S’il est possible d’imaginer la forme d’une galaxie ou d’un amas de galaxies, celle de l’Univers nous reste difficilement accessible.

Mentalement limité à un espace à 3 dimensions, nous aimerions penser que l’Univers l’est aussi. Pourtant, nous n’avons aucune raison de croire que l’Univers est ainsi fait que les anciens n’en avaient de croire que la Terre était plate.

Mais que voyons nous ? Qu’imaginons nous aujourd’hui ?

Vu de la Terre et à grande échelle, l’Univers nous apparaît plutôt homogène, la matière est partout la même et semble répartie relativement uniformément dans toutes les directions.

On notera cependant que l’Univers n’est pas parfaitement homogène mais structuré en amas et en filaments de matière - il faut distinguer la vision moyenne, de la vision localisée (voir ciel et espace mai 2007 page 30).

Pour les scientifiques, la forme générale de l’Univers dépend de la quantité de matière qu’il contient.

En effet, depuis que nous savons qu’il est en expansion, on peut affirmer que ce vaste monde est tiraillé en permanence entre deux tendances:

L’expansion et la gravitation.

La première éloigne les astres les uns des autres et la seconde fait qu’ils s’attirent mutuellement et se rapprochent.

Il existe un point d’exacte équilibre entre expansion et gravitation : la densité critique (correspond à la densité de 3 atomes d’hydrogène dans un mêtre cube).

Mais alors, quelles sont les formes possibles :

Si l’Univers se stabilisait sur cette densité critique, sa taille se fixerait, c’est le scénario de l’Univers “plat”… à géométrie “euclidienne”. 
 

Si la densité de matière se maintenait inférieure à la densité critique, l’expansion l’emporterait sur l’attraction gravitationnelle et l’Univers gonflerait indéfiniment. C’est le scénario de l’Univers à courbure négative, c’est le scénario de l’Univers “ouvert”… à géométrie “hyperbolique”.

Existe aussi le scénario de l’Univers “fermé” à géométrie “sphérique”. Elle suppose qu’après une courte stabilisation, la gravitation l’emporterait sur l’expansion, que l’Univers se refermerait sur lui-même pour finalement se réduire à une singularité par un Big Crunch…

En espérant que ces quelques lignes vous aide à comprendre à quoi pourrait ressembler l’Univers… 

Tous les processus physiques, chimiques ou biologiques connus peuvent être expliqués à l’aide de seulement quatre interactions fondamentales :

• l’interaction gravitationnelle, responsable de la pesanteur, de la marée ou encore des phénomènes astronomiques,
• l’interaction électromagnétique, responsable de l’électricité, du magnétisme, de la lumière ou encore des réactions chimiques et biologiques,
• l’interaction forte, responsable de la cohésion des noyaux atomiques,
• l’interaction faible, responsable de la radio-activité beta, qui permet au Soleil de briller.

La théorie qui décrit la gravitation est la relativité générale, celle qui décrit les trois autres est le modèle standard.

l’interaction gravitationnelle

L’interaction gravitationnelle est une force toujours attractive qui agit sur toute forme d’énergie, mais avec une intensité extrèmement faible (c’est l’interaction la plus faible des quatre interactions fondamentales). Ainsi, ses effets ne sont perceptibles que lorsque des objets très massifs (la masse est une forme d’énergie) sont en jeu, c’est le cas pour les objets astronomiques.

L’énorme masse des étoiles, des planètes ou des galaxies les rende donc très sensibles à la gravitation et c’est la seule interaction en jeu pour expliquer les mouvements de ces objets.

De même, l’énorme masse de la Terre (6 10²⁴kg, soit six mille milliards de millards de tonnes !) la rend très attractive pour des objets moins massifs. Ainsi, la pesanteur et donc le poids des objets sur Terre sont le résultat de l’attraction gravitationnelle de la Terre sur ces objets. C’est pourquoi, le poids d’un objet est plus faible sur la Lune que sur Terre, puisque la masse de la Lune est plus faible que celle de la Terre.

Enfin, c’est l’attraction gravitationnelle de la Lune sur l’eau des océans (dont la masse totale est importante) qui permet d’expliquer le phénomène des marées.

l’interaction électromagnétique

L’interaction électromagnétique est une force répulsive ou attractive qui agit sur les objets ayant une charge électrique. Deux objets de charges électriques de même signes se repoussent alors que deux objets de charges électriques de signes opposés s’attirent. Comme les atomes sont électriquement neutres, il y a peu d’effet de cette interaction à grande échelle. L’interaction électromagnétique est bien sûr à l’origine de tous les phénomènes électriques et magnétiques. L’interaction électromagnétique permet aussi la cohésion des atomes en liant les électrons (charge électrique négative) et le noyau des atomes (charge électrique positive). Cette même liaison permet de combiner les atomes en molécules et l’interaction électromagnétique est donc responsable des réactions chimiques.Cette interaction peut, dans certaines conditions, créer des ondes électromagnétiques, parmi lesquelles on distingue la lumière, les ondes radio, les ondes radar, les rayons X…

l’interaction forte

L’interaction forte est une force qui agit sur les quarks et par extension sur les hadrons. Les leptons y sont totalement insensibles. L’interaction forte permet la cohésion des noyaux atomiques en liant les protons et les neutrons entre eux au sein de ce noyau. Si cette interaction n’existait pas, les noyaux ne pourraient pas être stables et seraient dissociés sous l’effet de la répulsion électrostatique des protons entre eux. L’interaction forte est aussi responsable des réactions nucléaires, source d’énergie des étoiles et donc du Soleil.

l’interaction faible

L’interaction faible est une force qui agit sur toutes les particules. En particulier, c’est la seule force à laquelle sont sensibles les neutrinos. L’interaction faible est responsable de la radio-activité beta qui permet les réactions nucléaires qui sont la source d’énergie du Soleil. La radio-activité naturelle est probablement aussi une source d’énergie importante pour maintenir le magma en fusion sous la croûte terrestre.

POUR PLUS D’INFORMATIONS, consultez le site suivant :

http://www.cerimes.education.fr/e_doc/forces/

Avant toutes explications, expliquons ce qu’est un repère.

Un repère est un outil mathématiques permettant de s’orienter dans l’espace. Il est composé d’un origine et de 3 axes.

Le choix de ces trois axes et de l’origine surtout dépendra de l’étude que l’on souhaite faire.

Plusieurs repères sont utilisés :

- le repère terrestre : repère lié à la surface de la Terre et qui dépend du système étudié.

- le repère géocentrique : son origine est le centre de la Terre et les axes dirigés vers trois étoiles “fixes”.

 

- le repère héliocentrique : son origine est le centre du Soleil et ces axes sont dirigés vers trois étoiles fixes.

On distinguera de plus les repères cartésiens d’axes x, y, et z ; des repères cylindriques (r, θ, z), et des repères sphériques (ρ, θ, Φ).

Maintenant, définissons ce qu’est un référentiel galiléen. Plusieurs définitions existent.

Certains diront que c’est un repère en translation rectiligne uniforme, c’est à dire où il n’y a pas de variation de vitesse, de manière à vérifier la première loi de Newton.

D’autres diront que c’est un repère dans lequel le principe fondamental de la dynamique est vérifié….et d’autre noterons que l’on peut appliquer le principe fodamental de la dynamique que dans un repère galiléen.

Enfin, il est dit clairement que si un repère est en translation rectiligne uniforme par rapport à un repère galiléen, alors celui-ci est galiléen….mais quel est ce repère de base qui est dit galiléen ?

Pour répondre à cette question, il faut remonter un peu dans le temps. En effet, à l’époque de Newton, il y avait une idée d’Univers immuable, qui ne bouge pas. Et dans ce cas, par rapport à ce référentiel, on définissait le repère galiléen.

Aujourd’hui les idées de bases ont changé, mais ce référentiel galiléen perdure…

A l’échelle humaine, tous ces référentiels sont assimilés à des référentiels galiléens….sur de petits temps…car si le temps de l’étude est trop important, on se rend vite compte que le mouvement est “circulaire”…eh oui, tout tourne dans le ciel.

Au fait, en mécanique on parle de “principe” : le PFS, le PFD et le PTV en mécanique des solides. Il faut savoir qu’un principe n’est pas un théorème, mais une observation interprétée et vrai tant que l’on a pas prouvé le contraire. Aujourd’hui le contraire est vérifié, mais la différence entre le modèle exacte (relativité générale) et le modèle de Newton est si faible à l’échelle humaine que l’on préfère garder ces principes.

Bonne lecture.