Principe d'équivalence

Le principe d'équivalence stipule que les effets de la gravité sont localement identiques à ceux de l'accélération, de sorte que tous les corps tombent avec la même accélération quelle que soit leur composition.

Definition

Le principe d'équivalence est l'énoncé selon lequel la masse gravitationnelle et la masse inertielle sont égales, de sorte que dans un référentiel en chute libre suffisamment petit, la gravité est localement indétectable et les lois de la physique se réduisent à celles de la relativité restreinte.

Scope

Ce sujet aborde le principe d'équivalence faible (universalité de la chute libre), le principe d'équivalence d'Einstein qui ajoute l'invariance de Lorentz locale et l'invariance de position locale, le principe d'équivalence fort s'étendant aux corps gravitants, les expériences de pensée des ascenseurs en chute libre et des fusées en accélération, ainsi que les tests de précision qui limitent toute violation.

Core questions

• Pourquoi tous les objets tombent-ils avec la même accélération dans un champ gravitationnel ?
• En quel sens un laboratoire en chute libre est-il indiscernable d'un laboratoire dans l'espace vide ?
• Avec quelle précision le principe d'équivalence a-t-il été testé, et pourrait-il échouer ?

Key concepts

• Masse inertielle versus masse gravitationnelle
• Universalité de la chute libre
• Invariance de Lorentz locale
• Invariance de position locale
• Expérience de pensée de l'ascenseur en chute libre
• Tests de type Eötvös

Key theories

Universalité de la chute libre

Parce que la masse gravitationnelle et la masse inertielle sont égales, tous les corps tombent avec la même accélération, indépendamment de leur masse ou de leur composition, ce fait empirique permettant d'éliminer localement la gravité en se plaçant dans un référentiel en chute libre.

Principe d'équivalence d'Einstein

Dans tout référentiel local en chute libre, les lois non gravitationnelles de la physique prennent leur forme relativiste restreinte, indépendamment de la vitesse et de la position du référentiel, ce qui constitue l'énoncé précis sous-jacent à la description géométrique de la gravité.

Clinical relevance

Le principe d'équivalence est testé avec une précision toujours croissante car toute violation signalerait une nouvelle physique au-delà de la relativité générale ; les expériences de balance de torsion et de télémétrie laser lunaire, ainsi que le satellite MICROSCOPE, contraignent les forces dépendant de la composition qui pourraient découler de champs supplémentaires ou d'une gravité modifiée.

History

L'égalité de la masse gravitationnelle et inertielle a été vérifiée par Newton et affinée par Eötvös vers 1900 à l'aide de balances de torsion ; Einstein l'a élevée au rang de principe fondamental en 1907, la qualifiant de sa pensée la plus heureuse, et les expériences modernes Eot-Wash et spatiales la confirment à 10^-15 près.

Key figures

• Albert Einstein
• Lorand Eotvos
• Robert Dicke

Seminal works

• einstein1916
• mtw1973

Frequently asked questions

Le principe d'équivalence est-il exact ou seulement approximatif ?

Il n'est exact que dans la limite d'une région infinitésimale ; sur toute région étendue, des effets de marée dus à la variation du champ gravitationnel réel apparaissent, et ces forces de marée résiduelles sont précisément ce que décrit la courbure de l'espace-temps.

Que signifierait la découverte d'une violation par un test ?

Une différence mesurée dans l'accélération de chute libre de différents matériaux impliquerait une nouvelle interaction dépendante de la composition, falsifiant la forme la plus simple de la relativité générale et orientant vers des champs supplémentaires tels que ceux prédits par certaines théories unifiées ou du secteur sombre.