Ici, sur le point bleu pâle que nous appelons chez nous, la gravité est quelque chose que nous expérimentons tous à chaque seconde de chaque jour. Et nous en sommes bien plus conscients grâce à la Loi de la gravitation universelle de Newton .
"La gravité est le ciment qui provoque l'effondrement lent de la matière diffuse entre les étoiles et la formation de nouvelles machines à fusion d'hydrogène (alias étoiles)", explique Cara Battersby, astrophysicienne à l'Université du Connecticut. "C'est la colle qui lie les galaxies entre elles et c'est elle qui est responsable de notre propre Terre qui tourne autour du soleil chaque année."
La gravité était également l’acteur clé de la célèbre histoire de la « pomme » de Sir Isaac Newton. Un jour, Newton traînait dans le Lincolnshire, en Angleterre, lorsqu'il a vu une pomme tomber d'un arbre – du moins c'est ce qu'il a prétendu. Au cours des années à venir, il dira à de nombreuses connaissances – comme Voltaire et le biographe William Stukeley – que ses grands écrits sur la nature de la gravité ont été inspirés par ce petit événement banal.
Ainsi, les bases de la loi de la gravitation universelle de Newton ont été jetées, au cœur de laquelle se trouve un phénomène appelé constante gravitationnelle universelle, alias :« Big G » ou simplement « G ». Dans cet article, nous explorerons la loi universelle de Newton, les conflits proposés par la théorie d'Albert Einstein et la force gravitationnelle elle-même.
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On a beaucoup parlé de cette pomme menaçante dans les souvenirs de Newton. Alors que le célèbre physicien a raconté cette anecdote à Stukeley des décennies après qu'elle soit censée s'être produite, de nombreux universitaires ont mis en doute cette histoire. Quoi qu'il en soit, la véritable intrigue de la loi universelle de Newton n'est pas de savoir si la pomme l'a frappé ou non, mais si la force agissant sur la pomme l'a fait tomber directement.
Comme l'a écrit l'assistant de Newton, John Conduitt :
[Il] lui est venu à l'esprit que le même pouvoir de gravité (qui faisait tomber une pomme de l'arbre au sol) n'était pas limité à une certaine distance de la Terre mais devait s'étendre beaucoup plus loin qu'on ne le pensait habituellement - Pourquoi pas aussi haut que la lune, se dit-il et si c'est le cas, cela doit influencer son mouvement et peut-être la retenir dans son orbite. .
Tout d'abord. Avant d'aborder le Big G, nous devrions prendre du recul et expliquer l'équation de gravitation universelle de la loi de Newton. Cette équation continue d'avoir d'énormes conséquences sur la façon dont nous percevons le champ gravitationnel qui nous maintient en sécurité à la surface de la Terre.
Comme le dit Katie Mack — astrophysicienne et auteur de « The End of Everything (Astrophysically Speaking) » — par courrier électronique, la gravité est « le mécanisme par lequel les objets qui ont une masse sont attirés les uns vers les autres ». Newton a été le premier à préciser que les objets exercent des influences gravitationnelles.
Newton a réalisé la force de cette attraction gravitationnelle entre un ensemble donné d'objets dépend (a) de leur masse et (b) de leur distance les uns des autres. La loi du carré inverse est ici un principe clé, selon lequel la force gravitationnelle exercée est inversement proportionnelle à la séparation entre les objets. C'est une dynamique que sa loi de la gravitation universelle traduit en termes mathématiques.
Voici l'équation pertinente :
F =(G x m1 x m2) / r2Le « F » signifie « force de gravité »; « m1 » désigne la masse du premier objet; « m2 » désigne la masse du deuxième objet; et "r2" est un raccourci pour la distance au carré entre les centres de masse de l'objet un et de l'objet deux. Et le "G" ? Eh bien les amis, c'est le Big G :la constante gravitationnelle.
"Pour deux masses quelconques, qu'il s'agisse de boules de bowling ou de planètes, la force gravitationnelle entre elles est déterminée par leurs masses, leur distance et le nombre G", explique Mack. Grâce aux expériences menées par Henry Cavendish dans les années 1790, nous savons désormais que la constante gravitationnelle a une valeur numérique d'environ 6,67 x 10 -11 Newtons (m2/kg2).
Dans ce contexte, le terme « Newtons » fait référence à une unité de mesure. Un Newton est la quantité de force dont vous aurez besoin pour accélérer quelque chose avec une masse de 2,2 livres (1 kilogramme) à 3,28 pieds (1 mètre) par seconde. (Comme Anders Celsius et Charles F. Richter, Sir Isaac Newton a gagné une place sur la liste tant vantée des scientifiques dont les unités ont été nommées en leur honneur.)
Maintenant, il y a une couche de nuance que nous devrions reconnaître ici. Vous voyez, la loi de la constante gravitationnelle universelle n'est pas tout à fait aussi "universel" que son nom l'indique. Selon Battersby, « notre image classique de la gravité » – que Newton a formulée au XVIIe siècle – est « une approximation précise de la réalité de la physique dans la plupart des endroits de l'univers entier (certainement sur Terre). »
"Cependant", ajoute-t-elle, "cette théorie a été remplacée par la théorie de la relativité générale d'Einstein, qui est une amélioration de la "gravité newtonienne", qui postule que la matière déforme elle-même l'espace-temps (comme une balle lourde créant une fossette sur un objet en caoutchouc). feuille)."
Cela nous amène aux trous noirs. Capables d'être plus d'un million de fois plus massifs que notre soleil, les trous noirs affectent la gravité d'une manière que la loi de Newton ne peut tout simplement pas expliquer. Il a été démontré que la Relativité Générale permet de faire des prédictions plus précises à leur sujet.
"Vous devez commencer à corriger le fait que la description de la gravité par Newton ne fonctionne pas précisément pour une gravité extrêmement forte ou un mouvement très rapide", explique Mack. "Dans ces cas-là, nous devons passer à l'image de la gravité d'Einstein... Mais tant que vous ne regardez pas l'un de ces cas extrêmes, l'équation qu'Isaac Newton a écrite en 1686 pour ce qu'il a appelé "la loi de la gravité" La gravitation universelle est véritablement universelle. "
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Maintenant, c'est intéressantLes histoires de Sir Isaac Newton sur le pommier pourraient avoir une base véridique. Quoi qu'il en soit, l'affirmation selon laquelle il a été frappé à la tête par la chute d'un fruit est considérée comme un embellissement moderne.
