Les modèles théorisant la gravité ont commencé avec Aristote (384-322 av. J.-C.) qui pensait que la place naturelle d’un objet était vers le bas et que cela décrivait la gravité.
En bref : De Newton à Einstein, comment la gravité a été théorisée
- Aristote et Galilée ont posé les premières observations, mais c’est Isaac Newton qui a formulé la loi de la gravitation universelle.
- Selon Newton, la gravité est une force d’attraction entre deux objets ayant une masse, agissant même à de grandes distances.
- Au 20e siècle, Albert Einstein a réinventé le concept avec sa relativité générale, qui décrit la gravité comme une déformation de l’espace-temps par la masse des objets.
- La théorie d’Einstein est plus précise que celle de Newton pour les objets très denses, mais les deux donnent des résultats similaires pour les objets ordinaires.
- La recherche actuelle se concentre sur la gravité quantique pour unifier la gravité avec les autres forces fondamentales de l’univers.
Les premières théories sur la gravité
D’Aristote à Galilée : une première approche
Galilée (1564-1642) a démontré par l’expérience que la gravité faisait tomber tous les objets vers la Terre à la même vitesse, mais il n’a pas pu expliquer pourquoi. Isaac Newton (1642-1727), quant lui, a fourni sa loi gravitationnelle universelle. Si Newton a grandement contribué à notre compréhension du fonctionnement de la gravité, nous ne savons toujours pas pourquoi elle fonctionne.
La loi de Newton : une description mathématique
La loi de Newton stipule que tout objet de l’univers ayant une masse attire tout autre objet de l’univers ayant une masse. Cette force est proportionnelle au produit des deux masses et inversement proportionnelle au carré de la distance entre leurs centres. Par exemple, deux assiettes ont une force d’attraction l’une sur l’autre, et deux planètes ont également une force d’attraction l’une sur l’autre, tout comme une planète et une assiette. Tous les objets possèdent une inertie (une tendance à maintenir leur état de mouvement). Les objets ayant une masse plus importante ont une plus grande inertie. Toujours selon notre exemple, lorsque l’assiette et la planète sont libres de se déplacer, c’est l’assiette qui se déplace car la planète a trop d’inertie pour se déplacer de manière tangible. Autrement dit, l’assiette tombe sur la planète. La force de gravité sur un objet sur Terre est en quelques sortes le poids de l’objet.
L’inertie et l’action à distance
Si les forces gravitationnelles agissent sur des objets proches les uns des autres, elles agissent également sur des objets très éloignés les uns des autres. Par exemple, la Terre et la Lune sont distantes de 384.000 kilomètres, mais la gravité crée une force immense entre les deux corps. On parle parfois d’action à distance. Bien qu’il soit philosophiquement difficile d’imaginer une force exercée sur une telle distance à travers l’espace vide, telle est la loi gravitationnelle de Newton. S’il n’y avait pas de gravité, la Lune s’éloignerait de la Terre en ligne droite en raison de son mouvement et de son inertie.
Einstein et la relativité générale
La gravité comme déformation de l’espace-temps
Au siècle dernier, Albert Einstein (1879-1955) a expliqué la gravité à travers sa théorie de la relativité générale en termes de déformation ou de flexion de l’espace en présence d’un objet. Plus l’objet est massif, plus l’espace est déformé. Si les objets ne sont pas trop massifs, les théories de Newton et d’Einstein donnent toutes deux des résultats similaires.
Cependant, pour les objets très denses ou massifs, la théorie d’Einstein fournit une description plus précise. Les scientifiques s’efforcent toujours d’améliorer ou de mieux comprendre la théorie de la gravité. Le prochain niveau de compréhension semble être la gravité quantique. Aujourd’hui, des sommes et des efforts considérables sont investis pour tenter de trouver des ondes gravitationnelles et/ou des particules appelées gravitons (particule hypothétique associée à la force de gravité). Des recherches sont également en cours pour déterminer si la théorie de Newton doit être modifiée en raison de la présence de dimensions supplémentaires.
Conclusion
L’histoire de la théorie de la gravité est un voyage fascinant à travers les siècles. D’une intuition philosophique chez Aristote, elle est devenue une loi universelle et mathématique avec Newton, puis une théorie révolutionnaire avec Einstein, qui l’a redéfinie comme une propriété de l’espace-temps lui-même. Ce parcours illustre parfaitement la nature de la science : une construction évolutive où chaque avancée s’appuie sur la précédente. Aujourd’hui, la quête continue avec la gravité quantique, qui cherche à concilier les théories d’Einstein avec les lois de la physique quantique. Cette quête pour comprendre la force la plus mystérieuse de l’univers est loin d’être achevée et promet encore bien des découvertes.
FAQ : tout savoir sur la théorie de la gravité
Qui a été le premier à théoriser la gravité ?
Aristote a été le premier à proposer une théorie de la gravité, en pensant que le mouvement naturel des objets était « vers le bas » pour atteindre leur place naturelle au centre de l’univers.
Quel est l’apport principal de Galilée à la théorie de la gravité ?
Galilée a démontré par l’expérience que tous les objets, quelle que soit leur masse, tombent vers la Terre à la même vitesse. C’était une avancée cruciale, même s’il n’a pas pu expliquer pourquoi.
Quelle est la loi de la gravitation universelle de Newton ?
La loi de Newton stipule que chaque objet dans l’univers attire tout autre objet avec une force proportionnelle à leurs masses et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare.
Qu’est-ce que l’inertie dans le contexte de la gravité ?
L’inertie est la résistance d’un objet à un changement de son état de mouvement. Un objet plus massif a plus d’inertie. Par conséquent, lorsqu’une assiette et une planète s’attirent, l’assiette se déplace vers la planète, car elle a beaucoup moins d’inertie.
Qu’est-ce que « l’action à distance » selon Newton ?
L’action à distance est un concept de la théorie de Newton qui décrit la capacité de la gravité à exercer une force sur des objets très éloignés (comme la Lune et la Terre) à travers l’espace vide, sans contact direct.
Comment Einstein a-t-il expliqué la gravité ?
Einstein, dans sa théorie de la relativité générale, a expliqué la gravité non pas comme une force, mais comme une conséquence de la déformation de la géométrie de l’espace-temps. Les objets massifs courbent l’espace-temps autour d’eux, et c’est cette courbure que nous percevons comme la gravité.
Quelle est la différence entre la théorie de Newton et celle d’Einstein ?
La théorie de Newton décrit la gravité comme une force d’attraction, tandis que celle d’Einstein la décrit comme une déformation de l’espace-temps. Pour les objets peu massifs, les deux théories donnent des résultats très similaires, mais pour les objets très denses ou les vitesses très élevées, la relativité générale est plus précise.
Qu’est-ce que la gravité quantique ?
La gravité quantique est un domaine de recherche qui tente de créer un modèle unifié de la gravité, en l’intégrant aux lois de la mécanique quantique. C’est le « prochain niveau » de compréhension que les scientifiques espèrent atteindre.
Qu’est-ce qu’un graviton ?
Le graviton est une particule hypothétique (jamais observée) qui serait responsable de la force de gravité, de la même manière que le photon est responsable de la force électromagnétique. Sa recherche est au cœur de la théorie de la gravité quantique.
Les scientifiques ont-ils trouvé des ondes gravitationnelles ?
Oui, les ondes gravitationnelles ont été détectées pour la première fois en 2015 par l’observatoire LIGO, confirmant une prédiction de la théorie d’Einstein. Ces ondes sont des distorsions de l’espace-temps provoquées par des événements cosmiques violents.
Pourquoi la théorie de la gravité continue-t-elle d’évoluer ?
La science est un processus continu. À mesure que les instruments d’observation s’améliorent et que les données se multiplient, les modèles théoriques doivent être perfectionnés pour mieux correspondre à la réalité observée. La théorie de la gravité est en constante évolution pour tenter d’expliquer des phénomènes encore inexpliqués.
J’ai tant aimé ça car c’est une façon deveiller la conscience de tout un chacun ….