asp06

MICROSCOPE et le principe d'équivalence

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Mince :(

 

J'ai plus de 16 au frais, j'ai plus de knackis, j'ai plus de pistaches.

Attendez moi je reviens !

S

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Planetary Astronomy
Observing, imaging and studying the planets
A comprehensive book about observing, imaging, and studying planets. It has been written by seven authors, all being skillful amateur observers in their respective domains.
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il y a 51 minutes, barnabé a dit :

Newton n’a jamais démontré la formule qui nous intéresse F =M x m x G/r2

 

La physique, c’est pas des maths. En math, il faut démontrer, évidemment, à partir des quelques axiomes qu’on a posé au départ. En physique on ne fait que constater qu’un phénomène suit plus ou moins les résultats d’une équation, on ne « démontre » rien, on essaye de coller au mieux à la réalité, c’est tout.

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1. Personne en physique ne croît sérieusement qu'il faille abandonner le principe de Popper, sinon quelques personnages médiatiques mais qui demeurent isolés dans la communauté scientifique concernant leurs positions à ce sujet. Surtout quand ce refus témoigne de la difficulté qu'ils ont à admettre qu'ils ont suivi des pistes stériles.

D'autres surfent sur les univers parallèles car cela vend du rêve. Ce qui est étonnant, c'est que les modèles impliquant la possibilité de mondes cachés sont testables. Curieusement, les marchands de rêve en parlent peu, car si on venait à prouver l'existence de mondes cachés, cela désenchanterait le rêve et casserait le business de ces marchands de rêve.

 

2. La physique a pour but, par définition, d'interpréter ce que l'on observe et de faire des prédictions quant à ce que l'on va observer. Cela implique expérimentation et mesure. Si on sort de ce cadre, alors ce n'est plus de la physique, mais de la métaphysique, ou de la philo à deux balles, au choix.

 

3. La physique part nécessairement d'ansatz, i.e. d'hypothèses mathématiques dont on suppose qu'elles constituent des hypothèses de départ raisonnables pour construire une théorie testable et en accord avec ce que l'on observe. Le principe fondamental de la dynamique (F = m*a) ou le principe d'équivalence sont de telles hypothèses, corroborées ou imposées par l'expérience, d'où la nécessité de repousser les limites de la confirmation de telles hypothèses.

Dans le cadre d'une théorie, reposant donc nécessairement sur des postulats de départ, tout le reste est démontrable rigoureusement. L'expérience vise à repousser les limites de la validité d'une théorie. Elle n'infirme pas la théorie, elle en pose les limites.

 

4. La limite aujourd'hui dans les avancées scientifiques est fixée essentiellement par des contraintes de moyens. Russel Stannard, dans son livre "Vers la fin des découvertes,  Approchons-nous des limites de la science ?" expose très bien cette limite, non pas du fait que nous serions en passe de tout savoir, non pas du fait qu'il existerait une sorte de limite métaphysique, mais du fait que nous atteignons une limite pratique, matérielle, budgétaire,...

 

5. Aujourd'hui, dans la recherche d'une nouvelle physique, il existe une communauté naissante qui montre que l'on peut faire de la nouvelle physique à bas coût. Seulement, il faut bien dire ce qui est, la communauté de la physique des hautes énergies contribue à maintenir l'idée qu'en dehors de leur business, point de salut.

 

Edited by Serendipity
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Ici j'ai entendu parler de masse manquante .

J'ai peut-être mal compris mais je vais quand même poser cette question :

Lorsqu'on a deux grandeurs de masses égales à 10^-14 près peut on espérer qu'en allant plus loin pour trouver une différence on puisse assimiler ce qui tend vers 0 au 90% de la masse manquante ?

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il y a 49 minutes, Alain 31 a dit :

Lorsqu'on a deux grandeurs de masses égales à 10^-14 près peut on espérer qu'en allant plus loin pour trouver une différence on puisse assimiler ce qui tend vers 0 au 90% de la masse manquante ?

 

Il faut attendre les réponses des fusées, mais personne ne connait la nature et la distribution de la matière noire. A l'échelle de l'expérience de Microscope, on peut supputer qu'elle est infiniment homogène et isotrope et que donc elle est impossible à distinguer. En descendant en précision, les expérimentateurs vont sans doute détecter des  trucs plus rigolos, comme la perte de masse par désintégration radioactive.

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J'espère que pour leurs cylindres embarqués pour l'expérience, ils ont pris soin d'éliminer toute trace d'isotopes radioactifs!

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J'ai l'impression que plusieurs personnes ici n'ont pas compris ce qui a été mesuré. Newton a postulé que masse gravitationnelle était égale à la masse inerte, d'où le qualificatif d'"universel" à sa théorie de la gravitation. Einstein a proposé un cadre explicatif à cela, en disant que si la gravitation était une déformation de l'espace, alors tout objet voyant la même déformation serait affecté de la même façon. Pour vérfier cela, il faut et il suffit de voir si deux objets de masse et de constitution différente tombent de la même façon dans un champ gravitationnel. Les deux objets n'ont pas besoin d'avoir la même masse, bien sûr, à aucun moment on ne mesure leur masse, du reste (et tant mieux : la précision avec laquelle ou pourrait le faire serait bien inférieure au 10^-14 recherché). De même, on se fiche probablement complètement de l'éventuelle radioactivité résiduelle des échantillons. Du moment où elle est isotrope, cela ne devrait rien changer. Par contre, pour s'assurer que les objets sentent bien le même champ gravitationnel, il faut s'assurer que l'on connaît... le champ gravitationnel de la sonde elle-même, qui a sans doute nécessité une modélisation soigneuse (c'était déjà le cas pour Lisa Pathfinder, en tout cas). Il faut aussi s'assurer qu'il n'y a aucune force électrostatique résiduelle qui viendrait polluer  les mesures (charges résiduelles de surface, etc.). Il faut aussi s'assurer que l'on écrante correctement toute perturbation non gravitationnelle (vent solaire, champ magnétique terrestre  ou autre), qui affecterait les masses test de façon différente.

 

Quant aux possibles implications de ce résultats, elles ne sont pas toutes connues à l'heure actuelle. Si la théorie de la gravitation est une théorie métrique (= une manifestation de la déformation de l'espace), alors les objets sont censés tomber de la même façon dans un champ gravitationnel, du moins tant qu'ils ne sont pas auto gravitants. C'est ce qu'on appelle le principe d'équivalence faible, ou principe d'équivalence d'Einstein (il y a de ptites différences entre les deux, mais peu importe ici). Quand ils sont auto gravitants, le concept même de principe d'équivalence est plus subtil, et pour le tester, il faut des corps auto-gravitants, donc pas du tout ce que fait Microscope. Pour l'heure, la meilleure vérification du principe d'équivalence fort se fait avec l'étude de l'orbite de la Lune autour de la Terre, les deux étant plongés dans le champ gravitationnel du Soleil. Mais comme l'énergie de liaison gravitationnelle de la Lune est infime par rapport à son énergie de masse, les éventuelles déviations au principe d'équivalence fort sont difficiles à mettre en évidence, et faiblement contraintes (10^-3 ou 10^-4, sans doute). On peut espérer mieux faire en regardant d'autres systèmes triples, comme un couple étoile à neutron-naine blanche en orbite autour d'une étoile. La plus grande énergie de liaison des constituants, à laquelle s'ajoute l'importante différence de constitution interne, donne aussi des résultats intéressants. Un système de ce type a été trouvé en 2014 (pulsar + naine blanche en orbite rapprochée, plongés dans le même champ gravitationnel d'une autre naine blanche en périphérie, voir https://arxiv.org/abs/1401.0535 ).

 

A quoi sert donc une manip comme Microscope ? Tout le point réside dans le fait qu'on a dit "tous les objets voient la même métrique", ce qui est a priori vrai, mais ceux-ci peuvent voir de façon différente une autre interaction couplée à la métrique. Dans ce cas, ces objets ne vont pas tomber de la même façon dans un champ gravitationnel, non pas parce qu'ils intéresagissent différemment avec celui-ci, mais parce qu'ils interagissent vis-à-vis d'une autre force fondamentale. La quasi-totalité des extensions de la relativité générale prédit l'existence de champs supplémentaires, ce qui est un moyen de les contraindre. Et bien sûr, si on s'intéresse à de telles extensions, c'est parce que celles-ci ont a priori plus de chances de décrire les phénomènes gravitationnels dans un régime non classique. Quant à la zoologie de modèles qui ont été proposés, elle est assez considérable. Mais à ma connaissance, il existe beaucoup de travail à faire pour, à partir d'une phénoménologie donnée, dire quels paramètres d'une extension donnée sont les mieux contraints, que ce soit par les tests classiques de la gravitation (Système solaire, pulsars binaires, etc) ou via le principe d'équivalence, aussi la mesure de Microscope est-elle en l'état un peu "creuse", puisque finalement on ne sait pas trop (ou pas assez) ce qu'elle implique comme conséquences concrètes. Il est à noter que tout le monde semble d'accord pour dire qu'à un moment ou à un autre, d'autres champs non encore détectés vont se manifester d'une façon ou d'une autre, que ce soit de façon marquée à haute énergie ou de façon infime à basse énergie (ce que teste Microscope). Dans le temps, les gens disaient qu'aux alentours de 10^-18 on finirait par voir quelque chose, une valeur qui peu à peu a dérivé vers 10^-16. Microscope est donc loin d'être entré dans le coeur de la Terra Incognita, mais s'en approche peu à peu, et nul d'autre que c'est une étape indispensable dans la quête des trois ou quatre ordres de grandeur qui nous intéressent. Un peu comme les premières versions de LIGO et Virgo qui permettaient de tester diverses techologies sans espoir de pouvoir détecter d'ondes gravitationnelles. On connaît la suite.

Edited by dg2
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https://www.ca-se-passe-la-haut.fr/2022/09/le-principe-dequivalence-gravitation.html

 

extrait :

 

En comparant les accélérations de chute libre de deux corps de compositions différentes, Pierre Touboul (ONERA) et ses collaborateurs démontrent que leur écart relatif est au plus de 1,5 10-15. Ces résultats de l'équipe MICROSCOPE qui sont publiés seulement aujourd'hui viennent donc confirmer le résultat antérieur, atteignant la sensibilité η de l'ordre de 10-15. Ce résultat important est la première contrainte expérimentale sur le principe d'équivalence qui est obtenue dans l'espace et la meilleure jamais obtenue, évidemment.

Une nouvelle expérience, MICROSCOPE 2, est déjà proposée et pourrait atteindre un niveau de précision de η ≤ 10-17... Les physiciens espèrent bien sûr qu'à terme, ces expériences de précision permettront de découvrir des violations qui pourront conduire à de nouvelles théories physiques, notamment pour expliquer la matière noire ou l'énergie noire qui pourraient éventuellement être expliquées un jour par une modification de la Relativité Générale aux très grandes échelles. une modification qui pourrait être détectable à des échelles plus petites sous la forme d'une violation du principe d'équivalence dans des expériences en laboratoire et par satellite... 

 

Source

MICROSCOPE Mission: Final Results of the Test of the Equivalence Principle

 

 

 

 

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Il y a 2 heures, jackbauer 2 a dit :

Une nouvelle expérience, MICROSCOPE 2, est déjà proposée et pourrait atteindre un niveau de précision de η ≤ 10-17...

 

J'ose pas imaginer si le truc demande 20 ordres de grandeurs de plus pour être enfin violé... 

Dans 30 000 ans, on attendra le lancement de Microscope 1012 avec impatience...

:/:/:/

 

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il y a une heure, Superfulgur a dit :

J'ose pas imaginer si le truc demande 20 ordres de grandeurs de plus pour être enfin violé... 

Dans 30 000 ans, on attendra le lancement de Microscope 1012 avec impatience...

 

La physique contient pas mal de choses inattendues à la marge... donc pourquoi pas de la nouvelle physique à 10-17 d'écart-relatif entre masse gravitationnelle et masse inertielle !?

Maintenant, ta remarque rejoint aussi une problématique en lien avec les accélérateurs... le LHC ne voit pas franchement de nouvelle physique, et cela pourrait bien signifier (pour des raisons techniques que je ne détaillerai pas) qu'il n'y a rien à voir jusqu'à l'échelle de Planck... certains pensent que l'on a atteint la fin de la physique, faute d'instruments réalisables à l'échelle humaine... 

Edited by George Black
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Il y a 12 heures, George Black a dit :

certains pensent que l'on a atteint la fin de la physique, faute d'instruments réalisables à l'échelle humaine... 

 

Ah, l’échelle humaine......

Voilà qui ressemble plus à "une limite à notre compréhension de", que "la fin de", AMHA ;)

Ceux que les humains appellent ordres de grandeur m’apparaissent de plus en plus comme des ordres de petitesse, vus de notre petit bout de la lorgnette... 9_9

Côté micro, l’échelle de Planck semble poser une limite basse avec des arguments théoriques convaincants ; mais côté macro ?

Comment savoir si les récentes observations d’une anisotropie dans le fond cosmologique ne sont que "locales" à l’échelle de l’univers observable (ne faisant que repousser l’hypothèse de son homogénéité et de son isotropie à une bien plus grande échelle) ou bien sont-elles caractéristiques d’un univers incommensurablement plus vaste dont la géométrie et la dynamique nous échappent totalement - et possiblement définitivement ?

 

 

Edited by Alain MOREAU
orthographe
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Il y a 17 heures, Alain MOREAU a dit :

Voilà qui ressemble plus à "une limite à notre compréhension de", que "la fin de", AMHA 

 

Je suis d'accord. Et pour encore nuancer mon propos, bien entendu même si on arrivait aux limites de ce que la technologie peut nous apprendre de l'Univers (à l'échelle des particules ou à l'échelle cosmologique), cela ne signifierait pas pour autant la fin de la recherche en physique. Il y a de nombreux domaines, comme la biophysique, ou la physique des matériaux, accessibles à l'expérience, et qui reposent sur les théories existantes, lesquelles n'ont pas fini de nous apprendre des choses. Les équations de Maxwell, la physique quantique, ou la relativité, ne nous ont pas délivré tout ce qu'elles avaient à nous dire !

Au-delà, la physique pourrait aussi un jour se confondre avec l'ingénierie !

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