Qu’est-ce que la gravité?

la Gravitation est une des quatre forces fondamentales de l’univers, aux côtés de l’électromagnétisme et les forces nucléaires fortes et faibles. Bien qu’elle soit omniprésente et importante pour empêcher nos pieds de s’envoler de la Terre, la gravité reste, en grande partie, un casse-tête pour les scientifiques.

Les anciens savants qui essayaient de décrire le monde ont trouvé leurs propres explications pour expliquer pourquoi les choses tombent vers le sol., Le philosophe grec Aristote a soutenu que les objets ont une tendance naturelle à se déplacer vers le centre de l’univers, qu’il croyait être le milieu de la terre, selon le physicien Richard Fitzpatrick de l’Université du Texas.

mais plus tard, des luminaires ont délogé notre planète de sa position principale dans le cosmos. Le polymathe polonais Nicolas Copernic a réalisé que les trajectoires des planètes dans le ciel ont beaucoup plus de sens si le soleil est le centre du système solaire., Le mathématicien et physicien britannique Isaac Newton a étendu les idées de Copernic et a estimé que, lorsque le soleil tire sur les planètes, tous les objets exercent une force d’attraction les uns sur les autres.

dans son célèbre traité de 1687 « Philosophiae naturalis principia mathematica », Newton décrit ce qu’on appelle maintenant sa loi de gravitation universelle. Il est généralement écrit:

Fg = G (m1 ∙ m2) / r2

Où F est la force de gravité, m1 et m2 sont les masses des deux objets et r est la distance entre eux., G, la constante gravitationnelle, est une constante fondamentale dont la valeur doit être découverte par l’expérience.

la Gravité est puissant, mais pas si puissant

la Gravité est la plus faible des forces fondamentales., Un aimant de barre tirera électromagnétiquement un trombone vers le haut, surmontant la force gravitationnelle de la Terre entière sur la pièce d’équipement de bureau. Les physiciens ont calculé que la gravité est 10^40 (c’est le nombre 1 suivi de 40 zéros) fois plus faible que l’électromagnétisme, selon Nova de PBS.

alors que les effets de la gravité peuvent clairement être vus à l’échelle de choses comme les planètes, les étoiles et les galaxies, la force de gravité entre les objets du quotidien est extrêmement difficile à mesurer., En 1798, le physicien britannique Henry Cavendish a mené l’une des premières expériences de haute précision au monde pour tenter de déterminer avec précision la valeur de G, la constante gravitationnelle, comme indiqué dans les actes de la matière avant de L’Académie Nationale des Sciences.

Cavendish a construit ce qu’on appelle un équilibre de torsion, en attachant deux petites billes de plomb aux extrémités d’une poutre suspendue horizontalement par un fil mince. Près de chacune des petites boules, il a placé un grand poids de plomb sphérique., Les petites billes de plomb étaient attirées gravitationnellement par les lourds poids de plomb, ce qui faisait que le fil se tordait un tout petit peu et lui permettait de calculer G.

remarquablement, L’estimation de Cavendish pour G n’était que de 1% par rapport à sa valeur acceptée de nos jours de 6,674 × 10^-11 m^3/kg^1 * s^2. La plupart des autres constantes universelles sont connues avec une précision beaucoup plus élevée, mais parce que la gravité est si faible, les scientifiques doivent concevoir un équipement incroyablement sensible pour essayer de mesurer ses effets. Jusqu’à présent, une valeur plus précise de G a échappé à leur instrumentation.,

Le physicien germano-américain Albert Einstein a provoqué la prochaine révolution dans notre compréhension de la gravité. Sa théorie de la relativité générale a montré que la gravité provient de la courbure de l’espace-temps, ce qui signifie que même les rayons de lumière, qui doivent suivre cette courbure, sont courbés par des objets extrêmement massifs.

Les théories D’Einstein ont été utilisées pour spéculer sur l’existence de trous noirs — des entités célestes avec tellement de masse que même la lumière ne peut s’échapper de leurs surfaces., Dans le voisinage d’un trou noir, la loi de la gravitation universelle de Newton ne décrit plus précisément comment les objets se déplacent, mais plutôt les équations de champ tensoriel D’Einstein ont priorité.

Les astronomes ont depuis découvert des trous noirs réels dans l’espace, parvenant même à prendre une photo détaillée du colossal qui vit au centre de notre galaxie. D’autres télescopes ont vu les effets des trous noirs partout dans l’univers.,

l’application de la loi gravitationnelle de Newton à des objets extrêmement légers, comme les personnes, les cellules et les atomes, reste un peu une frontière non étudiée, selon la physique des minutes. Les chercheurs supposent que de telles entités s’attirent les unes les autres en utilisant les mêmes règles gravitationnelles que les planètes et les étoiles, mais comme la gravité est si faible, il est difficile de le savoir avec certitude.

peut — être que les atomes s’attirent gravitationnellement à un rythme d’un sur leur distance au cube au lieu du carré-nos instruments actuels n’ont aucun moyen de le dire., De nouveaux aspects cachés de la réalité pourraient être accessibles si seulement nous pouvions mesurer des forces gravitationnelles aussi infimes.

Un perpétuel de la force de mystère

la Gravité confond scientifiques par d’autres moyens, aussi. Le modèle Standard de la physique des particules, qui décrit les actions de presque toutes les particules et forces connues, laisse de côté la gravité. Alors que la lumière est portée par une particule appelée photon, les physiciens ne savent pas s’il existe une particule équivalente pour la gravité, qui s’appellerait un graviton.,

réunir la gravité dans un cadre théorique avec la mécanique quantique, l’autre découverte majeure de la communauté de la physique du 20e siècle, reste une tâche inachevée. Une telle théorie de tout, comme on le sait, pourrait ne jamais être réalisée.

mais la gravité a toujours été utilisée pour découvrir des découvertes monumentales. Dans les années 1960 et 70, les astronomes Vera Rubin et Kent Ford ont montré que les étoiles situées aux bords des galaxies orbitaient plus rapidement que ce qui devrait être possible. C’était presque comme si une masse invisible les tirait gravitationnellement, mettant en lumière une matière que nous appelons maintenant la matière noire.,

ces dernières années, les scientifiques ont également réussi à capturer une autre conséquence de la relativité D’Einstein: les ondes gravitationnelles émises lorsque des objets massifs comme les étoiles à neutrons et les trous noirs tournent les uns autour des autres. Depuis 2017, le laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) a ouvert une nouvelle fenêtre sur l’univers en détectant le signal extrêmement faible de tels événements.