Et pourtant elle tourne ! D’après la légende, c’est la phrase qu’aurait marmonné Galilée, forcé de réfuter ses théories devant l’Inquisition. Car contrairement à ce qu’imposaient les dogmes religieux de l’époque, la théorie héliocentrique, pensée mathématiquement par Copernic puis observée dans le ciel par Galilée, était correcte.

Oui, la Terre tourne bien autour du Soleil, et pas l’inverse. Un féroce coup porté à l’anthropocentrisme, l’idée que l’homme est au centre de l’Univers. Les siècles qui suivirent repoussèrent constamment nos horizons et notre place prétendument privilégiée dans le cosmos : non seulement le Soleil ne tournait pas autour de la Terre, mais cette dernière n’était qu’une planète parmi tant d’autres, dans un système solaire parmi tant d’autres, dans une galaxie parmi tant d’autres…

Rêvons un peu : dans un univers parmi tant d’autres ? C’est la théorie du multivers (vue d’artiste).

Mais ne nous éloignons pas trop, et revenons à l’héliocentrisme. Et pourtant elle tourne ! Oui, mais pourquoi ? Quel phénomène physique en est responsable ?

Vous me direz sans doute : la gravité, qui attire les objets les uns vers les autres. C’est pour cela que le verre tombe de la table et s’écrase au sol, souillant de jus d’orange le carrelage. La gravité. C’est pour cela que la Lune tourne autour de la Terre, et la Terre autour du Soleil. Rideau, bonsoir.

Attendez ! Mais pourquoi donc la Lune ne s’écrase-t-elle pas sur la Terre, attirée par sa gravité, et pourquoi la Terre ne va-t-elle pas se ruer tout droit sur le Soleil ? Certes, nous ne serions alors pas là pour discuter de questions triviales…

Pour répondre à cette question, il va falloir remonter les couloirs du temps, au moins jusqu’au XVIII^ème siècle. Le siècle de l’un des plus grands génies de tous les temps, peut-être même le plus grand de tous, sir Isaac Newton.

Newton vérifie d’un œil sévère ce que je raconte ici.

Dans son grand livre Principes mathématiques de la philosophie naturelle, il sera le premier à  définir la gravité comme une force universelle qui attire tous les corps les uns vers les autres. L’homme vers la Terre, la Lune vers la Terre, la Terre vers le Soleil. Cette révolution est immense, et sans les équations de Newton, point de monde moderne, point de ponts et de gratte-ciel, point d’avions et de fusées !

Et pourquoi la Terre tourne autour du Soleil plutôt que de tomber dedans ? Tout est question d’équilibre entre deux forces :

• L’inertie de la Terre, qui la pousse à poursuivre son chemin en ligne droite
• L’attraction du Soleil sur la Terre

La Terre « tombe » donc en permanence sur le Soleil, mais cette attraction est compensée à chaque instant par l’inertie de la Terre.

Prenez une pomme et lancez là loin devant vous. Elle réalise un trajet en forme d’ellipse, puis tombe sur le sol. Lancez-là un peu plus fort. Elle atterrit un peu plus loin et retombe à nouveau sur le sol, en suivant toujours un trajet sous forme d’ellipse. Et bien imaginez que vous puissiez la lancer encore plus fort, bien plus fort. La vitesse de la pomme est telle qu’elle file quasiment tout droit, tombe sans cesse sans jamais toucher le sol, elle dépasse à chaque instant l’horizon de la Terre : elle est en orbite. Lancez-là encore plus fort ; elle atteindra sa vitesse de libération – la vitesse nécessaire pour qu’elle échappe à l’attraction gravitationnelle de la Terre – et filera tout droit dans l’espace.

La vitesse la pomme est telle qu’elle tombe sans cesse plus loin, ne décélérant jamais elle tourne donc autour de la Terre…

Avec la théorie de la relativité générale, en 1915, Albert Einstein ira beaucoup plus loin. La gravité n’est alors plus considérée comme une force, mais comme une conséquence de la géométrie de notre espace.

La gravité est la courbure infligée à l’espace-temps par les corps massifs qui y sont contenus. Comme si nous vivions tous sur un tissu qui se déformait sous notre poids[1].

Métaphore intéressante tirée du livre « Par-delà le visible » de Carlo Rovelli : comme une bille dans un entonnoir, la Terre tourne autour du Soleil qui déforme l’espace-temps.

Et donc, si la Terre tourne autour du Soleil, c’est parce que notre étoile courbe l’espace autour de lui, le déforme.

Je vous le disais : e pur si muove !

[1] Plusieurs projets, notamment LIGO (Etats-Unis) tentent de détecter les ondes gravitationnelles, c’est-à-dire les oscillations de la courbure de l’espace-temps ; les vaguelettes qui suivent le lancer d’un caillou dans l’eau…

Cet article Pourquoi la Terre tourne-t-elle autour du Soleil ? est apparu en premier sur Dans la Lune.

La faute à qui ? Evidemment la gravitation. La gravitation est la force qui attire les corps massifs les uns vers les autres. C’est à cause de la gravité que la pomme de Newton tombe au sol, que la Lune tourne autour de la Terre et la Terre autour du Soleil, comme une sorte de gigantesque ballet cosmique. A grande échelle, la structure de l’Univers est régie par la gravitation. Sans gravitation, point de galaxies, d’étoiles, de planètes.

Isaac Newton (1643 – 1727) découvrit cette force particulière qui attire entre eux tous les corps ayant une masse. Aujourd’hui, grâce à Einstein, nous savons que le gravitation n’est en réalité pas une force, mais la manifestation de la déformation du tissu de l’espace-temps par les objets qui l’occupent.

Tout objet ayant une masse suffisamment élevée déforme l’espace et le temps (source : Encyclopedia Britannica).

Ce principe étant établi, remontons quelques milliards d’années en arrière, lorsque la Terre était en pleine formation, dans ce beau berceau qu’était à l’époque notre Système Solaire. C’était il y a environ 4,5 milliards d’années. Notre future planète n’est alors qu’un amas de débris divers : de la poussière, des roches… Ils s’attirent les uns les autres, à cause de la gravitation, s’agglomèrent, forment un ensemble de plus en plus gros, qui attire à nouveau de plus en plus de matière… Il faudra à peu près 100 millions d’années pour donner à la Terre sa forme actuelle.

Mais alors pourquoi certains objets du ciel, comme les étoiles et les planètes, ont une forme sphérique, et pas d’autres objets, comme les astéroïdes ? Tout est question de masse. Les astéroïdes sont trop petits, trop légers. Seuls les objets de plus de 1 000 kilomètres de diamètres tendent à s’approcher d’une forme sphérique. C’est la raison pour laquelle vous n’êtes pas une boule (hormis peut-être certains d’entre vous – pardon je suis mauvaise langue).

Sur un objet comme la Terre, la matière a tendance à se rapprocher du centre de gravité, là où la plupart de sa masse est concentrée : soit en son centre. C’est pour cela que lorsque nous tombons du haut de la Tour Eiffel, nous sommes irrémédiablement attirés vers le sol, vers le centre de la Terre. Chaque particule de matière est attirée vers le centre, « tente » de s’en approcher le plus possible, et quelle forme est la plus adéquate pour cela ? La sphère.

Prenez une bille. C’est le centre de la Terre. Prenez ensuite plusieurs autres billes, tâchez de les rapprocher chacune le plus possible du centre de la Terre. La forme que vous obtenez est un cercle. En trois dimensions, une sphère.

Autre analogie : imaginez qu’une foule de spectateur cherche à s’approcher d’un spectacle de rue (ici, le cercle bleu au milieu). Le meilleur moyen pour que chaque spectateur soit le plus près du centre est de former un cercle. Si la forme forme un carré, comme à droite, certains spectateurs – ceux du coin – seront dévalorisés et plus éloignés du spectacle.

Bien, cela ne nous explique pas pourquoi la Terre est aplatie aux pôles. Et bien, c’est une autre force qui entre ici en jeu : la force centrifuge. Celle-ci a tendance à éloigner les corps du centre de rotation. C’est pourquoi lorsque vous roulez trop vite dans un virage, la force centrifuge vous pousse vers le bord de la route, vers l’extérieur.

La Terre, vous le savez, tourne sur elle-même autour d’un axe qui passe par les deux pôles. Et donc, la force centrifuge agit en éloignant l’équateur du centre de la Terre. Ce qui donne donc cette forme ellipsoïdale, aplatie aux pôles…

Cet article Pourquoi la Terre est-elle ronde ? est apparu en premier sur Dans la Lune.

• S’il est infini, il doit pourtant bien avoir une fin, car rien ne peut être infini
• S’il a une fin, un mur, et que d’aventure je passe à travers ou tente de le creuser, que se passe-t-il ?

Mon moi enfant était loin de se douter que cette question a depuis toujours agité philosophes et savants.

La vérité, c’est que personne n’en sait rien, et ne peut affirmer l’une ou l’autre des hypothèses avec une totale certitude. En fait, la meilleure théorie physique que nous connaissons à l’heure actuelle, celle qui définit le mieux l’Univers dans lequel nous vivons – la Relativité Générale d’Albert Einstein – autorise ces deux possibilités. Même si pour Einstein, l’Univers était fini et statique  : on sait aujourd’hui qu’il est en expansion, et que cette expansion s’accélère.

Vous me direz : s’il est en expansion, c’est donc bien qu’il s’étend par rapport à sa taille actuelle, qui ne peut donc pas être infinie. En fait, il faut raisonner autrement : l’Univers n’est pas en expansion dans le sens où il s’étendrait dans un espace dans lequel il serait contenu, ce sont pas ses bords qui s’éloignent. Non : c’est la distance entre chaque point, entre chaque galaxie, qui s’étend. Pensez à un ballon de baudruche à la surface de laquelle vous auriez inscrit au crayon plusieurs points. En le gonflant, ces points s’éloignent les uns des autres. C’est la même chose pour l’Univers.

Je vous entends et j’entends déjà mon moi enfant me lancer :

S’il est fini, qu’y-a-t-il derrière ?

En posant cette question, vous réfléchissez en termes de géométrie spatiale ordinaire, celle que nous connaissons et expérimentons tous les jours. Si une porte est fermée, je peux l’ouvrir ou la défoncer à coups de pied. Je peux passer par dessus un mur, franchir un obstacle, une borne.

Mais l’Univers peut tout à fait être à la fois fini et non borné. Prenez la Terre : si d’aventure un courageux voyageur décidait d’en faire le tour en marchant ou nageant, il ne rencontrerait jamais aucun obstacle insurmontable, et finirait d’ailleurs par revenir à son point de départ. La Terre est finie et non bornée. Il peut en être de même pour l’Univers : une fois parvenu à l’une de ses extrémités, vous arrivez à l’autre extrémité.

Si Oscar, personnage de mon livre de lecture de primaire qui se réveille un matin et découvre qu’il peut étirer ses bras, pouvait les allonger jusqu’au « bout » de l’Univers, peut-être que ceux-ci reviendraient derrière lui, en parcourant l’autre « moitié » de l’Univers. Il pourrait ainsi se gratter le dos.

En fait, aujourd’hui, les physiciens ne cherchent donc plus tant à savoir si l’Univers est fini ou infini (cette question est davantage d’ordre philosophique) mais  plutôt quelle forme il peut bien avoir. Ce domaine est celui de la topologie cosmique. Ils cherchent également à savoir si notre Univers est le seul, ou bien si comme certaines théories l’affirment il n’est qu’une bulle parmi une infinité d’autres Univers, tous composant le Multivers.

Il existe malgré tout une limite : celle de l’Univers observable. La lumière des galaxies et étoiles situées au-delà de cette frontière ne nous parviendra jamais. Car il faut se rappeler que regarder loin, c’est regarder vers le passé : la lumière, aussi rapide soit-elle, met un certain temps pour parvenir jusqu’à nos yeux :

• nous voyons ainsi le Soleil tel qu’il était il y a 8 minutes
• Jupiter telle qu’elle était il y a 45 minutes
• notre galaxie voisine Andromède il y a 2,55 millions d’années
• et la galaxie EGS-zs8-1 il y a 13,1 milliards d’années (doyenne des galaxies à ce jour) !

Au-delà, tout est noir : nous sommes remontés trop loin, jusqu’aux moments suivants le Big-Bang, où la lumière n’existait pas encore.

A 13,6 milliards d’années-lumière de la Terre, nous observons l’Univers tel qu’il était il y a… 13,6 milliards d’années, soit peu après le Big-Bang. Cette image est celle du fond diffus cosmologique, l’intense rayonnement qui a suivi le Big-Bang.

Si l’Univers tout entier est peut-être infini, en revanche l’Univers que nous sommes en mesure de voir est, lui, bien fini.

Cet article L’Univers est-il fini ou infini ? est apparu en premier sur Dans la Lune.