Depuis la nuit des temps, les Humains ont été émerveillés par ce vaste ciel qui nous entoure, par les petites lampes qui brillent dans ce ciel nocturne. Cette sensation de mystère devant un tel paysage instigua la flamme de l’intellect humain pour aller au delà de nos croyances sur le monde et étudier le Cosmos.
Notre quête vers la compréhension de la nature était pleine de merveilles mais aussi parsemées de difficultés, la Nature ne donne pas ses clés facilement. Ça a demandé beaucoup d’efforts et d’ingéniosité pour arriver au stade actuel des connaissances. Mais là c’est encore loin de dire que notre compréhension du monde aujourd’hui est parfaite, comme on va voir (j’espère) dans d’autres billets de blog, la physique est en crise et plusieurs apories demeurent. Mais ce courage intellectuel qu’ont eu plusieurs penseurs tout au long des siècles passés à tacler les questions reliés à l’existence, à la Nature et à L’être Humain lui même, a permit l’ascension de l’humanité vers les plus hauts échelons d’évolution.
Dans cette série de billets, on va faire un petit survol de l’histoire de la physique moderne. En partant de la révolution Newtonienne jusqu’au Modèle Standard de la physique des particules en passant par la Théorie de Relativité d’Einstein. C’EEEEST PARTIS !!!
Newton et la Théorie de Gravitation universelle.
L’histoire de la science porte sur un thème principal : » La Déconstruction « . Bien des siècles avant Newton, Nicolas Copernic a mis en pièce le modèle d’univers ptoléméen , qui a régné pendant un millénaire comme le seul modèle de la révolution des planètes, un modèle qui met la Terre au centre de l’univers. Le modèle Héliocentrique de Copernic était certes beaucoup plus élégant que celui de Ptolémée, mais sa version mathématique marchait moins bien. Il fallait attendre Johannes Kepler pour résoudre le problème et montrer la valeur mathématique de la vision copernicienne.
Un autre génie de la même génération de Kepler, Galilée lui aussi apporta sa touche au développement de la vision copernicienne dont il était fervent défendeur. Il inventa par ailleurs le premier Télescope dans un geste de sublime transcendance et le pointe vers le ciel. Galilée fut aussi le fondateur de la mécanique en tant que science. Convaincu qu’il existe des lois mathématiques bien précises qui régissent le mouvement des objets sur Terre, il décida d’étudier la chute des corps. Il fait cette expérience simple de laisser tomber des objets et mesurer précisément leurs vitesses de chute. Il a ainsi pu constater qu’ils ne chutait pas à vitesse constante comme on croyait à l’époque, au contraire ils subissaient une « accélération » : augmentation progressive de la vitesse. Galilée a fait une panoplie de mesures et trouve que la valeur de cette accélération ne change presque pas quel que soit l’objet étudié. Cette valeur est de 9.8 m/s-² (ça veut dire presque 10 mètres par seconde par seconde, en d’autres termes à chaque seconde la vitesse de la chute augmente de 10 mètres par seconde).
{ 9.8 mètres par seconde fait à peu près 36 Km/h}
C’est là où arrive Newton pour apporter sa pierre à l’édifice de ses prédécesseurs. Il étudia leurs travaux de près, et les combina dans son ouvrage majeur « Principia mathematica philosophiae naturalis « . Les lois de gravitation Newtoniennes reposent principalement sur l’idée que : « Les lois qui régissent le mouvement de la Terre autour du Soleil ou le mouvement de la Lune autour de la Terre doivent être les mêmes que ceux de la chute des corps ». En d’autres termes, de la même manière qu’un corps qu’on fait chuter accélère vers le sol (attiré vers le sol), la Lune par exemple subit la même loi et est constamment attirée vers la Terre et accélère vers le centre de celle-ci. Cette loi est la « Gravité », responsable de la chute des corps sur Terre, la même en jeu dans l’espace et qui fait que certains objets célestes tournent autour d’autres. Une vision universelle se dessine, une vision élégante qui mit fin au centrisme. L’univers est immense, infini, rempli d’étoiles et de planètes. Un univers où les objets se déplacent tout droit vers l’infini, sauf s’ils sont attirés par d’autres objets, là leurs course rectiligne se voit déviée. Newton a ainsi pu élaborer le formalisme mathématique nécessaire pour sa théorie de gravitation et a réussi à formuler précisément l’expression de la force gravitationnelle ( la célèbre formule qu’on a tant vu au lycée 🙂 ) :
F = – G M1 M2 u/r²
-/ M1 et M2 : deux objets de masses.
-/ r : c’est la distance qui sépare les objets M1 et M2 .
-/ G : la constante de Newton (constante Gravitationnelle ) :
| 6,674 08 × 10−11 m3 kg−1 s−2 |
L’ampleur des résultats de cette théorie a dépassé les espérances, c’est en partie à elle qu’on doit toute la technologie de notre monde moderne. Sans celle-ci on n’aurait pu bâtir ni ponts, ni grattes ciel ni trains. Les domaines comme l’aéronautique, la Météorologie ou l’astronomie reposent largement sur l’effort intellectuel d’Isaac Newton. C’est en 1687, date de publication de cet ouvrage fondamental, qu’est véritablement née la physique moderne.
Bibliographie :
-/ Carlo Rovelli : « Reality is not what it seems : the journey to quantum gravity » – Pages 28-30.
-/ Stephen Hawking : « Une brève histoire du temps » – Pages 12-15.
-/ Intéressant dossier sur Futura-science dédié à l’évolution des théories de gravitation :