Tout ce qui existe, de nous-mêmes à la plus lointaine des galaxies, est animé par les mêmes lois fondamentales. À l’instar des 8 notes qui nous permettent de composer une infinité de morceaux de musique, les 4 forces que je vais vous présenter font circuler l’énergie du tout. Elles sont les acteurs de ce théâtre qu’est la nature.
Imaginez un instant l’univers comme un théâtre où 4 acteurs principaux orchestrent tous les spectacles que vous observez.
Laissez moi maintenant vous présenter ce casting :
– LA FORCE GRAVITATIONNELLE :
Acte I – Isaac NEWTON
Nous sommes en 1666, le jeune Isaac, âgé de 23 ans, se trouve dans sa maison natale de Woolsthrope-by-Colsterworth, à 170 km au nord de Londres.
L’Angleterre est alors confinée à cause d’un fléau nommé la Peste, et Newton, étudiant à Cambridge, n’échappe pas à la règle. Cette situation nous rappelle notre propre expérience récente avec le confinement dû au COVID-19, où le monde entier s’est arrêté.
Assis dans le jardin familial, il se détend, bercé par le frémissement des arbres animés par le vent.
Apaisé, son regard détecte un mouvement perpendiculaire. Une pomme vient de tomber du majestueux « Flower of Kent » (une variété de pommier), non pas sur sa tête comme le prétend la culture populaire, mais bien sur le sol.
Le jeune Isaac laisse vagabonder son esprit et, de cette observation, découle une série de questions :
Pourquoi ne tombe-t-elle pas vers le haut ou sur le côté, mais toujours vers le centre de la Terre ? Cette force qui fait tomber la pomme, peut-elle s’étendre jusqu’à la Lune ? Est-elle la même force qui maintient la Lune en orbite autour de notre planète ?
De ces interrogations naît notre premier acteur : j’ai nommé « La Force Gravitationnelle« .
Pour vous la représenter, imaginez des billes sur une toile tendue (ou une nappe pour les gourmets 😊) : plus un objet est massif, plus il déforme la toile.
Einstein aimait utiliser cette image simple et ludique pour expliquer cette force fondamentale. En 1915, il perfectionna la compréhension de la gravité universelle, énoncée par Newton dans son célèbre « Principia Mathematica » en 1687, en découvrant la relativité générale, démontrant que la gravité déforme même l’espace-temps.
Maintenant, entre en scène notre second acteur : j’ai nommé « La Force Électromagnétique« .
Acte II : Scène I – La grenouille et la pile.
Nous voici en 1780, à Bologne, en Italie. Un professeur de médecine âgé de 43 ans, Luigi Galvani, est en pleine recherche sur le fonctionnement des nerfs et des muscles. Pour ses expériences, il utilise des grenouilles (déjà mortes !) sur lesquelles il stimule le système nerveux et musculaire à l’aide de l’électricité. Lors d’une de ces expériences, il observe la contraction des pattes de la grenouille.
Il pense alors avoir découvert ce qu’il nomme « l’électricité animale ». Bien qu’il se trompe, son rival, Alessandro Volta, démontrera qu’il s’agit d’une réaction électrochimique entre différents métaux. Cette découverte permettra à Volta d’inventer la première pile électrique reconnue par la science.
Scène II :
Quittons maintenant l’Italie pour l’université de Copenhague, au Danemark.
Nous sommes en 1820. Hans Christian Oersted, professeur de physique chimie, donne un cours sur l’électricité. Pour ce faire, il utilise un fil métallique en platine parcouru par un courant électrique généré par une pile voltaïque (l’invention de M. Volta !).
Son objectif est simple : montrer l’effet thermique du courant électrique. Sur sa table de démonstration se trouve une boussole. En l’observant, il remarque que l’aiguille, qui indique normalement le Nord magnétique, dévie lorsque le fil à proximité est parcouru par le courant électrique.
Cette anecdote est connue sous le nom de « l’expérience accidentelle d’Oersted », qui démontre l’interaction entre électricité et magnétisme (électromagnétisme).
Scène III :
Rendons maintenant visite à un individu passionnant, autodidacte et intuitif : Michael Faraday.
Faraday, à l’origine des cages qui portent son nom, en 1831, propose une image précise de l’action des champs magnétiques. Il s’inspire d’une ancienne expérience qu’il remet au goût du jour, en utilisant de la limaille de fer et un électro-aimant. Il observe alors le comportement dynamique des particules magnétiques. Cette expérience est nommée la « danse de Faraday » et illustre le fonctionnement des lignes du champ magnétique.
Scène IV : « L’unificateur » – Les Équations de Maxwell.
Découvrons maintenant l’un des inspirateurs d’Albert Einstein : James Clerk Maxwell, connu pour sa vision d’unificateur.
Maxwell, physicien et excellent mathématicien, possède un instinct remarquable et la capacité de se représenter des concepts complexes. En 1860, il publie la première mouture de ses équations.
Mais pourquoi appelle-t-on ces équations « les équations de Maxwell », alors qu’elles ne sont pas toutes de lui ? Car Maxwell, tout comme Einstein, a su unifier, améliorer et extrapoler les équations de :
– La loi de Gauss pour l’électricité : décrivant comment les charges électriques créent des champs électriques.
– La loi de Gauss pour le magnétisme : indiquant qu’il n’existe pas de monopole magnétique.
– La loi de Faraday et de l’induction : montrant comment un champ magnétique variable dans le temps induit un champ électrique.
– La loi d’Ampère (avec la correction de Maxwell) : décrivant comment les courants électriques produisent des champs magnétiques.
Maxwell a non seulement unifié ces lois, mais il a également su y voir un lien, une récurrence, une vision d’ensemble. Comme un mot dont les lettres sont mélangées, son éloquence mathématique lui a permis d’introduire l’équation du courant de déplacement, une véritable pièce maîtresse de la compréhension des forces qui régissent notre univers.
Cette première partie sur les quatre forces de l’univers touche à sa fin. J’espère que vous avez apprécié ces rencontres passionnantes avec les figures marquantes qui ont enrichi notre compréhension du monde autant que moi.
LA SUITE AU PROCHAIN EPISODE
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