La relativité générale d’Einstein explique la gravité comme le résultat de la courbure de l’espace-temps due à la masse, contrastant avec la double capacité du magnétisme à attirer et à repousser. Cette théorie introduit le concept de puits gravitationnels, essentiel à la compréhension de l’attraction gravitationnelle. Crédit : Issues.fr.com
Pourquoi la gravité nous tire-t-elle vers le bas et non vers le haut ?
La gravité est la raison pour laquelle les objets ayant une masse ou de l’énergie sont attirés les uns vers les autres. C’est pourquoi les pommes tombent vers le sol et les planètes tournent autour des étoiles.
Les aimants attirent certains types de métaux, mais ils peuvent également en repousser d’autres. Alors comment se fait-il que vous ressentiez uniquement l’attraction de la gravité ?
En 1915, Albert Einstein a trouvé la réponse en publiant sa théorie de la relativité générale. La raison pour laquelle la gravité vous attire vers le sol est que tous les objets ayant une masse, comme notre Terre, plient et courbent en réalité le tissu de l’univers, appelé espace-temps. Cette courbure est ce que vous ressentez comme gravité.
Qu’est-ce que l’espace-temps ?
Avant d’entrer dans le monde complexe de la gravité, vous devez comprendre l’espace-temps.
L’espace-temps est exactement ce à quoi il ressemble : les trois dimensions de l’espace – longueur, largeur et hauteur – combinées à la quatrième dimension – le temps. Grâce à des mathématiques très brillantes, Einstein a été la première personne à réaliser que les lois de la physique fonctionnent dans un univers où l’espace et le temps se confondent.
Cela signifie que l’espace et le temps sont connectés : si vous vous déplacez très rapidement dans l’espace, le temps ralentit pour vous par rapport à quelqu’un qui se déplace lentement. C’est pourquoi les astronautes – qui se déplacent très vite dans l’espace – vieillissent un peu plus lentement que les humains sur Terre.
La Terre courbe l’espace-temps de manière à ce que vous tombiez vers la Terre au lieu de vous en éloigner. Crédit : Tokamac/Wikimedia Commons, CC BY-SA
La matière crée des puits gravitationnels, pas des collines gravitationnelles
N’oubliez pas que la gravité est l’idée selon laquelle les objets de l’univers sont attirés les uns vers les autres parce que l’espace-temps est courbé et courbé. Quand Einstein a inventé la relativité générale, il a montré que tout ce qui se trouve dans l’univers peut courber l’espace-temps – en termes physiques, cet élément est la masse et l’énergie.
Puisque votre cerveau envisage généralement le monde en trois dimensions, il est très difficile de considérer les quatre dimensions de l’espace-temps comme une seule idée. Alors pour faciliter la visualisation, imaginez la surface d’un trampoline. S’il n’y a rien dessus, c’est plat. Mais si vous vous tenez debout sur le trampoline, il s’étend autour de vos pieds et crée une vallée avec vous au centre. S’il y a une balle sur le trampoline, elle roulera vers vos pieds.
La gravité fonctionne de la même manière que les objets roulent vers vos pieds si vous vous tenez sur un trampoline.
Il s’agit d’un exemple bidimensionnel du fonctionnement de l’espace-temps. Votre masse a étiré le trampoline, créant ce qu’on appelle un puits de gravité dans lequel la balle roule. Cela ressemble beaucoup à la façon dont la gravité d’un objet lourd – comme la Terre – attire des choses comme vous et moi vers lui.
Pour rendre les choses encore plus étranges, puisque l’espace et le temps sont connectés, le temps est également étiré par les objets lourds !
Dans le film « Interstellar », les personnages se rendent sur une planète proche d’un trou noiret pendant qu’ils sont là, ils vieillissent plus lentement que tout le monde.
Plus vous êtes lourd, plus les côtés du trampoline sont raides. C’est pourquoi les objets vraiment massifs de l’univers – comme le Soleil ou les trous noirs – ont une gravité plus forte que la Terre.
Alors pourquoi la gravité vous tire-t-elle vers le bas et ne vous repousse-t-elle pas ?
Imaginez que quelqu’un passe sous le trampoline et pousse vers le haut. La balle roulerait ! Ce serait une colline gravitaire, pas un puits gravitaire. Pour autant que les scientifiques le sachent, la matière – ou les objets – forme toujours des puits gravitaires et non des collines gravitationnelles. Les scientifiques peuvent imaginer des choses faites de matière ou d’énergie exotiques qui pousseraient la gravité à vous éloigner de la Terre, mais jusqu’à présent, personne n’a trouvé quoi que ce soit qui pourrait pousser la gravité à vous éloigner de la Terre.
Écrit par Mario Borunda, professeur agrégé de physique, Oklahoma State University.
Adapté d’un article initialement publié dans The Conversation.
