Demandez à Ethan: la gravité zéro est-elle possible?

L'avion à gravité réduite de la NASA, qui est officiellement appelé le «miracle en apesanteur» et officieusement la «comète vomissante» [Vomit Comet]. Sur la photo - une version modifiée du modèle Douglas DC-9

Ils disent que les astronautes dans l'espace volant en dehors de l'atmosphère terrestre ne ressentent aucune attraction - un véritable manque de poids. Cependant, ils sont toujours attirés par la Terre, la Lune, le Soleil et toutes les autres masses de l'Univers. Alors, comment fonctionne la gravité zéro et cela se produit-il? Cette question a été posée par l'un des lecteurs:

J'entends parler d'expériences menées sur l'ISS en gravité zéro, ainsi que de l'étude de personnes existant en gravité zéro. Mais y a-t-il une gravité zéro?

Une très bonne question, malgré le fait que vous puissiez ressentir cette sensation non seulement dans l'espace.


Attraction "chute libre" dans le parc d'attractions " Six Flags Over Georgia ", 2006

Pensez à la différence entre ce que vous faites maintenant - et vous êtes probablement assis - et la chute libre. La différence n'est pas dans le fauteuil, ni dans le siège ni dans la force de gravité qui s'exerce sur vous. Tout cela peut être conservé pendant le vol - comme dans une balade avec une chute libre. La différence est que vous sentez le siège (ou le sol ou le lit) vous pousser dans la direction opposée, résistant à la gravité. Le fait que vous ne ressentiez pas la sensation de chute n'est pas lié à la gravité, mais à la force normale. C'est normal non pas parce que c'est l'opposé de l'anormal, mais parce qu'il est dirigé le long de la normale, c'est-à-dire qu'il est perpendiculaire à la surface sur laquelle vous vous tenez, vous asseyez ou vous couchez.


La force de gravité (rouge) et la force normale (bleu), de magnitude égale et de sens opposé, affectent toute masse sur Terre

Éliminons ce pouvoir. Cela peut être fait, par exemple:

1. En enlevant la surface qui le rend - le sol, la chaise, peu importe.
2. Désactiver la gravité, à cause de laquelle vous perdrez du poids.
3. En désactivant l'interaction électromagnétique entre vous et les atomes de la surface.

Dans le premier cas, vous tombez simplement comme si vous étiez soudainement apparu dans les airs et avez commencé à tomber. Dans la seconde, vous comprendrez que la force normale n'a agi que parce que la gravité vous a tiré vers la Terre, et que le sol était sur son chemin et vous a repoussé avec la même amplitude de force opposée dans la direction , à cause de laquelle vous êtes resté en place. Si vous désactivez la gravité, son effet sera nul et le même sera égal à lui, la direction opposée de la force. Dans le troisième cas, la gravité restera et vous tirera vers le centre de la Terre, mais sans les forces électromagnétiques agissant entre les atomes du sol et vos atomes, vous tomberez.



Seule la force gravitationnelle agit sur le corps qui tombe, et il semble qu'elle décrive une parabole, mais en fait c'est une petite partie de l'ellipse, dont l'un des foyers est au centre de la Terre. Si vous désactivez l'électromagnétisme, la balle décrirait une ellipse complète en environ 90 minutes

Ces trois cas sont très différents. Dans le premier cas, la gravité vous entraînerait au centre de la Terre, avec une accélération qui s'arrêterait soit en raison de la friction contre l'air, soit en raison de l'action de la Terre ou d'un autre corps solide sur vous. Dans le second cas, vous deviendriez apesanteur et n'accéléreriez pas du tout - ce serait la gravité zéro. Dans le troisième, vous accélérez en vous déplaçant vers le centre de la Terre, décrivant un ellipsoïde avec le centre de la Terre dans l'un des foyers, et revenez au point de départ dans environ 90 minutes

Mais dans les trois cas, au tout début, vous ressentiriez le même sentiment.


Astronautes et fruits à bord de l'ISS. La gravité n'est pas désactivée, mais elle accélère de la même manière, ce qui conduit à une sensation de gravité nulle

Cette sensation de manque de poids, de soulèvement de l'estomac, de désorientation - c'est la sensation de gravité zéro. Encore plus étrange est le fait que vous ne pouviez pas distinguer les deuxième et troisième options sans ouvrir les yeux. Il est impossible de distinguer la déconnexion de la gravité de l'accélération continue avec chute libre. Cela peut sembler contre-intuitif, mais c'est l'essence, le principe de base, qui a conduit Einstein à la formulation de la relativité générale. Et voici ce que nous savons aujourd'hui du principe de l'équivalence d'Einstein.


Le même comportement d'une balle tombant au sol dans une fusée accélérée et sur Terre - une démonstration du principe d'équivalence d'Einstein

Le principe postule qu'il est impossible de faire la distinction entre l'accélération gravitationnelle et toute autre forme d'accélération - par exemple, la propulsion de fusée. Si, avec votre système de référence, vous accélérez simultanément et uniformément, alors votre position sera équivalente à l'absence d'accélération [étant dans un champ gravitationnel - env. trad.]. La force que vous ressentez sur Terre, tournant autour de son axe et se déplaçant autour du Soleil, est identique à la force que vous ressentiriez si le Soleil disparaissait, et la Terre tournerait simplement seule dans les profondeurs de l'espace.



En parlant de gravité zéro, nous ne voulons pas dire que la gravité disparaît. Il n'y a aucun endroit dans l'Univers où nous pourrions nous cacher de la gravité, et nous n'en avons pas besoin. Nous avons seulement besoin de désactiver la force normale, ce qui signifie que nous et notre système de référence pouvons tomber ensemble uniformément. Nous devons seulement accélérer avec notre environnement. Ce principe fonctionne également pendant le vol sur la «comète vomi», lorsque les moteurs de l'avion sont éteints, et il tombe librement pendant environ 40 secondes, et vous êtes à bord.


Passagers d'une comète vomi en 2006 lors d'un saut zéro gravité

Votre sensation de gravité zéro peut être comme une chute, mais sans que l'air ne se précipite. C'est juste qu'il n'y a pas de gravité relative entre vous et ce que vous ressentez comme une direction "vers le bas". Si vous vous exposez à la gravité zéro pendant longtemps dans ce sens, vous commencerez à souffrir de diverses affections physiques: perte osseuse, atrophie musculaire, vision trouble ou même cécité, perte de cors sur les jambes (ce qui entraîne une perte de peau sur les pieds) et, en l'absence de rassemblant vos entrailles de force, augmentation de la formation de gaz. Et ce sont tous les risques que prennent les astronautes. Un membre de l'expédition Apollo 16, John Young, est connu pour souffrir en particulier de flatulences sur la Lune, qu'il attribue au jus d'orange de Floride.



Littéralement, il n'y a pas de gravité zéro dans l'Univers, car vous ne pouvez pas vous cacher d'une force à longue portée. Mais du point de vue des sensations physiques de votre corps, tant que votre environnement est uniformément accéléré avec vous, vous ne pouvez pas trouver la différence. Zéro gravité et chute libre sont synonymes si vous les évaluez du point de vue de votre expérience. Ainsi, bien que rien dans l'Univers ne puisse connaître la gravité zéro, si vous laissez simplement la gravité vous tirer vers le bas - jusqu'à ce que vous tombiez sur quelque chose qui vous résistera - vous obtiendrez le meilleur remplacement possible pour cet effet. Au moins c'était suffisant pour Einstein, c'était suffisant pour les astronautes, et cela devrait être suffisant pour nous aussi.

Ethan Siegel - astrophysicien, vulgarisateur scientifique, auteur de Starts With A Bang! Il a écrit les livres «Beyond the Galaxy» [ Beyond The Galaxy ] et «Tracknology: the science of Star Trek» [ Treknology ].