Principe d’Equivalence

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1 Principe d’Equivalence
De Galilée à Einstein... Depuis la fin du XVIe siècle, on sait que deux corps en chute libre (c'est à dire soumis uniquement à leur propre poids) tombent vers la surface de la Terre avec la même accélération. En effet, selon Vincenzo Viviani, Galilée démontra que la vitesse de deux corps en chute libre n'est pas proportionnelle à leur masse, en jetant deux sphères de nature différente du haut de la tour de Pise : les spectateurs, surpris, durent admettre que, malgré leur différence de masse ou de densité, les deux objets avaient atteint le sol au même moment. Quatre siècles plus tard, cette expérience continue d'étonner les gens. Si on lâche une haltère (deux corps reliés de manière rigide l'un à l'autre), sa vitesse angulaire par rapport au centre de masse restera constante lors de la chute. Cela signifie que si on la lâche suivant un certain angle par rapport à la verticale, en ne donnant aucune impulsion (vitesse angulaire nulle), l'haltère gardera l'angle de départ tout au long de sa chute. Einstein a étendu ce principe d'équivalence au titre de postulat : «La masse inertielle d'un corps est égale à sa masse gravitationnelle ». En clair, on ne sait pas distinguer si l'on est soumis à une accélération ou à une force de gravité. Il s’agit même de la pierre angulaire de sa théorie de la Relativité Générale. Galileo Galilei Albert Einstein … et au-delà ? Cependant, certaines théories modernes prédisent une violation de ce principe. Dans ce cas, l'accélération serait proportionnelle au rapport masse gravitationnelle sur masse inertielle. Deux corps en chute libre ne tomberaient donc pas à la même vitesse ! Dans le cas de notre haltère, cela signifie donc que l'angle va varier ! Il y aurait donc une accélération angulaire ! Jan Govaerts Le but de notre expérience est précisément de déceler cette accélération angulaire. Evidemment, il ne faut pas s’attendre à des effets spectaculaires : les expériences modernes ont toujours été en accord avec le Principe d’Equivalence. Mais leur précision est limitée… notamment par la durée de la chute pendant laquelle est effectuée l’expérience et par les importants frottements de l’air sur l’objet en chute libre. Pourquoi un vol parabolique ? Notre expérience est réalisable très simplement. Cependant, les effets, si effets il y a, seraient tellement minimes qu'il faut des conditions opératoires draconiennes : Un temps de chute relativement long. Des frottements négligeables. Une précision de la mesure extrêmement importante. Il est impossible d'avoir des conditions pareilles dans un laboratoire ordinaire sur Terre. Dès que le temps de chute augmente, la vitesse augmente quadratiquement et les frottements ne sont absolument pas négligeables. Durant un vol parabolique, le temps de chute est de 22 secondes ! De plus, l'air dans lequel baigne l'expérience tombe à la même vitesse que l’avion et que son contenu et par conséquent les frottements sont absolument insignifiants à l’intérieur de l’habitacle. Jouant aux Galilée modernes, avec une chute d'à peu près 22 secondes, notre tour de Pise serait haute de 2 km, et les frottements absolument négligeables.Cependant, un troisième point important à prendre en compte est le développement d'une méthode de mesure suffisamment précise. Pour cela, nous avons imaginé utiliser un interféromètre laser basé sur l’effet Sagnac.