La relativité générale traite
de la gravité uniquement. La relativité considère la gravité comme une déformation de l'espace-temps à
quatre dimensions dans lequel nous vivons. Toute masse ou forme d'énergie (c'est la même chose: E=mc^2)
contribue à la courbure de l'espace. La trajectoire d'un objet dans l'espace est affectée par la déformation
de l'espace, comme montré sur la figure ci-dessous:
La relativité pose les hypothèses que l'espace-temps est continu et que la matière est continue.
C'est un modèle dit classique à l'instar de la théorie quantique qui considère la matière comme
étant discontinue. La relativité générale a survécu à tous les tests expérimentaux qui lui ont
été soumis. Cette théorie est la seconde plus solide théorie physique de l'histoire. La première
étant la mécanique quantique.
La mécanique quantique décrit les interactions de la matière. Elle suppose que la matière est constituée d'objets pouvant se comporter comme une particule et comme une onde. En mécanique quantique, l'énergie est discontinue pour les particules liées. Un électron dans un atome est lié au noyau. Une particule dans un atome ne peut prendre que certaines valeurs discrètes d'énergie, nommé quanta. La mécanique quantique prédit superbement les interactions résultant des forces faible, forte et électromagnétique, mais pas la gravité.
Pourquoi la relativité est utilisée pour les distances très grandes et la mécanique quantique pour l'infiniment petit? La gravité est une force excessivement faible. C'est difficile à croire à notre échelle. Cette force nous semble considérablement forte lorsque nous essayons de nous lever le matin. Penser qu'il faut l'équivalent de toute la masse de la Terre pour générer la force de gravité que nous ressentons. Maintenant, prenez un aimant. Il est tout petit et pourtant il génère une force considérable. Si la Terre et les humains étaient des aimants, nous serions réduits en purée par la force d'attraction. Donc, à l'échelle microscopique, la force de gravité est négligeable face aux autres forces. Par contre, à notre échelle, la force de gravité domine.
Minute papillon! Tu dis que la gravité est plus faible que les autres forces, mais qu'elle domine à notre échelle. Comment est-ce possible? Les autres forces ont une charge. C'est la clé. La force électromagnétique peut être positive ou négative et la force forte a des couleurs comme charge. À l'intérieur d'un atome, un électron ressent la force électromagnétique des protons. C'est pourquoi il reste dans l'atome. Par contre, à l'extérieur de l'atome, la charge des électrons annule la charge des protons. Le résultat est que la force électromagnétique est considérablement réduite à l'extérieur de l'atome par l'annulation des charges. Il en va de même pour la force forte (c'est plus complexe que cela, mais l'argument tient). Bref, la portée de la force électromagnétique et forte est courte. La gravité n'a pas de charge et ne peut être annulée. Avec l'accumulation de particule, la force de gravité augmente sans blocage. Habituellement, plus la distance est grande et plus il y a de particules. Donc, la gravité prend le dessus si la distance est suffisamment grande.
Il est inutile de considérer la relativité générale à l'échelle atomique. La force de gravité est si faible à cette échelle que le résultat ne changera pas. De même, il est inutile d'utiliser la mécanique quantique à grande échelle, car cette théorie se réduit aux modèles classiques. Personne n'utilise la mécanique quantique pour résoudre des problèmes mécaniques. Pourquoi? Parce que c'est plus pratique d'utiliser les lois de Newton ou la relativité générale et que le résultat est suffisamment précis.
Il y a un bémol à ce que je viens de dire. À la longueur de Planck, une longueur ridiculement petite (1,6x10^-35m!!!), la gravité est significative. Un modèle combinant la mécanique quantique et la relativité générale est nécessaire. Or, la relativité générale considère la matière comme continue et la mécanique quantique non! Les physiciens travaillent depuis 40 ans à unifier la relativité générale et la mécanique quantique. La théorie des cordes est un candidat à cette unification. Bon, la question est: qui se préoccupe de distance si petite? Dans la vie de tous les jours: personne! Par contre, si vous êtes intéressez à savoir si se fameux trou noir permet de faire des bons dans l'espace-temps comme dans Star-Trek ou si vous voulez savoir l'histoire des touts premiers instants de notre univers, ce genre de détails est crucial. Et qui sait, peut-être découvrirons-nous l'hyper espace ou l'antigravité.
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| Déformation de l'espace-temps en présence d'un corps massif.
(Source http://www.jf-doucet.com/approche/Produits/Decouverte/Matiere_noire/Matiere_noire.htm) |
La mécanique quantique décrit les interactions de la matière. Elle suppose que la matière est constituée d'objets pouvant se comporter comme une particule et comme une onde. En mécanique quantique, l'énergie est discontinue pour les particules liées. Un électron dans un atome est lié au noyau. Une particule dans un atome ne peut prendre que certaines valeurs discrètes d'énergie, nommé quanta. La mécanique quantique prédit superbement les interactions résultant des forces faible, forte et électromagnétique, mais pas la gravité.
Pourquoi la relativité est utilisée pour les distances très grandes et la mécanique quantique pour l'infiniment petit? La gravité est une force excessivement faible. C'est difficile à croire à notre échelle. Cette force nous semble considérablement forte lorsque nous essayons de nous lever le matin. Penser qu'il faut l'équivalent de toute la masse de la Terre pour générer la force de gravité que nous ressentons. Maintenant, prenez un aimant. Il est tout petit et pourtant il génère une force considérable. Si la Terre et les humains étaient des aimants, nous serions réduits en purée par la force d'attraction. Donc, à l'échelle microscopique, la force de gravité est négligeable face aux autres forces. Par contre, à notre échelle, la force de gravité domine.
Minute papillon! Tu dis que la gravité est plus faible que les autres forces, mais qu'elle domine à notre échelle. Comment est-ce possible? Les autres forces ont une charge. C'est la clé. La force électromagnétique peut être positive ou négative et la force forte a des couleurs comme charge. À l'intérieur d'un atome, un électron ressent la force électromagnétique des protons. C'est pourquoi il reste dans l'atome. Par contre, à l'extérieur de l'atome, la charge des électrons annule la charge des protons. Le résultat est que la force électromagnétique est considérablement réduite à l'extérieur de l'atome par l'annulation des charges. Il en va de même pour la force forte (c'est plus complexe que cela, mais l'argument tient). Bref, la portée de la force électromagnétique et forte est courte. La gravité n'a pas de charge et ne peut être annulée. Avec l'accumulation de particule, la force de gravité augmente sans blocage. Habituellement, plus la distance est grande et plus il y a de particules. Donc, la gravité prend le dessus si la distance est suffisamment grande.
Il est inutile de considérer la relativité générale à l'échelle atomique. La force de gravité est si faible à cette échelle que le résultat ne changera pas. De même, il est inutile d'utiliser la mécanique quantique à grande échelle, car cette théorie se réduit aux modèles classiques. Personne n'utilise la mécanique quantique pour résoudre des problèmes mécaniques. Pourquoi? Parce que c'est plus pratique d'utiliser les lois de Newton ou la relativité générale et que le résultat est suffisamment précis.
Il y a un bémol à ce que je viens de dire. À la longueur de Planck, une longueur ridiculement petite (1,6x10^-35m!!!), la gravité est significative. Un modèle combinant la mécanique quantique et la relativité générale est nécessaire. Or, la relativité générale considère la matière comme continue et la mécanique quantique non! Les physiciens travaillent depuis 40 ans à unifier la relativité générale et la mécanique quantique. La théorie des cordes est un candidat à cette unification. Bon, la question est: qui se préoccupe de distance si petite? Dans la vie de tous les jours: personne! Par contre, si vous êtes intéressez à savoir si se fameux trou noir permet de faire des bons dans l'espace-temps comme dans Star-Trek ou si vous voulez savoir l'histoire des touts premiers instants de notre univers, ce genre de détails est crucial. Et qui sait, peut-être découvrirons-nous l'hyper espace ou l'antigravité.
Bravo, bonne synthèse...
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