Des siècles plus tard, la constante gravitationnelle de Newton ne peut toujours pas être cernée

Big G, officiellement connu sous le nom de constante gravitationnelle de Newton, décrit la force de la gravité. Mais sa valeur précise reste un mystère.

Neil Webb

Par James R. Riordon

20 juillet 2023 à 8h00

Il y avait un secret à l'intérieur de l'enveloppe entre les mains de Stephan Schlamminger, l'un des plus grands experts mondiaux en tests expérimentaux de gravité. Il semblait sur le point d'ouvrir l'enveloppe lors d'une présentation lors de la réunion d'avril 2022 de l'American Physical Society, pour lire un numéro qui révélerait si ses derniers efforts dans une passion de toute une vie avaient été un succès.

Schlamminger, de l'Institut national des normes et technologies de Gaithersburg, dans le Maryland, a cherché à mesurer la constante gravitationnelle de Newton. Le numéro secret dans l’enveloppe était une sorte de code – une erreur intentionnelle et spécifique insérée dans son expérience NIST pour masquer la mesure au fur et à mesure de sa progression. Une seule personne connaissait le numéro. Et cette personne n’était pas Schlamminger.

Sans y avoir accès, il ne pouvait pas savoir ce que l'expérience avait révélé. Schlamminger s'était imposé le secret pour se protéger contre les préjugés dans l'expérience, y compris les préjugés inconscients qui peuvent assaillir même les meilleurs expérimentateurs. Il s'agissait d'une précaution supplémentaire pour garantir l'intégrité d'une expérience qui pourrait aider à démêler de mystérieuses divergences dans les mesures de la constante, connue sous le nom de G, qui se sont glissées au cours des dernières décennies.

G, souvent appelé « grand G » (pour le distinguer de « g », qui dépend de G et est le cas particulier de l’accélération de la gravité près de la surface de la Terre), reflète la force de gravité entre tout objet ayant une masse. Il détermine les orbites des planètes et des galaxies et décrit la force qui vous attire vers le sol. Personne ne sait comment prédire théoriquement quelle devrait être la valeur réelle de G, explique Clive Speake, physicien à l'Université de Birmingham en Angleterre qui a développé l'instrument que Schlamminger utilise au NIST.

C'est également très difficile à mesurer. Après deux siècles d’amélioration de la précision, les récentes mesures de G sont troublantes. Une poignée de laboratoires à travers le monde ont trouvé des valeurs qui ne sont pas d'accord (SN Online : 30/04/15). Les valeurs dispersées pourraient être le signe de problèmes avec les techniques de mesure parmi les différents groupes, ou il pourrait y avoir un aspect plus intrigant.

«Il y a cet éléphant obsédant dans la pièce qui suggère qu'il se passe peut-être quelque chose que nous ne comprenons pas», dit Speake. "Si les mesures sont correctes, cela pourrait être la plus grande découverte depuis Newton."

Comme tant de présentations scientifiques à l’époque du COVID-19, la révélation de Schlamminger devait être virtuelle. Vraisemblablement, d’autres physiciens et journalistes scientifiques du monde entier étaient, comme moi, penchés devant des écrans, attendant de voir ce que le numéro secret nous dirait sur G.

Le moment était venu d’ouvrir l’enveloppe. Mais le flux vidéo s'est arrêté. La grande révélation avait été annulée. Des écarts déroutants dans les mesures signifiaient que les chiffres ne pouvaient pas être fiables. L'enveloppe resterait scellée pendant au moins un an pendant que Schlamminger retournait au laboratoire pour prendre une autre photo de l'une des mesures les plus difficiles de la physique.

La constante gravitationnelle de Newton est un terme inapproprié. Bien qu'Isaac Newton ait développé sa théorie de la gravité au XVIIe siècle, il ne pensait pas en termes de G. Il s'intéressait principalement à la manière dont la force déplaçait les objets. Les pommes qui tombent, les planètes en orbite et la forme étonnamment écrasée de la Terre ne sont que quelques-uns des innombrables phénomènes expliqués par la théorie de Newton, le tout sans mentionner explicitement G. La constante, nommée en l'honneur de Newton deux siècles plus tard, était plutôt enveloppée dans les masses impliquées. .

Nous savons maintenant que la théorie de Newton n’est qu’une approximation de la version plus globale de la gravité d’Einstein, la théorie de la relativité générale. Il a fallu la théorie d'Einstein pour expliquer l'intense gravité des trous noirs et la déformation de l'espace et du temps. Pourtant, ici sur Terre, c'est la théorie de la gravité de Newton qui préoccupe Schlamminger et d'autres qui souhaitent mesurer G.