Gravité - Gravitation - Glossaire
Gravité-Gravitation
La gravité et la gravitation sont des concepts fondamentaux en physique, décrivant l'interaction attractive entre les masses. La gravité est une force fondamentale de la nature, responsable de l'attraction mutuelle entre les objets massifs. Elle est régie par la loi de la gravitation universelle, formulée par Isaac Newton au XVIIe siècle. Cette loi stipule que la force gravitationnelle entre deux masses est directement proportionnelle au produit de leurs masses et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. La constante de proportionnalité dans cette loi est la constante gravitationnelle.
La gravitation est également le phénomène qui régit les mouvements des corps massifs dans l'espace-temps courbé par leur présence. Selon la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein, la gravité est interprétée comme la courbure de l'espace-temps causée par la présence de masse et d'énergie. Les objets en mouvement suivent des trajectoires déterminées par cette courbure, ce qui explique les phénomènes tels que les orbites planétaires, les effets des marées et la déviation de la lumière par les objets massifs.
La compréhension de la gravité et de la gravitation est cruciale pour de nombreux domaines de la physique, de l'astronomie à la cosmologie en passant par la mécanique céleste et la physique des particules.
Concepts fondamentaux
Loi de la gravitation universelle
La loi de la gravitation universelle, formulée par Isaac Newton, décrit mathématiquement la force d'attraction entre deux masses. Elle énonce que la force gravitationnelle est proportionnelle au produit des masses des deux objets et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare.
Champs gravitationnels
Les champs gravitationnels sont des régions de l'espace où un objet massif exerce une force d'attraction sur d'autres objets. La force gravitationnelle ressentie par un objet dans un champ gravitationnel dépend de la masse de l'objet créant le champ et de la distance entre les deux objets.
Énergie potentielle gravitationnelle
L'énergie potentielle gravitationnelle est l'énergie associée à la position d'un objet dans un champ gravitationnel. Elle dépend de la masse de l'objet, de l'accélération due à la gravité et de la hauteur à laquelle l'objet se trouve.
Masse inerte vs masse grave
La masse inerte mesure la résistance d'un objet à un changement de vitesse lorsqu'une force est appliquée, tandis que la masse grave mesure la force d'attraction gravitationnelle qu'un objet exerce sur d'autres objets.
Principe d'équivalence
Le principe d'équivalence, formulé par Einstein dans le cadre de sa théorie de la relativité générale, établit un lien entre l'accélération gravitationnelle et l'accélération due à une force. Il stipule que dans un champ gravitationnel uniforme, l'effet est indiscernable d'une accélération constante.
Orbites planétaires
Les orbites planétaires sont les trajectoires suivies par les planètes et autres corps célestes autour d'un objet massif, tel qu'une étoile. Ces orbites sont déterminées par la combinaison de la vitesse orbitale et de la force gravitationnelle exercée par l'objet central.
Ondes gravitationnelles
Les ondes gravitationnelles sont des perturbations de l'espace-temps qui se propagent à la vitesse de la lumière et sont produites par des événements astronomiques violents, tels que la fusion de deux trous noirs ou d'étoiles à neutrons. Ces ondes transportent de l'énergie à travers l'univers.
Trou noir
Un trou noir est une région de l'espace où la gravité est si intense que rien, pas même la lumière, ne peut s'échapper de son attraction. Les trous noirs se forment à partir de l'effondrement gravitationnel de masse élevée, comme celui d'une étoile massive en fin de vie.
Forces de marée
Les forces de marée sont des forces de déformation causées par la différence de gravité entre les parties proches et éloignées d'un objet massif, tel qu'une planète ou une étoile, sur un objet étendu, tel qu'une lune ou une planète.
Relativité générale
La relativité générale est la théorie de la gravité formulée par Albert Einstein en 1915. Elle décrit la gravité comme la courbure de l'espace-temps causée par la présence de masse et d'énergie. Cette théorie a remplacé la gravitation newtonienne dans les cas de champs gravitationnels forts et de mouvements à grande vitesse.
Concepts complémentaires
Équations de champ d'Einstein
Les équations de champ d'Einstein sont un système d'équations aux dérivées partielles qui décrivent la géométrie de l'espace-temps en présence de masse et d'énergie. Elles sont la pierre angulaire de la relativité générale et permettent de calculer la courbure de l'espace-temps en fonction de la distribution de masse et d'énergie.
Principe de la relativité restreinte
Le principe de la relativité restreinte, formulé par Einstein en 1905, énonce que les lois de la physique sont les mêmes dans tous les référentiels inertiels. Il postule également que la vitesse de la lumière dans le vide est la même pour tous les observateurs, indépendamment de leur état de mouvement.
Métrique de Schwarzschild
La métrique de Schwarzschild est une solution particulière des équations d'Einstein qui décrit l'espace-temps autour d'un objet massif non-rotatif et non-chargé, tel qu'un trou noir statique. Cette métrique est fondamentale pour comprendre la géométrie autour des trous noirs.
Précession du périhélie de Mercure
La précession du périhélie de Mercure est un phénomène observé dans le mouvement orbital de la planète Mercure, où l'axe de son ellipse orbitale tourne progressivement avec le temps. Ce phénomène a été l'un des premiers tests expérimentaux réussis de la relativité générale.
Coordonnées géodésiques
Les coordonnées géodésiques sont des coordonnées utilisées pour décrire les trajectoires des particules massives ou des rayons lumineux dans l'espace-temps courbé par la présence de masse. Elles suivent les lignes géodésiques, qui sont les trajectoires les plus courtes ou les plus longues entre deux points dans l'espace-temps.
Rayonnement de Hawking
Le rayonnement de Hawking est une prédiction théorique de la physique des trous noirs, formulée par Stephen Hawking en 1974. Il postule que les trous noirs émettent un rayonnement thermique en raison des fluctuations quantiques près de leur horizon des événements.
Paradoxe des trois corps
Le paradoxe des trois corps est un problème classique en mécanique céleste qui concerne le mouvement de trois corps sous l'influence de la gravité. Il illustre les défis de prédire de manière précise les trajectoires des corps massifs dans des systèmes dynamiques complexes.
Effet de lentille gravitationnelle
L'effet de lentille gravitationnelle est un phénomène prédit par la relativité générale où la lumière provenant d'une source lointaine est déviée par la courbure de l'espace-temps causée par la présence d'une masse intermédiaire, agissant comme une lentille astronomique.
Masse critique
La masse critique est la masse minimale nécessaire pour qu'un objet s'effondre sur lui-même et forme un trou noir. Elle dépend de la densité de l'objet et des propriétés de la matière qui le compose. Une masse supérieure à la masse critique conduit à l'effondrement gravitationnel.
Horizon des événements
L'horizon des événements est la frontière sphérique autour d'un trou noir, au-delà de laquelle rien, pas même la lumière, ne peut s'échapper. Une fois franchi, un objet est irrémédiablement attiré vers le centre du trou noir et ne peut plus communiquer avec l'extérieur.
Expansion de l'univers
L'expansion de l'univers est l'observation selon laquelle les galaxies s'éloignent les unes des autres à des vitesses proportionnelles à leur distance. Cette expansion est due à l'expansion de l'espace-temps lui-même, un phénomène prédit par la relativité générale.
Cosmologie
La cosmologie est l'étude de l'origine, de l'évolution et de la structure de l'univers dans son ensemble. Elle utilise les principes de la relativité générale pour comprendre les grandes échelles de l'espace-temps, ainsi que les observations astronomiques pour tester les modèles cosmologiques.
Gravité quantique à boucles
La gravité quantique à boucles est une tentative de théorie de la gravité quantique qui combine les principes de la relativité générale avec ceux de la physique quantique. Elle postule que l'espace-temps est quantifié à une échelle microscopique et décrit la gravité comme une interaction entre des "boucles" d'espace-temps.
Mécanique céleste
La mécanique céleste est une branche de l'astronomie qui étudie les mouvements des objets célestes sous l'influence de la gravité. Elle cherche à prédire et à comprendre les orbites des planètes, des étoiles, des comètes et des autres corps célestes dans le système solaire et au-delà.
Dilatation gravitationnelle du temps
La dilatation gravitationnelle du temps est un effet prédit par la relativité générale, selon lequel le temps s'écoule plus lentement dans les champs gravitationnels forts que dans les champs faibles. Cela signifie que les horloges situées près d'une masse importante s'écoulent plus lentement que celles situées dans des régions moins gravitationnellement influentes.
Forces de marée galactiques
Les forces de marée galactiques sont les variations de la force gravitationnelle ressentie par les étoiles et les systèmes stellaires à l'intérieur d'une galaxie en raison de la distribution inégale de la masse. Elles peuvent déformer les structures stellaires et influencer les mouvements des étoiles dans la galaxie.
Singularité gravitationnelle
Une singularité gravitationnelle est un point de l'espace-temps où les lois de la physique telles que nous les connaissons cessent de s'appliquer en raison d'une courbure infinie de l'espace-temps. Les trous noirs sont souvent associés à des singularités gravitationnelles au centre de leur horizon des événements.
Résonances orbitales
Les résonances orbitales sont des configurations spéciales dans lesquelles les périodes orbitales de deux corps célestes sont liées par des ratios simples d'entiers. Ces résonances peuvent conduire à des interactions gravitationnelles régulières qui modifient les orbites des objets impliqués.
Trou noir supermassif
Un trou noir supermassif est une catégorie de trous noirs avec une masse extrêmement élevée, souvent trouvés au centre des galaxies. Ils sont des millions voire des milliards de fois plus massifs que le Soleil et jouent un rôle central dans la formation et l'évolution des galaxies.
Collision de galaxies
La collision de galaxies est un processus dynamique où deux galaxies entrent en interaction gravitationnelle et fusionnent éventuellement pour former une nouvelle galaxie. Ces collisions peuvent conduire à des phénomènes tels que la formation d'étoiles, l'éjection de matière et la création de trous noirs.
Lentille gravitationnelle forte
Une lentille gravitationnelle forte est un cas où la déflexion de la lumière par la gravité est suffisamment importante pour produire des images multiples et déformées d'un objet source situé derrière un objet massif. Ces lentilles sont utilisées pour étudier la distribution de la matière dans l'univers.
Tourbillon gravitationnel
Un tourbillon gravitationnel est un phénomène où la rotation d'un objet massif, comme une étoile à neutrons ou un trou noir, crée un champ gravitationnel très intense qui tord et déforme l'espace-temps autour de lui. Ces tourbillons peuvent influencer les trajectoires des objets voisins et produire des émissions d'énergie.
