Tout ce qui réside dans cet univers est fait de matière. La masse est une mesure de la quantité de matière contenue dans un objet, qu’il ait la taille d’une planète ou celle d’un proton.
Lorsque nous pensons à la gravité, nous nous référons habituellement à la force de gravitation exercée par des corps célestes massifs tels que la Terre, la Lune ou le Soleil. Cependant, le fait est que tout objet ayant une masse quelconque – même une particule subatomique – exerce une attraction gravitationnelle sur les objets à proximité.
Sir Isaac Newton a prouvé que des objets de masse plus importante comme la Terre exercent une gravitation plus forte. Dans le même temps, un nourrisson peut surmonter l’attraction combinée de chaque atome de cette planète, en soulevant un bloc de bois du sol.
Les découvertes de Newton paraissent stupéfiantes, même aujourd'hui. La gravité est assez puissante pour placer la Lune en orbite : elle est attirée par la Terre mais aussi par le reste de l’univers, ce qui engendre un équilibre de forces. Sans cette double attirance, les planètes tomberaient en poussière et les étoiles s’effondreraient.
La gravité est également ce qui donne du poids aux objets. Le poids est la force exercée vers le bas par toute cette matière dans un champ gravitationnel. Dans le vide de l’espace à la gravité zéro, les objets n’ont pas de poids, mais ils ont encore de la masse.
Sur la surface de la Terre, où la force de gravité est constante, nous considérons que la masse et le poids sont égaux. Cependant un même objet avec une masse égale pèsera six fois moins sur la Lune ; sur Jupiter – pas le meilleur endroit pour commencer un régime – il pèsera 2,53 fois plus !
Isaac Newton est né en 1642, l’année où Galilée est mort. Alors que Galilée a prouvé que des objets de masses différentes tombaient avec la même accélération, ce ne fut qu’au moment où Newton publia son Principia Mathematica révolutionnaire – le texte de physique qui a eu le plus d’influence de tous les temps – que cette force mystérieuse eut finalement un nom : la gravité.
La Loi Universelle de la Gravitation de Newton fut la première à expliquer la gravité en termes mathématiques. Ce fut également la première théorie réellement ‘unifiée’ expliquant à la fois la mécanique terrestre et la mécanique céleste. Pour les lecteurs de l’époque, il était inconcevable d’imaginer que la même force qui attire les pommes des arbres pouvait également persuader la Lune de rester en orbite.
Plus de 300 ans après cette publication, les formules de Newton ont joué un rôle vital dans la conquête de la Lune par les humains.
Bien que Newton ait été capable de prouver mathématiquement l’existence de la gravité, il n’avait pas la moindre idée de son origine ou de la façon dont elle fonctionne. Dans la représentation du monde de Newton, la gravité était une force constante, indépendante et qui agissait de façon instantanée. Si le Soleil venait à disparaître, argumentait Newton, alors les planètes sortiraient immédiatement de leur orbite pour dériver dans le vide intersidéral.
En 1905, le jeune et alors inconnu Albert Einstein émit le postulat que la lumière voyageait à une vitesse limite dans le vide de l’espace. Puisque rien ne peut voyager plus vite que la lumière, si le Soleil disparaissait, il faudrait huit minutes pour que la perte de gravité se ressente sur la Terre.
L’idée la plus inspirée d’Einstein advint en 1916 avec sa Théorie de la Relativité Générale. Dans sa vue radicale de l’univers, les trois dimensions de l’espace fusionnent avec une quatrième, le temps, et sont représentées comme un tissu ‘espace-temps’ flexible, à deux dimensions.
Selon Einstein, les objets de très grande masse agissent comme des boules de bowling sur un trampoline, tendant et déformant le tissu espace-temps. Si un objet plus petit roule trop près d’une de ces boules de bowling, il sera tiré vers elle. La gravité serait donc le résultat de froissements collectifs dans le tissu de l’univers.
Extrait du magazine Comment ça marche – n°2