Les forces vues comme un changement de repère

En théorie, on peut avoir un modèle de l’Univers dans lequel la Terre est le centre. C’est faisable, mais les formulations sont tellement compliquées que la simplification du modèle, est la principale raison pour laquelle les sciences donnent les équations du mouvement des planètes autour du Soleil plutôt que des équations du mouvement relatif du Soleil et des planètes, autour de la Terre.

Le modèle héliocentrique est plus simple que le modèle géocentrique, pour le mouvement des astres du système solaire. Mais un modèle centré sur la Voie Lactée, est plus simple pour décrire le mouvement de notre étoile et des autres étoiles de notre galaxie.

De la même manière, un changement de repère peut simplifier le modèle de certaines forces (au lieu d’orbites), et même parfois les expliquer.

Dans la première vidéo, trois forces : la force centrifuge, la force centripète et la force de Coriolis. Ces trois forces peuvent être décrites par un modèle plus simple, décentré de l’objet en rotation. Au lieu de prendre l’objet en rotation comme un repère fixe, un modèle peut placer l’objet dans un repère plus englobant, dans lequel cet objet est en rotation. Il ne reste alors plus aucune des trois forces mentionnées plus haut, mais juste la rotation et le mouvement inertiel, temps que ce dernier n’est pas empêché, ne rencontre pas d’obstacle.

On associe facilement force et énergie. Dans le cas de la première vidéo, on peut remarquer que si les trois forces disparaissent, on lui substitue quand‑même une énergie potentielle, celle du mouvement cinétique de l’objet en rotation : les forces n’ont pas disparues, elles sont seulement vues d’un autre point de vue.

Dans la seconde vidéo, la gravitation, habituellement présentée comme une force, est présentée comme une illusion, ce qui me semble quand‑même délicat à dire. L’auteur rappel qu’une masse dans l’espace, ne fait pas que déformer l’espace, mais aussi le temps, et que tout objet se déplace obligatoirement dans l’espace‑temps à la vitesse de la lumière (mal nommée, mais c’est le terme le plus usuel). Un objet ne se déplaçant relativement pas vite dans l’espace, ne peut que beaucoup se déplacer dans le temps, ce qui peut lui faire percevoir le temps comme non‑statique. Rappeler qu’une masse ne courbe pas que l’espace, mais aussi le temps, implique d’imaginer la courbure d’une chose non‑statique pour s’expliquer la cause de qu’on perçoit comme la gravitation. Mais pour comprendre la déformation d’une chose non‑statique, ce qui me semble venir le plus naturellement, est d’imaginer une force et son champs, et alors retour à la case départ. Pourtant, cet autre repère, qui pour être compris intuitivement, nécessite de revenir à la force qu’il est censé expliquer, peut expliquer des phénomène qui ne sont pas compréhensibles autrement, comme le fait que la gravitation d’un astre, n’agit pas de la même manière selon sa vitesse de rotation sur lui‑même. La gravitation comme une simple force orientée vers la Terre par exemple, ne peut pas expliquer la légère déformation supplémentaire de l’espace‑temps, que sa rotation sur elle‑même produit aussi ; à moins de définir une seconde force pour ce phénomène, et on peut alors revenir au cas de la première vidéo, pour comprendre l’intérêt du changement de repère pour ne pas définir autant de forces qu’il y a de phénomènes.

Dans la troisième vidéo, est expliqué que l’Univers est sujet à des invariants, et que certaines forces apparentent, les forces d’interaction entre les particules, sont une conséquence de deux choses : la préservation de ces invariants et le fait que tout point de l’Univers, ce qui inclut chaque particules, peut être vu comme un centre de l’Univers. Ce cas est différent des deux précédents : le changement de repère, rendu nécessaire par l’existence d’une multitude de repères tous autant valable les uns que les autres et devant tous être pris en compte, est la seule explication de la force, plutôt que d’être un moyen d’avoir un modèle plus simple de forces déjà identifiées (ou disons que la physique est passée directement du cas le plus compliqué au cas le plus simple, mais peut‑être que le cas le plus compliqué qui a été omis, pourrait s’avérer plus simple dans certains cas, et qu’il ne serait alors pas inutile de chercher à retrouver l’étape dont on a fait l’économie).

Le cas de la troisième vidéo, pourrait suggérer de distinguer les forces d’interaction et les autres forces.

L’effet Coriolis — ScienceClic — 2020


Une nouvelle façon d’illustrer la Relativité Générale — ScienceClic — 2020


Les symétries de l’Univers — ScienceClic — 2021


— Édit du 2024-11-21 —

Un thème en rapport, est l’idée que la physique est un modèle du monde, plus qu’elle ne dit ce qu’est le monde. Il existe deux moyens de calculer la trajectoire d’un objet ou d’un rayon lumineux : en appliquant les règles de Newtons ou en appliquant le principe de moindre action. Les deux approches donnent le même résultat, mais leurs interprétations sont différentes. Le principe de moindre action peut être ressenti comme plus élégant, mais il n’existe rien qui permette de montrer qu’il décrit plus la réalité qu’une autre approche, les deux donnant les mêmes prédictions.

C’est raconté dans la vidéo ci‑dessous :

Lagrangian Mechanics - A beautiful way to look at the world — 11 Mars 2019
Contrairement à ce que peut laisser penser son titre, la vidéo n’aborde pas les maths, plutôt le principe.


Cette autre vidéo parle de la même chose, mais plus ardue à suivre, parlant un peu moins d’idées et plus de mathématiques :

Is action the most fundamental property in physics? — PBS Space Time — 2 Novembre 2021