GRAVITATION

Responsables de la fatigue ressentie en montant un escalier, des trajectoires des ballons de football ou des balles de tennis, mais aussi des boulets de canon ou des missiles ainsi que de la ronde des planètes et du destin des étoiles, les forces de gravitation et leurs conséquences sont omniprésentes. La gravitation est l’une des quatre forces fondamentales de l’Univers, les trois autres étant l’électromagnétisme et les deux formes de forces nucléaires, l’interaction faible responsable des désintégrations bêta des noyaux radioactifs et l’interaction forte responsable des forces de cohésion à l’intérieur des noyaux atomiques.

Ses caractéristiques essentielles sont, d’une part, son caractère « universellement » attractif et, d’autre part, sa portée infinie, c’est-à-dire le fait que l’attraction gravitationnelle s’exerce sur des corps quel que soit leur éloignement. L’intensité de l’interaction gravitationnelle entre deux corps est proportionnelle aux masses de ces corps : beaucoup plus faible que l’interaction électromagnétique entre deux particules chargées – un proton et un électron par exemple – elle devient prépondérante entre deux objets de grande taille ; cela est dû au fait que les effets gravitationnels s’additionnent, contrairement aux effets électromagnétiques qui se compensent quasi complètement grâce aux charges opposées des électrons et des noyaux atomiques qui composent tout objet. L’intrinsèque faiblesse de la gravitation au niveau élémentaire est ainsi compensée par le caractère additif de l’interaction dans les édifices plus complexes.

Depuis Newton, il est acquis que la pesanteur ressentie quotidiennement par l’homme et le mouvement des planètes autour du Soleil sont deux aspects du même phénomène physique : la gravitation. Cette découverte fondamentale repose sur deux piliers qui caractérisent pratiquement toute la démarche scientifique moderne en physique. D’une part, les nombreuses observations astronomiques réalisées aux xvi^e et xvii^e siècles et leurs audacieuses interprétations par Copernic, Kepler et Galilée permirent de rassembler un corpus de connaissances empiriques qu’on pouvait résumer en quelques « lois physiques », en particulier celles qui régissent le mouvement des astres. D’autre part, le développement des méthodes mathématiques et en particulier les interrogations sur les « infiniment petits » permit l’émergence du langage des équations différentielles qui se révéla fécond pour décrire et prévoir les phénomènes tels que les marées ou le passage des comètes.

La mécanique du mouvement des corps célestes selon Ptolémée

Le système astronomique élaboré par Ptolémée, qui vécut à Alexandrie vers l’an 140, est sans doute la théorie scientifique dont le succès n’est pas prêt d’être dépassé, du moins si on le mesure par la durée de l’utilisation – treize siècles – de sa « Synthèse astronomique » – l’Almageste selon le nom transmis par les Arabes aux hommes de science européens – par les astronomes. Fondé sur l’idée que les trajectoires des astres sont en première approximation des cercles, ce système est suffisamment souple pour être progressivement amélioré afin d’affiner la description des trajectoires que l’astronome observe sans relâche. Ainsi, Ptolémée propose qu’un astre soit fixé sur un petit cercle, un « épicycle », qui tourne sur lui-même tandis que le centre de cet épicycle se déplace sur un grand cercle centré sur la Terre. Ce système permet de prévoir de façon très satisfaisante les éclipses de Lune et de Soleil ainsi que certaines conjonctions. De plus, comme on avait observé que la vitesse d’une planète n’est pas uniforme sur son orbite, Ptolémée invente un « point équant », dont la position est définie par le fait que les planètes se meuvent uniformément lorsqu’on considère[...]

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Écrit par

Bernard PIRE : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau

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Système de Ptolémée - crédits : Encyclopædia Universalis France — Système de Ptolémée

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