Peut-on écrire un thread sur un sujet de physique qu’on trouve bien cool mais qu’on ne maîtrise pas totalement ? Eh bien pourquoi pas ? On va donc parler du principe de Mach. #thread
Disclaimer : ce que je vais raconter est issu, pas entièrement mais presque, de l’Insoutenable gravité de l’univers, livre de Gabriel Chardin sorti en mars 2018 aux éditions Le Pommier. J’en reparle en fin de thread.
Ernst Mach est donc un physicien et philosophe autrichien (1838-1916), il a bossé sur des sujets assez variés : l’optique, l’acoustique ou les vitesses supersoniques.
Côté philo, le monsieur n’est pas partisan de l’effort. Pour lui, la science est « un problème de minimum qui consiste à exposer les faits aussi parfaitement que possible avec la moindre dépense intellectuelle ».
Le principe de Mach a été énoncé en 1883, mais il fut baptisé ainsi par Albert Einstein en 1918. Côté «moindre dépense intellectuelle», Mach a établi sa conjecture sans trop s’encombrer d’équations. Pas bête, il a laissé cette partie un peu relou aux physiciens de XXe siècle.
Donc c’est quoi ? Imaginez que vous tourniez sur vous-même. Plus vous allez vite, plus vos bras vous semblent légers et ils finissent par monter à l’horizontal. Oui, comme Wonder Woman, voilà, c’est exactement ça.
La grande question, c’est : pourquoi ? Je vois d’ici des mains se lever pour dire «force centrifuge, fin du thread !». Eh bien, pour Mach, non, c’est une force de réaction de l’ensemble des masses de l’univers sur vos petits bras. Les étoiles. Les galaxies. Les trous noirs. Tout.
Mach part du raisonnement que si l’univers ne contenait que deux corps, comme la terre et la lune, parler de rotation en orbite n’aurait aucun sens. Car par rapport à quoi tourneraient-elles ? Il faudrait au minimum un troisième corps pour pouvoir parler de rotation relative.
Maintenant, imaginez-vous en tenue d’astronaute seul·e dans un univers vide, totalement vide. Un peu angoissant, certes, mais ce n’est pas le sujet. Est-ce que vous pouvez savoir si vous tournez. Vos bras se lèvent-ils ? Est-ce que “tourner” a un sens ?
Dernière expérience de pensée, on s’imagine maintenant sur un plateau tournant, une nuit par un ciel étoilé. Levez les yeux. Plus les étoiles tournent vite, plus vos bras sont légers. En mouvement relatif, vous êtes immobile, c’est l’univers qui tourne autours de vous.
Pour Mach, explique Chardin, «c’est l’accélération de tous les corps de l’univers en rotation par rapport à vous qui crée une force qui est égale à la force “fictive” que Newton appelle la force centrifuge».
Alors bon, c’est bien joli, mais ça ne fait quand même pas très sérieux, cette histoire. Comment des machins situés à des millions d’années-lumières pourraient-ils avoir un effet immédiat sur mes bras quand je tourne, vu que rien ne va plus vite que la lumière ?
Eh bien, selon Chardin, ce genre d’action à distance n’est pas incompatible avec la relativité générale, mais implique des allers-retours dans l’espace-temps, avec notamment un concept d’action en retour du futur vers le passé à la vitesse de la lumière.
[Insérer ici un gif de mind blowing]
Je ne vais pas faire semblant de maîtriser le truc, mais il a été démontré dans le cas de l’électromagnétisme dans la “théorie de l’univers absorbeur” (Feynman/Wheeler). En gros, oui, c’est chelou, mais vu que c’est la réaction de l’ensemble des charges de l’Univers, ça vaaaaaa.
Maintenant, disons qu’on est ok avec ça. Si si. Faut faire les calculs. Gabriel Chardin s’en charge. Il prend en compte la densité moyenne de l’univers (⅓ de la masse d’un proton par mètre cube) et il se limite à l’univers observable (en gros 14 milliards d’années lumière).
Ca donne cette formule. Et là, j’ai envie de dire : on va le croire sur parole. 
Et le résultat ? Il obtient environ une force F=m.a/30, sachant que le résultat attendu est F=m.a (masse fois accélération). Un facteur 30 sur ce genre de calcul sur l'univers entier, franchement, on n’était pas loin… Dommage. Sauf que… Sauf que…
Dans le modèle cosmologique standard, il y a l’énergie noire et la matière noire. La première compte pour 68% environ de l’ensemble de l’Univers, la seconde 27%. Et la matière observable, celle à partir de laquelle on a fait le calcul, entre 4% et 5%.
On n’est quand même pas bien loin du facteur 30, là aussi. Donc, who knows ? Bon, ce n’est pas avéré pour autant, hein... Mais souvent, je trouve que la physique théorique fait rêver, et c’est beau.
La prochaine fois que vous tournez sur vous-même, dites-vous que ce que vous ressentez au bout de vos doigts, c’est peut-être l’Univers entier qui vous parle. Vous n'avez pas envie d’essayer, là maintenant ?
Dans son livre, Gabriel Chardin parle de beaucoup d’autres choses passionnantes et il y présente même un nouveau modèle cosmologique, l’univers de Dirac-Milne, basé sur une anti-gravité de l’antimatière.
C’est encore plus foufou que le principe de Mach et j’ai écrit quatre pages sur le sujet aujourd’hui dans Libé. C’était mon boss de fin de 2018 à moi. Fin du thread. liberation.fr/debats/2018/12…
