Discussion

la comète

Isaac Newton est né le jour de Noël 1642 dans le village de Woolsthorpe (près de Grantham), dans le Lincolnshire, en Angleterre. En 1661, il s’inscrit au Trinity College de l’Université de Cambridge (à mi-chemin entre Woolsthorpe et Londres) où il étudie les mathématiques. En 1665, la Peste noire se dirigea vers l’Angleterre, forçant la fermeture de Trinity et renvoyant Newton à Woolsthorpe pendant un an ou deux. C’est à cette époque qu’il a formulé la plupart de ses contributions importantes aux mathématiques et à la physique, notamment le théorème binomial, le calcul différentiel, l’addition de vecteurs, les lois du mouvement, l’accélération centripète, l’optique et la gravitation universelle. À son retour à Cambridge, Newton a été nommé professeur de mathématiques et a ensuite fait ce que les professeurs font encore à ce jour — enseigner et publier. La plupart des articles que Newton a soumis pour publication portaient sur l’optique, en particulier sur la théorie des couleurs. Puis, dix-huit ans plus tard, en 1684, Edmond Halley vint à Newton avec un problème qu’il pensait pouvoir résoudre.

Les comètes sont des objets astronomiques qui ne sont visibles que pendant un mois environ. Ils étaient un problème sérieux pour les premiers astronomes car ils apparaissaient sans avertissement, traînaient dans le ciel pendant un certain temps, puis disparaissaient pour ne plus jamais être revus. Halley étudiait les enregistrements historiques des apparitions cométaires lorsqu’il a remarqué quatre comètes ayant presque la même orbite séparées dans le temps d’environ 76 ans. Il a estimé que les comètes de 1456, 1531, 1607 et 1682 étaient des observations d’une seule comète et que cette comète réapparaîtrait à l’hiver 1758. Quand il a fait comme prévu, seize ans après sa mort, il est devenu connu sous le nom de comète Halley. Il est à noter que Halley n’a pas découvert la comète qui porte son nom, c’est juste lui qui l’a identifiée comme un corps céleste avec une période définie en orbite autour du Soleil. La comète de Halley a probablement été vue depuis l’aube de la civilisation lorsque les humains ont levé les yeux pour la première fois et se sont demandé comment tout cela fonctionnait. Les documents historiques de l’Inde, de la Chine et du Japon enregistrent son apparition dès 240 avant notre ère (avec une apparition non enregistrée). Ses apparitions les plus récentes ont eu lieu en 1833, 1909 et 1985 et la prochaine aura lieu en 2061.

Halley a également remarqué que la comète décrivait une orbite autour du Soleil qui était conforme aux lois du mouvement planétaire de Kepler; à savoir, que l’orbite était une ellipse (bien que très allongée) avec le Soleil à un foyer et qu’elle obéissait à la loi harmonique (r3 ∝ T2) comme si c’était une autre planète de notre système solaire. Halley demanda à Newton en 1684 s’il avait une idée de la raison pour laquelle les planètes et cette comète obéissaient aux lois de Kepler ; c’est-à-dire s’il connaissait la nature de la force responsable. Newton a répondu qu’il avait en effet résolu ce problème et « beaucoup d’autres questions » relatives à la mécanique dix-huit ans plus tôt, mais qu’il n’en avait parlé à personne. Il se mit alors à fouiller à la recherche de ses notes des années de la peste, mais ne put les trouver. Halley persuada Newton de compiler tout ce qu’il savait sur la mécanique et proposa de payer les frais pour que ses idées puissent être publiées.

En 1687, après dix-huit mois de travail efficace et ininterrompu, Newton publia Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (Les Principes mathématiques de la Philosophie naturelle). Probablement le livre le plus important en physique et peut-être le plus grand livre de toute la science, il est presque toujours connu sous le nom de Principia. Il contient l’essence des concepts présentés dans les chapitres sur la mécanique de chaque manuel de physique ultérieur, y compris celui-ci. Le seul concept important qui lui manque est probablement l’énergie, mais tout le reste est là: force, masse, accélération, inertie, élan, poids, addition vectorielle, mouvement de projectile, mouvement circulaire, mouvement de satellite, gravitation, forces de marée, précession des équinoxes….

TEXTE MANQUANT

En 1684, le Dr Halley vint lui rendre visite à Cambridge, après qu’ils eurent passé quelque temps ensemble, le Dr lui demanda quelle serait selon lui la courbe qui serait décrite par les Planètes supposant que la force d’attraction vers le Soleil soit réciproque au carré de leur distance de celui-ci. Sr Isaac répondit immédiatement que ce serait une Ellipse, le Médecin frappa de joie &étonnement lui demanda comment il le savait, pourquoi dit-il je l’ai calculé, après quoi le Dr Halley lui demanda son calcul sans plus tarder, Sr Isaac regarda parmi ses papiers mais ne le trouva pas, mais il lui promit de le renouveler; &puis de le lui envoyer

Abraham de Moivre, 1727

TEXTE MANQUANT

De motu corporum in gyrum (Sur le mouvement des corps en orbite) est le titre (présumé) d’un manuscrit d’Isaac Newton envoyé à Edmond Halley en novembre 1684.

la loi

Les Principia y contiennent l’unification de la gravitation terrestre et céleste. L’accélération due à la gravité décrite par Galilée et les lois du mouvement planétaire observées par Kepler sont des aspects différents de la même chose. Il n’y a pas de gravitation terrestre pour la Terre et pas de gravitation céleste pour les planètes, mais plutôt une gravitation universelle pour tout.

1. Chaque objet de l’univers attire tous les autres objets de l’univers avec une force gravitationnelle.
2. L’amplitude de la force gravitationnelle entre deux objets estdirectly
   1. directement proportionnelle au produit de leurs masses et
   2. inversement proportionnelle au carré de la séparation entre leurs centres

La loi de Newton fonctionne puisque nous vivons dans un univers à trois dimensions spatiales. À mesure que la gravité s’étend dans l’espace, elle s’étend de plus en plus, couvrant une zone qui se dilate comme le carré de la distance de la source. Si l’espace n’était pas tridimensionnel, la loi de Newton ne fonctionnerait pas.

Bien que l’espace apparaisse en trois dimensions, il n’y a aucune raison évidente pour laquelle il doit l’être. Certaines théories encore spéculatives suggèrent qu’il pourrait y avoir des dimensions spatiales supplémentaires. La raison pour laquelle nous ne les avons pas vus est qu’ils sont enroulés assez étroitement. S’ils existent, il devrait être possible de trouver des déviations de la force de gravité par rapport à la loi du carré inverse de Newton à des distances extrêmement faibles. Le test de ces écarts est assez difficile. Les meilleures expériences (en 2001) montrent que la loi du carré inverse se maintient à 218 µm (2,18 × 10-4 m). Comme on pense que la taille de ces dimensions cachées est de l’ordre de 10 à 35 m, nous avons encore beaucoup de chemin à parcourir.

la lune

La séparation Terre-Lune est environ soixante fois plus grande que le rayon de la Terre. L’accélération due à la gravité à cette distance est de 13600 l’accélération due à la gravité à la surface de la Terre.

la pomme

Isaac Newton entra au Trinity College de l’Université de Cambridge en 1661. Il a obtenu son baccalauréat arts arts en 1665 alors que la Grande Peste balayait Londres. L’Université de Cambridge a fermé par précaution et Newton s’est enfui dans la ferme de sa famille dans le Lincolnshire à 90 km (60 miles) au nord. À l’été 1666, Newton a commencé à travailler sur sa théorie de la gravitation universelle. Un peu plus de vingt ans plus tard, la théorie finale a été rendue publique dans le cadre de son grand tome Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (Principes mathématiques de la Philosophie naturelle). Les pommes ne faisaient pas partie de la discussion.

Passez à 1726. Sir Isaac Newton était une légende proche de la fin de sa vie. Il a dîné avec un ami, William Stukeley, et ils se sont assis dans un jardin après et ont parlé de beaucoup de choses. Newton avait 83 ans au moment où il s’est souvenu d’un événement survenu 60 ans plus tôt. C’est l’histoire telle que Stukeley la raconte (en utilisant son orthographe originale, sa majuscule et sa ponctuation).

le 15 avril 1726, j’ai rendu visite à Sir Isaac, dans son logement des Orbels buildings, à Kensington: dînais avec lui after après le dîner, le temps étant chaud, nous sommes allés dans le jardin, &buvait thea à l’ombre de quelques pommes, lui seul, & moi-même. au milieu d’autres discours, m’a-t-il dit, il était juste dans la même situation que lorsqu’auparavant, la notion de gravitation lui était venue à l’esprit. « pourquoi cette pomme devrait-elle toujours descendre perpendiculairement au sol », pensa-t-il à lui-même: occasion faite par la chute d’une pomme, alors qu’il était assis d’humeur contemplative: « pourquoi ne devrait-elle pas aller latéralement, ou vers le haut? mais constamment au centre des Terres? certes, la raison en est que la Terre le dessine. il doit y avoir un pouvoir d’attraction dans la matière. &la somme de la puissance d’attraction dans la matière de la Terre doit être au centre de la Terre, pas dans n’importe quel côté de la Terre. par conséquent, cette pomme tombe perpendiculairement ou vers le centre. si la matière attire ainsi la matière; il doit être proportionnel à sa quantité. par conséquent, la pomme dessine la Terre, ainsi que la Terre dessine la pomme. »

William Stukeley, 1752

Une autre variante de l’histoire d’Apple a été enregistrée par l’assistant de Newton à la Monnaie royale (et aussi son beau-neveu), John Conduitt.

L’année où il se retira de nouveau de Cambridge à la suite de la peste chez sa mère, le Lincolnshire &alors qu’il rêvait dans un jardin, il pensa que le même pouvoir de gravité (wch faisait tomber une pomme de l’arbre au sol) ne se limitait pas à une certaine distance de la Terre mais que ce pouvoir devait s’étendre beaucoup plus loin que habituellement pensé — Pourquoi pas aussi haut que la Lune s’est dit lui-même &si c’est le cas, cela doit influencer son mouvement & peut-être la retenir dans son orbite, après quoi il est tombé un calcul calculating&l’a trouvé parfaitement compatible avec sa théorie —

John Conduitt, ca. 1728

Newton lui-même n’a jamais rien écrit sur les pommes. Il était plus intéressé par le mouvement de la lune comme moyen de tester sa théorie.

La même année, j’ai commencé à penser à la gravité s’étendant jusqu’à l’orbe de la lune, et après avoir découvert comment estimer la force avec laquelle un globe tournant à l’intérieur d’une sphère presse la surface de la sphère, à partir de la règle de Kepler selon laquelle les temps périodiques des planètes étant dans une proportion sesquilatée de leurs distances par rapport aux centres de leurs orbes, j’ai déduit que les forces qui maintiennent les Planètes dans leurs orbes doivent être réciproquement comme les carrés de leurs distances par rapport aux centres autour desquels ils tournent: et compara ainsi la force nécessaire pour maintenir la lune dans son orbe avec la force de gravité à la surface de la Terre, et les trouva à répondre à peu près. Tout cela était dans les deux années de peste de 1665 et 1666, car à cette époque, j’étais dans la fleur de l’âge pour l’invention, et plus occupé aux mathématiques et à la philosophie qu’à n’importe quel moment depuis.

Isaac Newton, ca. 1715

Lorsqu’on a demandé à Newton comment il avait découvert la loi de la gravitation universelle, sa réponse a été

si j’ai rendu public un service de cette façon, c’est dû à rien d’autre qu’à l’industrie &un patient pensée.

Isaac Newton, 1692

the formula

Force

Field

la constante

Expérience de Cavendish

La Grande Pyramide est si massive qu’un fil à plomb ne pendra pas droit vers le bas lorsqu’il est près de la pyramide mais se balancera vers la structure. Cf. Tompkins, Secrets des Grandes Pyramides, pp. 84-85, où Tompkins, discutant des mesures prises par Piazzi Smyth, écrit « Pour obtenir la latitude correcte de la Grande Pyramide sans que son fil à plomb ne soit dévié de la perpendiculaire par l’attraction de l’énorme masse de la Pyramide, Smyth fit ses observations depuis le sommet; là, l’attraction de la gravité de la Pyramide serait directement vers le bas ». Tompkins, Peter. Les secrets de la Grande Pyramide (New York : Harper Collins, 1971).

les critiques

Agissent à distance. La réponse de Newton à ces critiques était essentiellement: « Je m’en fiche. La théorie fonctionne. »

Compte mais ces propriétés gravitationnelles de phænoménis pourtant j’ai pu lancer, les & hypothèses non fingo…. Et il suffit que la gravité existe vraiment, &agissant conformément aux lois de nous expositas, &aux corps célestes &dans la mer de nos émotions, tout suffit.

Je n’ai pas pu découvrir la cause de ces propriétés de la gravité à partir de phénomènes, et je ne formule aucune hypothèse…. Et pour nous, il suffit que la gravité existe réellement, qu’elle agisse selon les lois que nous avons expliquées, et qu’elle serve abondamment à rendre compte de tous les mouvements des corps célestes et de nos mers.

au-delà de celaSomebody

• Quelqu’un a inventé le champ gravitationnel. Unités: N / kg ou m / s2
• Équivalence heureuse de la masse inertielle et gravitationnelle.
• Sans doute, Newton pensait que Dieu lui parlait, mais la Bible ne mentionne pas la loi de la gravitation universelle.
• Newton est devenu fou pendant quelques années, probablement à cause d’un empoisonnement au mercure.
• Il pensait plus à son analyse biblique qu’à son analyse physique.
• Newton a été nommé maître de la monnaie — essentiellement un poste de patronage pour le récompenser de ses réalisations en physique. Pendant ce temps, il met en œuvre des pièces dentelées dans le but d’empêcher le « détourage » ou le « rasage » des pièces, ce qui était un grave problème en Angleterre à l’époque.
• Newton a inventé le mot gravité de gravitas, le mot latin pour lourdeur, sévérité ou autorité. Le mot latin pour poids est pondus, ce qui nous donne l’unité de poids anglaise — la livre (mais de manière intéressante, pas le verbe battre ou la livre où les animaux errants sont gardés).

FAIRE UNE NOUVELLE SECTION POUR LE CHAMP GRAVITATIONNEL

dimensions supplémentaires

Une citation (modifiée) du Professeur de physique qui sera paraphrasée. « Un ingrédient essentiel pour la production de trous noirs au LHC (Grand collisionneur de hadrons) est l’existence de dimensions supplémentaires. Un trou noir est une région de champ gravitationnel intense créant des conditions contraires à ce que nous observons sur les forces gravitationnelles dans notre monde quotidien. La présence de dimensions supplémentaires garantit la force de gravité supplémentaire nécessaire pour produire des trous noirs. Lorsque des protons entrent en collision au LHC, ils se rapprochent tellement les uns des autres qu’ils « voient » essentiellement les dimensions supplémentaires (où la gravité est forte) et la formation de trous noirs peut être possible. Si tel est le cas, les dimensions supplémentaires doivent être d’environ 10 à 14 m. « 

Espace tridimensionnel