme la courbure de l'espace-temps causée par la masse et l'énergie. Selon Einstein, les objets se déplacent le long de géodésiques (les chemins les plus droits possibles) dans un tissu quadridimensionnel déformé.
Parce que la gravité dépend uniquement de la masse et de la géométrie de l’espace-temps, un boulet de canon et une plume tombent à la même vitesse dans le vide. Dans le monde réel, la résistance de l’air modifie leurs trajectoires, mais l’accélération gravitationnelle sous-jacente reste de 9,81 m/s². Cette accélération universelle est la raison pour laquelle nous ressentons un poids constant quel que soit ce que nous transportons.
Les équations d’Einstein ont été confirmées dans des environnements extrêmes, comme l’étude de 2018 d’un système triple étoile situé à 4 200 années-lumière. La danse rapide d'un pulsar milliseconde, d'une naine blanche et d'une naine blanche compagne ne pouvait être expliquée que par la gravité relativiste, faisant correspondre les prédictions avec une précision extraordinaire.
Alors que les physiciens étudient encore les origines profondes de la gravité, qu'elle émerge des champs quantiques ou des cordes fondamentales, la simple loi du carré inverse de Newton et la vision géométrique d'Einstein forment ensemble le fondement de la science gravitationnelle moderne.