La gravité est la force la plus puissante de l'univers, l'un des quatre fondements fondamentaux de l'univers, qui en détermine la structure. Une fois, grâce à elle, des planètes, des étoiles et des galaxies entières sont apparues. Aujourd'hui, il garde la Terre en orbite dans son interminable voyage autour du Soleil.
L'attraction revêt une grande importance pour la vie quotidienne de l'homme. Grâce à ce pouvoir invisible, les océans de notre monde palpitent, les rivières coulent, les gouttes de pluie tombent au sol. Depuis l'enfance, nous sentons le poids de notre corps et des objets environnants. L'influence de la gravité sur notre activité économique est immense.
La première théorie de la gravité a été créée par Isaac Newton à la fin du XVIIe siècle. Sa loi du monde entier décrit cette interaction dans le cadre de la mécanique classique. Plus largement, ce phénomène a été décrit par Einstein dans sa théorie de la relativité générale, publiée au début du siècle dernier. Les processus intervenant avec la puissance des particules élémentaires devraient expliquer la théorie quantique de la gravité, mais celle-ci n'a pas encore été créée.
Aujourd'hui, nous connaissons beaucoup plus la nature de la gravité qu'au temps de Newton, mais malgré des siècles d'étude, elle reste un véritable obstacle à la physique moderne. Dans la théorie de la gravité existante, il y a beaucoup de points blancs et nous ne comprenons toujours pas exactement ce qui les cause et comment cette interaction est transférée. Et, bien sûr, nous sommes très loin de pouvoir contrôler la force de gravité, de sorte que l'anti-gravité ou la lévitation n'existera longtemps que sur les pages de romans de science-fiction.
Qu'est-ce qui est tombé sur la tête de Newton?
Les gens ont pensé à la nature de la force, qui attire les objets au sol à tout moment, mais Isaac Newton n'a réussi à lever le voile du secret qu'au dix-septième siècle. Les bases de sa percée reposent sur les travaux de Kepler et de Galilée - de brillants scientifiques qui étudient les mouvements des corps célestes.
Un autre siècle et demi avant l’application de la loi newtonienne du monde, l’astronome polonais Copernic pensait que l’attraction n’était "que la tendance naturelle avec laquelle le père de l’Univers donnait à toutes les particules, à savoir de s’unir pour former un corps sphérique". Descartes considérait l'attraction comme une conséquence des perturbations de l'éther mondial. Le philosophe et scientifique grec Aristote était convaincu que la masse affecte la vitesse de chute des corps. Et seul Galileo Galilei à la fin du XVIe siècle a prouvé que ce n’était pas vrai: s’il n’ya pas de résistance de l’air, tous les objets sont accélérés de la même manière.
Contrairement à la légende courante à propos de la tête et de la pomme, Newton s'est intéressé à la nature de la gravité pendant plus de vingt ans. Sa loi de gravité est l'une des découvertes scientifiques les plus importantes de tous les temps et de tous les peuples. Il est universel et permet de calculer les trajectoires des corps célestes et décrit avec précision le comportement des objets qui nous entourent. La théorie classique du ciel a jeté les bases de la mécanique céleste. Les trois lois de Newton ont donné aux scientifiques l'occasion de découvrir de nouvelles planètes littéralement "à la pointe du stylo". Après tout, grâce à elles, l'homme a pu surmonter la gravité terrestre et voler dans l'espace. Ils ont apporté une base scientifique stricte sous le concept philosophique de l'unité matérielle de l'univers, dans lequel tous les phénomènes naturels sont interconnectés et contrôlés par des règles physiques générales.
Newton ne s'est pas contenté de publier une formule pour calculer la force qui attire les corps les uns aux autres, il a créé un modèle complet incluant également une analyse mathématique. Ces conclusions théoriques ont été maintes fois confirmées dans la pratique, notamment en utilisant les méthodes les plus modernes.
Dans la théorie newtonienne, tout objet matériel génère un champ d'attraction appelé gravitationnel. De plus, la force est proportionnelle à la masse des deux corps et inversement proportionnelle à la distance qui les sépare:
F = (G m1 m2) / r2
G est la constante gravitationnelle, qui est de 6,67 × 10−11 m³ / (kg · s²). Il fut capable de calculer Henry Cavendish pour la première fois en 1798.
Dans la vie quotidienne et dans les disciplines appliquées, la force avec laquelle la terre attire le corps est appelée son poids. L'attraction entre deux objets matériels dans l'Univers est ce que la gravité est en mots simples.
La force d’attraction est la plus faible des quatre interactions fondamentales de la physique, mais grâce à ses caractéristiques, elle est capable de réguler le mouvement des systèmes stellaires et des galaxies:
- L’attraction fonctionne à n’importe quelle distance, c’est la principale différence entre la gravité et les interactions nucléaires fortes et faibles. Avec l'augmentation de la distance, son action diminue, mais elle ne devient jamais nulle. On peut donc dire que même deux atomes situés à des extrémités différentes de la galaxie ont un effet mutuel. C'est juste très petit;
- La gravité est universelle. Le champ d'attraction est inhérent à tout corps matériel. Les scientifiques n'ont pas encore découvert sur notre planète ou dans l'espace un objet qui ne participerait pas à l'interaction de ce type. Le rôle de la gravité dans la vie de l'Univers est donc énorme. Cela diffère de l'interaction électromagnétique dont l'effet sur les processus spatiaux est minime, car dans la nature, la plupart des corps sont électriquement neutres. Les forces gravitationnelles ne peuvent être ni limitées ni filtrées;
- Il agit non seulement sur la matière, mais aussi sur l'énergie. Pour lui, la composition chimique des objets n'a pas d'importance, seule leur masse joue un rôle.
En utilisant la formule de Newton, la force d'attraction peut être facilement calculée. Par exemple, la gravité sur la lune est plusieurs fois inférieure à celle de la Terre, car notre satellite a une masse relativement petite. Mais il suffit de former des flux et reflux réguliers dans les océans. Sur Terre, l’accélération de la chute libre est d’environ 9,81 m / s2. Et aux pôles, il est un peu plus grand qu’à l’équateur.
En dépit de l'énorme importance pour le développement futur de la science, les lois de Newton présentaient un certain nombre de points faibles qui ne laissaient pas de repos aux chercheurs. On ne voyait pas comment la gravité agit dans un espace absolument vide sur des distances énormes et à une vitesse inconcevable. De plus, les données ont progressivement commencé à s'accumuler, ce qui est en contradiction avec les lois de Newton: par exemple, le paradoxe de la gravitation ou le déplacement du périhélie de Mercure. Il est devenu évident que la théorie de l'agression universelle doit être affinée. Cet honneur revient au brillant physicien allemand Albert Einstein.
Attraction et théorie de la relativité
Le refus de Newton de discuter de la nature de la gravité («Je n'invente pas d'hypothèses») était une faiblesse évidente de son concept. Sans surprise, au cours des années suivantes, de nombreuses théories de la gravité sont apparues.
La plupart d'entre eux appartenaient aux modèles dits hydrodynamiques, qui tentaient de justifier l'émergence d'une interaction mécanique des objets matériels avec une substance intermédiaire possédant certaines propriétés. Les chercheurs l'ont appelée différemment: "vide", "éther", "flux de graviton", etc. Dans ce cas, la force d'attraction entre les corps résulte d'une modification de cette substance, lorsqu'elle a été absorbée par des objets ou des flux filtrés. En réalité, toutes ces théories présentaient un inconvénient grave: prédire assez précisément la dépendance de la force gravitationnelle en fonction de la distance, elles devaient conduire à la décélération des corps en mouvement par rapport à «l'éther» ou au «flux de graviton».
Einstein a abordé cette question sous un angle différent. Dans sa théorie générale de la relativité (GTR), la gravité n'est pas considérée comme une interaction de forces, mais comme une propriété de l'espace-temps lui-même. Tout objet ayant une masse conduit à sa courbure, ce qui provoque une attraction. Dans ce cas, la gravité est un effet géométrique, qui est considéré dans le cadre de la géométrie non euclidienne.
En termes simples, le continuum espace-temps affecte la matière, provoquant son mouvement. Et cela, à son tour, affecte l'espace, le "montrant" comment se plier.
Les forces d'attraction agissent dans le microcosme, mais au niveau des particules élémentaires, leur influence par rapport à l'interaction électrostatique est négligeable. Les physiciens pensent que l'interaction gravitationnelle n'était pas inférieure aux autres dans les premiers instants (10 -43 sec.) Après le Big Bang.
Actuellement, le concept de gravité, proposé dans la théorie générale de la relativité, constitue la principale hypothèse de travail acceptée par la majorité de la communauté scientifique et confirmée par les résultats de nombreuses expériences.
Einstein, dans son travail, prévoyait les effets étonnants des forces de gravitation, dont la plupart ont déjà été confirmés. Par exemple, la possibilité pour des corps massifs de courber les rayons lumineux et même de ralentir le passage du temps. Ce dernier phénomène est nécessairement pris en compte lors de l’exploitation de systèmes mondiaux de navigation par satellite tels que GLONASS et GPS, sans quoi, dans quelques jours, leur erreur serait de plusieurs dizaines de kilomètres.
En outre, la théorie d'Einstein a pour conséquence les effets dits subtils de la gravité, tels que le champ magnétique gravitationnel et l'inertie des systèmes de référence inertiels (également connu sous le nom d'effet Lense-Thirring). Ces manifestations de force sont si faibles qu’elles n’ont pu être détectées pendant longtemps. Ce n’est qu’en 2005, grâce à la mission unique Gravity Probe B de la NASA, que l’effet Lense-Thirring a été confirmé.
Rayonnement gravitationnel ou découverte la plus fondamentale de ces dernières années
Les ondes gravitationnelles sont des oscillations d'une structure géométrique espace-temps se propageant à la vitesse de la lumière. L’existence de ce phénomène avait également été prédite par Einstein en relativité générale, mais en raison de la faiblesse de la force, sa magnitude est très petite et n’a donc pas pu être détectée longtemps. Seules des preuves indirectes plaident en faveur de l’existence de radiations.
De telles ondes génèrent des objets matériels se déplaçant avec une accélération asymétrique. Les scientifiques les décrivent comme des "ondulations espace-temps". Les sources les plus puissantes de ce rayonnement sont les collisions de galaxies et les systèmes d'effondrement composés de deux objets. Un exemple typique de ce dernier cas est la fusion de trous noirs ou d'étoiles à neutrons. Dans de tels processus, le rayonnement gravitationnel peut dépasser plus de 50% de la masse totale du système.
Les ondes gravitationnelles ont été découvertes pour la première fois en 2015 à l'aide de deux observatoires LIGO. Presque immédiatement, cet événement a reçu le statut de plus grande découverte en physique de ces dernières décennies. En 2017, le prix Nobel lui a été décerné. Après cela, les scientifiques ont pu à plusieurs reprises réparer le rayonnement gravitationnel.
Dans les années 70 du siècle dernier, bien avant la confirmation expérimentale, les scientifiques ont suggéré d'utiliser le rayonnement gravitationnel pour établir des communications à longue distance. Son avantage incontestable est sa grande capacité à traverser toute substance sans être absorbé. Mais à l’heure actuelle, cela n’est guère possible, car la génération et la réception de ces ondes posent d’énormes difficultés. Oui, et une connaissance réelle de la nature de la gravité ne suffit pas.
Aujourd'hui, il existe plusieurs installations dans différents pays du monde, similaires à LIGO, et de nouvelles sont en construction. Il est probable que dans un avenir proche, nous en apprendrons davantage sur le rayonnement gravitationnel.
Théories alternatives de la largeur du monde et les raisons de leur création
Actuellement, le concept dominant de la gravité est GR. Il est en accord avec l'ensemble des données et observations expérimentales existantes. Dans le même temps, il comporte un grand nombre de points ouvertement controversés et de points controversés. Par conséquent, les tentatives pour créer de nouveaux modèles expliquant la nature de la gravité ne cessent pas.
Toutes les théories de la perception mondiale qui ont été développées jusqu'à présent peuvent être divisées en plusieurs groupes principaux:
- standard;
- alternative;
- quantique;
- théorie du champ unique.
Des tentatives pour créer un nouveau concept de monde entier ont été faites au XIXème siècle. Divers auteurs ont inclus l'éther ou la théorie corpusculaire de la lumière. Mais l'avènement du GR a mis fin à ces explorations. Après sa publication, l'objectif des scientifiques a changé: leurs efforts visaient maintenant à améliorer le modèle d'Einstein, y compris les nouveaux phénomènes naturels qu'il contient: le dos des particules, l'expansion de l'Univers, etc.
Au début des années 1980, les physiciens ont rejeté expérimentalement tous les concepts, à l'exception de ceux incluant le GTR en tant que partie intégrante. A cette époque, est entré en vogue "les théories de chaîne", qui semblait très prometteur. Mais aucune confirmation expérimentée de ces hypothèses n’a été trouvée. Au cours des dernières décennies, la science a atteint des sommets considérables et a accumulé une vaste gamme de données empiriques. Aujourd'hui, les tentatives pour créer des théories alternatives sur la gravité s'inspirent principalement de recherches cosmologiques liées à des concepts tels que "matière noire", "inflation", "énergie noire".
L'une des tâches principales de la physique moderne consiste à unifier deux directions fondamentales: la théorie quantique et la relativité générale. Les scientifiques cherchent à associer l'attraction à d'autres types d'interactions, créant ainsi une «théorie de tout». C’est exactement ce que fait la gravité quantique - une branche de la physique qui tente de donner une description quantique de l’interaction gravitationnelle. Une branche de cette direction est la théorie de la gravité en boucle.
Malgré des efforts actifs et à long terme, cet objectif n'a pas encore été atteint. Et la question n’est même pas dans la complexité de cette tâche: c’est simplement que la base de la théorie quantique et des ressources génétiques repose sur des paradigmes complètement différents. La mécanique quantique travaille avec des systèmes physiques agissant dans le contexte de l'espace-temps ordinaire. Et dans la théorie de la relativité, l’espace-temps lui-même est une composante dynamique, qui dépend des paramètres des systèmes classiques qu’il contient.
Outre les hypothèses scientifiques du monde, il existe également des théories très éloignées de la physique moderne. Malheureusement, ces dernières années, un tel "opus" vient juste d'inonder Internet et les rayons des librairies. Certains auteurs de telles œuvres informent généralement le lecteur que la gravité n'existe pas et que les lois de Newton et d'Einstein sont des inventions et des mystifications.
Un exemple est le travail du «scientifique» Nikolai Levashov, qui affirme que Newton n'a pas découvert la loi du monde et que seules les planètes et notre lune, la Lune, ont une force gravitationnelle dans le système solaire. La preuve de ce "scientifique russe" semble assez étrange. L’un d’eux est le vol de la sonde américaine NEAR Shoemaker vers l’astéroïde Eros, qui a eu lieu en 2000. L'absence d'attraction entre la sonde et le corps céleste Levashov considère l'évidence de la fausseté des travaux de Newton et du complot des physiciens qui cachent la vérité sur la gravité à l'homme.
En fait, le satellite a rempli sa mission avec succès: il est d'abord allé sur l'orbite d'astéroïdes, puis a atterri en douceur sur sa surface.
La gravité artificielle et pourquoi elle est nécessaire
Deux concepts sont associés à la gravité, qui, malgré leur statut théorique actuel, sont bien connus du grand public. Cette antigravité et gravité artificielle.
L'antigravité est le processus qui permet de contrer la force de gravité, ce qui peut la réduire considérablement ou même la remplacer par la répulsion. La maîtrise de cette technologie entraînerait une véritable révolution dans les transports, l'aviation, l'exploration de l'espace extra-atmosphérique et changerait radicalement notre vie. Mais à l'heure actuelle, la possibilité d'anti-gravité n'a même pas de confirmation théorique. De plus, sur la base du RTM, ce phénomène n’est absolument pas réalisable, car il ne peut y avoir de masse négative dans notre univers. Il est possible qu'à l'avenir, nous en apprenions plus sur la gravité et sur la façon de construire des avions sur la base de ce principe.
La gravité artificielle est un changement artificiel de la force de gravité existante. Aujourd’hui, nous n’avons plus besoin de cette technologie, mais la situation changera définitivement après le début des voyages spatiaux à long terme. Et la chose est notre physiologie. Le corps humain, "habitué" par des millions d'années d'évolution à la gravité constante de la Terre, est extrêmement négatif face aux effets de la gravité réduite. Un long séjour, même dans des conditions de gravité lunaire (six fois plus faibles que celle de la Terre), peut avoir des conséquences tristes. L'illusion d'attraction peut être créée en utilisant d'autres forces physiques, telles que l'inertie. Cependant, ces options sont complexes et coûteuses. В настоящий момент искусственная гравитация не имеет даже теоретических обоснований, очевидно, что ее возможная практическая реализация - это дело весьма отдаленного будущего.
Сила тяжести - это понятие, известное каждому еще со школьной скамьи. Казалось бы, ученые должны были досконально исследовать этот феномен! Но гравитация так и остается глубочайшей тайной для современной науки. И это можно назвать прекрасным примером того, насколько ограничены знания человека о нашем огромном и замечательном мире.
