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Physique Universelle

Les Lois de l'Univers

La Physique Universelle qui a façonné le passé et régit le présent et le futur du cosmos...

Du comportement complexe des particules subatomiques à la danse gravitationnelle des amas de galaxies, notre univers affiche une étonnante complexité. Pourtant il ne repose que sur quelques lois fondamentales, quatre forces qui régissent chaque type d'interaction de la matière : la gravitation, l'électromagnétisme, les forces nucléaires faible et forte.
En réalité, l'univers à grande échelle est plus simple encore : les forces nucléaires, comme leur nom l'indique, ne font sentir leur influence que sur les petites distances entre les atomes, tandis que les gammes infinies de l'électromagnétisme et de la gravitation en sont les puissances dominantes. Toutes ces lois tirent habilement les ficelles du cosmos, et il y a de fortes chances que si elles, ou les "constantes universelles" qui régissent leur influence, étaient légèrement différentes, l'univers tel que nous le connaissons ne serait pas là du tout. Les lois qui régissent l'univers ont été découvertes progressivement, sur plusieurs siècles. Les effets de la gravitation ont été théorisés pour la première fois au début du 17e siècle, et les lois plus fondamentales qui la gouvernent vers la fin de ce même siècle. Le 19e siècle a été celui d'une meilleure compréhension de l'énergie et de l'électromagnétisme, tandis que le 20e siècle a révélé les lois quantiques qui gouvernent les atomes eux-mêmes, révolutionnant une fois de plus notre compréhension de la gravitation.

TOP 5 DES LOIS UNIVERSELLES

1. Orbites et au-delà : Si les lois de Kepler définissent les propriétés des objets en obite elliptique, les lois de Newton décrivent toutes les formes de mouvement.
2. À petit feu : Les lois de la thermodynamique prédisent que l'univers sera plus désordonné et son énergie finement éparpillée à mesure de son vieillissement.
3. Spécial et général : La théorie de la relativité d'Einstein s'applique uniquement à la physique du mouvement à grande vitesse ; sa théorie générale touche les lois plus larges de l'univers dans son ensemble.
4. Révolution quantique : La théorie quantique prédit que la lumière et la matière montrent toutes deux des propriétés semblables à celles des ondes et des particules.
5. Une affaire de spin : Le Modèle standard de la physique des particules sépare les particules en femions ou bosons selon le "spin", une forme de moment angulaire intinsèque.

Nicolas Copernic, au début du 16e siècle, fut le premier astronome moderne à suggérer que les planètes tournent autour du Soleil. Cependant, sa théorie pêchait dans la prédiction du mouvement et des positions des planètes, étant moins précise encore que la vieille théorie de la Terre au centre de l'univers.
En 1609, l'astronome allemand Johannes Kepler fit un bond en avant conceptuel audacieux. Les générations précédentes d'astronomes avaient épousé l'idée du mouvement circulaire "parfait", mais Kepler suggéra qu'au contraire, les planètes suivaient des chemins elliptiques - des ovales s'étirant le long d'un axe avec le Soleil à l'un des deux foyers.
Les lois du mouvement planétaire résultantes se révélèrent fructueuses, mais la force sous-jacente ne fut pas décrite avant 1687, lorsque Isaac Newton publia son Principes mathématiques de la philosophie naturelle. Newton y démontrait que les orbites planétaires ne sont qu'une des manifestations provenant de lois plus fondamentales sur le mouvement. À savoir qu'un objet persévère dans un état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme à moins qu'une force n'agisse sur lui. L'accélération (a) expérimentée par un corps de masse (m) sous l'influence d'une force (F) se calcule avec cette simple équation : a = F/m. Lorsqu'un corps exerce une force sur un autre, il expérimente une force égale et opposée. Newton avança que même lorsque des objets ne sont pas en contact physique, ils peuvent s'influencer les uns les autres par la gravitation. Il argua que la même force qui fait tomber les objets au sol sur la Terre s'étend à l'espace, en liaison avec la gravitation universelle, et que cette influence peut être infinie, faisant de la gravitation la force maître qui façonne l'univers à grande échelle.

Si durant les 18e et 19e siècles, les théories de la chaleur et de l'énergie (comme la thermodynamique) ont connu d'importants développements, deux révolutions ont marqué le début du 20e siècle : la science du très grand et du très petit. La théorie générale de la relativité d'Albert Einstein, publiée en 1915, a redéfini la gravitation comme la distorsion du tissu d'un "espace-temps" à quatre dimensions (la quatrième étant le temps, indissociable), créée par de grandes concentrations de masse. Cette théorie décrit et prédit des phénomènes qui ne pouvaient être expliqués par la seule gravitation newtonienne, comme la "lentille gravitationnelle" (un champ gravitationnel produit par la présence d'objets massifs, qui fait dévier les rayons lumineux proches pourtant exempts de masse et donc libres de ce type d'influence).
À la même période, les observations d'Edwin Hubble prouvaient que l'univers dans son ensemble est en expansion, et que la théorie du Big Bang décrivant l'origine et l'évolution de l'univers était valable.Einstein joua également un rôle clé dans l'élaboration de la théorie des quanta, l'idée qu'à des échelles microscopiques, tous les phénomènes affichent simultanément des propriétés d'ondes et de particules, et que la matière et l'énergie sont interchangeables.

Proposée en premier par Max Planck en 1900 puis développée dans les années 1920 et 1930 par Louis de Broglie, Niels Bohr et Werner Heisenberg, la physique des quanta a fourni la clé permettant de décortiquer à la fois la nature de la lumière et autre rayonnement électromagnétique, et la structure de la matière elle-même.

La physique de la fin du 20e siècle s'est ensuite attaquée aux forces à l'échelle quantique. Des théories se sont développées qui montrent comment l'électromagnétisme et les forces nucléaires forte et faible sont transmises par échange entre des particules messagères appelées bosons et des présumées particules de matière. En se basant sur ce Modèle Standard et sur des idées telles que l'équivalence de la masse et de l'énergie (représentée dans l'équation d'Einstein E=mc²), les cosmologistes ont été en mesure de montrer comment l'énergie libérée dans le Big Bang a pu donner lieu aux matières premières qui composent l'univers. Aujourd'hui, les physiciens théoriciens cherchent a unifier les forces fondamentales du cosmos en un modèle unique simplifié. La "Théorie du Tout" qui décrirait toutes les lois de l'univers avec une équation unifiée n'a néanmoins pas encore vu le jour.

COMMENT ÇA MARCHE N°47 > Mai > 2014
 

   
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