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dimanche 7 juillet 2013

Énigme lunaire : la plume ou le marteau?

On lâche en même temps sur la Lune une plume et un marteau. Lequel arrive au sol le premier?

- Le marteau
- La plume
- Les 2 en même temps
- Dans le vide ils ne tombent pas.

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"Le marteau? Logiquement, un objet plus massif devrait tomber plus rapidement qu'un léger! Non?"

C'est une vieille question que l'Homme se pose depuis bien longtemps. Pour les "scientifiques" de l'Antiquité, c'est le marteau qui arrive au sol bien avant! Aristote pensait que plus une boule était massive, plus elle tombait vite : "une boule de fer tombera 100 fois plus rapidement qu'une autre boule 100 fois plus légère". Mais, avait-il raison? Galilée, sceptique, mit à l'épreuve la théorie d'Aristote grâce à l'expérience de la tour de Pise. D'après la légende le savant aurait jeté simultanément, du dernier étage de la tour, deux boules de fer dont l'une avait une masse 100 fois supérieure à l'autre. Il aurait constaté avec étonnement que les deux boules arrivaient au sol quasiment en même temps (n'ayant qu'un décalage "d'environ 2 doigts")! Bien loin de ce que prévoyait la théorie d'Aristote! Galilée conclut que tous les corps, peu importe leur masse, tombent à la même vitesse. Les décalages observés ne seraient dus qu'à la résistance de l'air.

"Alors, sur la Lune, là où il n'y a pas d'air, la plume et le marteau tombent en même temps?"

Exactement! L'expérience a été tentée il y a presqu'exactement 42 ans. Au mois de juillet 1971, lamission Apollo 15 prenait son envol vers la Lune. Le commandant de la mission, David Scott, est reconnu comme étant le premier « automobiliste lunaire », mais aussi pour être le premier à réaliser une expérience pédagogique en direct de notre satellite naturel. À la surface de la Lune, il lâcha un marteau (1,32kg) et une plume de faucon (0,03kg) simultanément de la même hauteur (vidéo). Il démontra, comme le pensait Galilée, qu’en l’absence d’atmosphère, la gravité agit de façon égale sur tous les corps!

Ce phénomène est le " Principe d’équivalence " : la gravité accélère de la même façon tous les objets, quelle que soit leur masse ou le matériau dont ils sont faits. Ce principe est une pierre angulaire de la physique moderne. Une multitude d'expériences l'ont testé avec des précisions impressionnantes et ce principe est, jusqu'à maintenant, toujours respecté.

Plusieurs tentent cependant de vérifier l'exactitude du principe d'équivalence avec toujours plus de précision. Après tout, peut-être y a-t-il une infime différence entre deux corps qui tombent, tellement infime qu'il nous était jusqu'à maintenant impossible de la déceler, n'ayant pas la précision nécessaire pour l'observer. Pour améliorer l'exactitude des expériences précédentes, il faut aller dans l'espace, là où la chute libre est beaucoup moins perturbée et peut durer beaucoup plus longtemps. Une nouvelle mission spatiale du CNES, MICROSCOPE, testera en 2016 le principe d'équivalence dans l'espace avec une précision du millionième de milliard. « Microscope a pour but de tester le principe d'équivalence jusqu'à la 15e décimale, soit 1000 fois mieux qu'on ne le fait actuellement », précise Serge Reynaud, directeur de recherche au Laboratoire Kastler Brossel [1]. L'enjeux est de taille. « Un des problèmes majeurs de la physique moderne, c'est l'unification de la relativité générale [la physique de l'infiniment grand] et de la physique quantique [la physique de l'infiniment petit]. Une solution pour y parvenir est la théorie des cordes. Or, elle prévoit que le principe d'équivalence doit être violé », souligne Thibault Damour, de l'Institut des hautes études scientifiques de Bures-sur-Yvette [2].

Donc, si on lâche en même temps sur la Lune une plume et un marteau, lequel arrive au sol le premier? La réponse à la question est donc : "Les 2 en même temps " ... du moins, jusqu'à preuve du contraire!

Laurent Olivier, le 6 juillet 2013, 13h54

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