Pourquoi la gravité nous tire-t-elle vers le bas et non vers le haut ?

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 une énergie sont attirés les uns vers les autres. C'est pourquoi les pommes tombent sur Terre et les planètes tournent autour des étoiles.

Les aimants attirent certains types de métaux, mais ils peuvent aussi en repousser d’autres. Alors, comment ressentez-vous l’attraction de la gravité ?

En 1915, Albert Einstein découvrit la réponse en publiant sa théorie de la relativité générale. La raison pour laquelle la gravité vous attire vers la Terre est que tous les objets ayant une masse, comme notre Terre, plient et plient en fait le tissu de l'univers, appelé espace-temps. Ce virage représente la sensation de la 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 de brillantes mathématiques, Einstein fut la première personne à réaliser que les lois de la physique opèrent dans l'univers. L'espace et le temps se confondent.

Cela signifie que l’espace et le temps sont liés : 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 rapidement dans l'espace – Ils vieillissent un peu plus lentement que les humains sur Terre.

La Terre courbe l’espace-temps de manière à ce qu’il tombe vers la Terre plutôt que de s’en éloigner. Crédit : Tokamak / Wikimedia Commons, CC BY-SA

Le matériau est ce qui fait les puits gravitaires, pas les collines gravitaires

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. Lorsqu’Einstein a inventé la relativité générale, il a montré que tous les objets de l’univers peuvent plier l’espace-temps – en termes physiques, les objets sont à la fois une masse et une énergie.

Puisque votre esprit considère 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, celui-ci s'étend autour de vos pieds et forme une vallée lorsque vous êtes 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 êtes debout sur un trampoline.

Il s’agit d’un exemple bidimensionnel du fonctionnement de l’espace-temps. Votre masse étire 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 vers lui des objets comme vous et moi.

Et pour rendre les choses encore plus étranges, puisque l'espace et le temps sont liés, Le temps est également prolongé en raison des objets lourds!

Dans le film Interstellar, les personnages se rendent sur une planète proche Le trou noirPendant leur séjour, ils vieillissent plus lentement que tout le monde.

Plus vous êtes lourd, plus les côtés du trampoline seront raides. C'est pourquoi les objets vraiment massifs de l'univers – comme le Soleil ou les trous noirs – ont une attraction gravitationnelle plus forte que celle de 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 un trampoline et le pousse vers le haut. La balle va rouler ! Ce sera 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 objets constitués de matière ou d’énergie exotiques qui pousseraient la gravité à vous pousser dans l’espace, 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 Boronda, professeur agrégé de physique, Oklahoma State University.

Adapté d'un article initialement publié dans Conversation.