La gravité: une question de poids!

Publié le par Hari Seldon

Pourquoi Einstein doit-il reprendre la théorie de la gravitation développée par Newton ?

Parce que cette force d’attraction est instantanée. Autrement dit, deux corps en présence sont attirés l’un vers l’autre en dehors de toute information qu’ils pourraient échanger. Or, en 1905, Einstein venait d’établir l’existence d’une vitesse limite. Et cette force gravitationnelle échappait donc au cadre de sa théorie de la relativité (qualifiée pour cette raison de « restreinte »). Cette difficulté conceptuelle n’avait pas échappé à Newton lui-même qui, dans une lettre de 1692 à Richard Bentley, indique :

« Que la gravité soit innée, inhérente et essentielle à la matière, en sorte qu’un corps puisse agir sur un autre à distance au travers du vide, sans médiation d’autre chose, par quoi et à travers quoi leur action et force puissent être communiquées de l’un à l’autre est pour moi une absurdité dont je crois qu’aucun homme, ayant la faculté de raisonner de façon compétente dans les matières philosophiques, puisse jamais se rendre coupable » (Balibar, 2006).

Suivons donc Newton afin de mieux cerner le problème que se pose Einstein:

Lorsqu’un corps quelconque est soumis à une variation de vitesse, il subit une force proportionnelle à sa masse inerte et à l’accélération qu’il subit :

Fi = mi x dv/dt

Il s’agit de la seconde loi de la dynamique de Newton, qui formule par ailleurs la loi de gravitation universelle selon laquelle deux corps A et B s’attirent proportionnellement à leur masse grave en raison inverse du carré de la distance qui les sépare. Sur Terre, par exemple, l'attraction que la masse de notre planète exerce sur chaque corps est constante, et notée g. Donc tout corps sur Terre est soumis à une force d’attraction de la forme :

Fa = ma x g

Mais, cette seule formule ne suffit pas à traiter du cas général d'un corps perdu parmi une multitude d'autres. Et, pour surmonter ce problème, la théorie de la gravitation s'est développée en décrivant les effet d'un champs (qui somme l'action d'un ensemble de corps) sur l'un des éléments en son sein.

En résumé :

  • La masse grave est concernée par la gravitation : elle intervient dans une relation entre un élément et le champ qui la contient, et sa représentation nécessite un saut diachronique dans le discours pour passer de l’élément à ce champ ;
  • La masse inerte intervient dans l’expression de la quantité de mouvement mi x v. Cette quantité de mouvement fait intervenir une vitesse dans son expression, ce qui implique un saut diachronique (lié a à la mesure du temps cette fois-ci) pour passer de cette mesure au repérage de la masse inerte.

Maintenant, pour établir une comparaison entre ces deux types de masses, il faut pouvoir en comparer les effets, et trouver tout d’abord un niveau synchronique commun à leur expression. Ce niveau commun est ici celui où l’on peut exprimer une Force. Ce que l’on peut schématiser de la façon suivante :

La gravité: une question de poids!

Ceci éclaire peut-être mieux la difficulté conceptuelle à établir l’équivalence entre ces deux masses qui offrent bel et bien une différence sensible dans notre expérience humaine.

La mécanique classique, newtonienne, fait donc remonter la filiation entre les deux conceptions de la masse à une conséquence commune, une force, un observable situé au niveau Ik+1 = Ix+1, pour pouvoir en exprimer l’équivalence.

Maintenant, lorsque fin 1905, Einstein écrit sa célèbre formule : E=mc2, il nous offre la possibilité d’abaisser d’un cran le niveau Imaginaire où s’effectue la comparaison, à savoir celui où s’exprime la vitesse (comme l’énergie) et donc à un niveau Ik = Ix.

Mais il reste toujours un saut diachronique à effectuer pour comparer la masse inerte (en Ix-1) à la masse grave (en Ik = Ix) car, tout ce que nous avons vu, jusqu’ici, ce résume à ceci :

  • Une masse inerte mi en Ix-1, dont l’évolution en Ix; s’exprime dans les termes temporels propres au saut Ix-1, c’est-à-dire la vitesse et le moment (i.e. : mv) ;
  • Une masse grave ma en Ikg, dont l’évolution en Ik+1;exprime dans les termes temporels propres au saut Ik ng>/ Ik+1, c’est-à-dire la variation de vitesse dans le temps, ou accélération.

Les deux types de masses sont toujours liés à un même corps, et il n’y a pas d’exemple que l’on puisse les dissocier, d’arriver à produire, par exemple, une substance dont la masse inerte vaudrait deux fois la masse grave. On est donc amenés à y voir deux expressions se référant à un seul et même référé : le corps en question. La masse grave s’évanouit lorsque l’Observateur passe de Ik+1; à Ik, tout simplement parce que dans ce mouvement vers le Réel, il perd ses repères propres à l’expression de l’accélération, et ne subsiste plus pour lui que le principe d’inertie. La confusion vient lorsque le Modélisateur resté en Ik+1 garde en mémoire des références impropres à l’expression de la situation vécue par l’Observateur… Le seul espace Imaginaire de contact entre les deux est celui où s’exprime aussi bien l’énergie cinétique du corps, que celle emmagasinée sous forme de « masse », comme la possibilité de leurs échanges. De ce point de vue, l’impossibilité à laquelle se heurtent les physiciens dans leur volonté d’unifier la force gravitationnelle aux trois autres (électromagnétique, forte et faible) est peut-être l’indice que cette quête n’a pas de sens.

Le concept de force de gravité n’aurait plus de sens en dessous d’un certain seuil Imaginaire et sa mesure au niveau quantique serait aussi incongrue que celle du pH d’une soupe primitive de quarks et de gluons…

Quelles leçons tirer de nos trois derniers articles centrés sur la physique? Tout simplement que la physique conforte la thèse présentée dans "L'Homme Quantique".

  1. Toute représentation du mouvement est discontinue, et notre façon de représenter le temps conduit immédiatement au principe d'incertitude (cf.: cet article).
  2. Le mouvement d'un objet, pour moi, qui en parle ici et maintenant est relatif à ma position, mon éloignement diachronique, et mon intention. Nous avons vu en particulier comment le point 1/ induit la nécessité d'une vitesse limite (cf: cet article).
  3. Les outils dont je dispose pour représenter le mouvement, avec les limites pointées en 2/, dépendent eux-mêmes de notre éloignement diachronique de l'objet en observation. Nous l'avons établi pour la gravitation.

Vous voyez que la "relativité" de nos représentations touche non seulement le monde physique auquel se réfère notre Imaginaire, mais également cet Imaginaire lui-même qui nous sert à en rendre compte... C'était évident déjà en ce qui concerne la représentation du temps, d'où nous sommes partis, et nous voyons maintenant que cette caractéristique contamine nos autres concepts, comme ici la gravitation.

Cette position épistémologique n'interpèle pas seulement les théories déjà établies, mais questionne également celles qui se cherchent encore. Vous aurez compris que je fait référence à toute cette noirceur qui contamine la cosmologie actuellement: masse noire, énergie noire, tourbillons noirs.

Voilà donc un sujet tout trouvé pour le prochain article.

Amen

Hari

Note du 12 mai 2017:

J'ai profondément revu cet article en vue d'un nouveau bouquin: c'est beaucoup plus radical et intéressant. À l'époque de cet article de blog, je n'avais pas encore en tête que la masse grave est originellement un concept diachronique, et la masse inerte, plus "tardif", un concept synchronique. Le premier concept portant l'autre.... Pour les curieux: reportez-vous au fichier pdf en suivant le lien. Comme toujours les commentaires sont bienvenus...

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Guillaume 21/07/2014 12:58

C'est horriblement énervant parce que je sens que ce que tu dis est important, non seulement pour mes recherches (j'en suis au rapport entre la sensation d'être et le changement d'axe d'un gyroscope), mais en général, et je n'y comprends pas grand chose.
Il n'y aurait pas moyen de résumer tes conclusions sans les " lk+1", de façon plus imagée ? Je sais que c'est une tâche extraordinairement difficile, mais bon...

Sinon un détail. Quand tu dis " Lorsqu’un corps quelconque est soumis à une variation de vitesse, il subit une force proportionnelle à sa masse inerte et à l’accélération qu’il subit "
J'aurais eu tendance à dire : " Lorsqu'un corps est soumis à une force, l'accélération qu'il subit dépend de sa masse et de cette force". Je suppose donc que la " force proportionnelle subie " dont tu parles est la quantité de mouvement ? Exact ?
En attendant je relis pour tenter d'avancer un peu.

Guillaume 04/08/2014 12:09

Disons que le rapport est un peu toujours le même. Ce que dit Newton dans sa lettre rejoint ce que tu dis sur la soupe primitive. Les mots " absurde " et " incongru " sont proches. La vision de la Terre tournant autour du soleil, comme une patineuse sur la glace accrochée au soleil avec une ficelle qui la retient, cela me semble relever également de l'absurde. Que tout cela participe du maintien d'un équilibre, je peux le comprendre. Mais si ce que nous posons tourne à l'absurde, il faut avoir le courage d'imaginer, pour le moins, que ce soit une projection. Ceci dit, ce n'est pas évident, et il faut bien construire des hypothèses de départ, j'en conviens. Mais c'est Newton lui-même qui nous invite à changer de paradigme.

Hari 23/07/2014 18:45

Désolé, mais je ne vois pas le sens de ta remarque. En quoi cela est-il lié à la discussion?

Guillaume 23/07/2014 15:17

N'est-ce pas la force que tu exerces sur le volant, transmise aux roues, qui par frottement sur le sol, engendrent le changement de direction du véhicule ? Si une voiture roule sur de la glace, elle ne peut pas changer de direction. Pas de pont d'action de la force, pas de changement de direction.

Hari 21/07/2014 14:41

En fait, cet article est en lui-même un résumé; et mes indications quant au niveau synchronique observé sont l'essence même de ce travail. Ce qui permet d'exprimer la relativité de la notion de masse, ce qui est très neuf comme idée, je dois bien le dire. Et il faudra un certain temps pour que cela devienne une évidence.
Quant au rapport entre accélération et force, ta question est importante: qui est premier de la poule ou de l'oeuf ? Lorsque tu prends un virage en voiture, tu crées une accélération (le changement de direction de ta vitesse) et ce faisant, tu ressens la force centripète s'exercer sur toi. C'est donc l'accélération qui génère la force. Maintenant, si tu appliques une force sur une pierre, elle va bouger, donc, pour passer de l'immobilité au mouvement, elle va être accélérée. Dans la formule F = m x dv/dt; il y a simultanéité entre les deux membres de l'équation, et l'on ne distingue pas de la cause de la conséquence. Il s'agit d'une équivalence. Faire cette distinction est (et je m'en excuse!) un discours qui se situe à un niveau synchronique supérieur, un méta-discours par rapport à la simple constatation (synchronique) que F = m dv/dt.