Werner Benger, CC BY-SA
Aux États-Unis, des scientifiques de l'expérience LIGO ont détecté pour la première fois des ondulations insaisissables dans le tissu de l'espace et du temps, appelées ondes gravitationnelles.
Nul doute que cette découverte est l’une des découvertes les plus révolutionnaires de la physique des 100 dernières années. Mais que sont-ils?
Pour mieux comprendre le phénomène, remontons quelques siècles dans le passé. En 1687, lorsque Isaac Newton publia son Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica il pensa à la force gravitationnelle en tant que force attractive entre deux masses – que ce soit la Terre et la Lune ou deux pois sur une table.
Cependant, la nature de la transmission de cette force était moins bien comprise à l'époque. En effet, la loi de la gravitation n'a été testée que lorsque le scientifique britannique Henry Cavendish l'a fait en 1798, tout en mesurant la densité de la Terre.
Avance rapide jusqu'à 1916, quand Einstein a présenté aux physiciens une nouvelle façon de penser l'espace, le temps et la gravité . S'appuyant sur les travaux publiés en 1905, la théorie de la relativité générale a établi un lien entre ce que nous considérons communément comme des entités séparées – espace et temps – dans ce que nous appelons maintenant «l'espace-temps».
L'espace-temps peut être considéré comme étant le tissu de l'univers. Cela signifie tout ce qui bouge, bouge à travers. Dans ce modèle, tout ce qui a une masse déforme le tissu espace-temps. Plus la masse est grande, plus la distorsion est grande. Et puisque chaque objet en mouvement se déplace dans l'espace-temps, il suivra également les distorsions causées par les objets de grande masse.
Une façon de penser à cela est de considérer deux enfants, l'un plus lourd que l'autre, jouant sur un trampoline. Si nous traitons la surface du trampoline comme le tissu, l’enfant plus massif le déforme plus que l’autre. Si un enfant place une balle près des pieds de l'autre, la balle roulera ou suivra la distorsion vers ses pieds
De même, lorsque la Terre tourne autour du soleil, sa masse énorme déforme l'espace. autour de lui, laissant notre planète relativement minuscule suivre un chemin aussi "droit" que possible, mais dans un espace incurvé. C'est pourquoi il finit par tourner autour du soleil.
Si nous acceptons cette simple analogie, nous disposerons des bases de la gravité. Passer aux ondes gravitationnelles est une étape petite mais très importante.
Laissez l’un des enfants du trampoline tirer un objet lourd à la surface. Cela crée une ondulation sur la surface qui peut être observée. Une autre façon de le visualiser consiste à envisager de déplacer votre main dans l'eau. Les ondulations ou les vagues se propagent depuis leur origine mais se décomposent rapidement.
Tout objet se déplaçant à travers le tissu espace-temps provoque des ondes ou des ondulations dans ce tissu. Malheureusement, ces ondulations disparaissent également assez rapidement et seuls les événements les plus violents produisent des distorsions suffisamment importantes pour être détectées sur Terre.
Pour mettre cela en perspective, il en résulterait la collision de deux trous noirs en collision ayant une masse dix fois supérieure à celle de notre soleil. dans une onde provoquant une distorsion de 1% du diamètre d'un atome lorsqu'il atteint la Terre.
À cette échelle, la distorsion est de l'ordre du à 0.0000000000001m du diamètre de la Terre par rapport au changement de 1 m dû à un renflement de marée.
À quoi servent les ondes gravitationnelles?
Ces ondulations étant si petites et si difficiles à détecter, pourquoi avons-nous fait un tel effort pour les localiser – et pourquoi devrions-nous nous soucier de les repérer? Deux raisons immédiates me viennent à l’esprit (je laisserai de côté mon intérêt personnel à vouloir simplement savoir):
C’est qu’elles avaient été prédites par Einstein il ya 100 ans. Confirmer l'existence d'ondes gravitationnelles apporte donc un soutien d'observation plus solide à sa théorie générale de la relativité
. De plus, cette confirmation pourrait ouvrir de nouveaux domaines de la physique tels que l'astronomie gravitationnelle . En étudiant les ondes gravitationnelles à partir des processus qui les émettaient – dans le cas présent, deux trous noirs confondus – nous avons pu observer des détails intimes d'événements violents dans le cosmos.
Cependant, pour tirer le meilleur parti d'une telle astronomie, il est préférable de placer le détecteur dans l'espace. Le LIGO basé sur la Terre est parvenu à capter les ondes gravitationnelles grâce à l'interférométrie laser. Cette technique consiste à diviser un faisceau laser en deux directions perpendiculaires et à les envoyer dans un long tunnel sous vide.
Les deux chemins sont ensuite réfléchis par des miroirs jusqu'au point de départ, à l'endroit où un détecteur est placé. Si les ondes gravitationnelles perturbent les ondes, les faisceaux recombinés seraient différents de l'original.
Toutefois, les interféromètres spatiaux prévus pour la prochaine décennie utiliseront des bras laser atteignant un million de kilomètres.
Maintenant que nous savons qu'ils existent, nous espérons que les ondes gravitationnelles pourraient ouvrir la porte à la résolution de certains des plus grands mystères de la science, tels que la composition de la majorité de l'univers.
Seulement 5% de l'univers. La matière ordinaire est composée de 27% de matière noire et les 68% restants d’énergie noire, les deux derniers étant qualifiés de "sombres", car nous ne comprenons pas ce qu’elles sont.
Les ondes gravitationnelles peuvent maintenant constituer explorez ces mystères de la même manière que les rayons X et l'IRM nous ont permis de sonder le corps humain.
Lisez maintenant ce d'un scientifique impliqué dans la découverte historique
T Cet article est republié de The Conversation de Gren Ireson professeur d'éducation scientifique, coordonnateur de la recherche à la School of Education, de l'Université de Nottingham Trent sous une licence Creative Commons . Lisez l'article original .
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