Le Pendule de Foucault et le Principe de Mach
Posté : 26 oct.16, 03:45
Voilà ce qu'on peut lire dans Le Cosmos et le Lotus ou dans L'infini dans la paume de la main ouvrages de vulgarisation de l'astrophysicien Xuan Thuan Trinh.
Et si la Terre tournait sur elle-même ?
"Le physicien Français Léon Foucault voulait démontrer que la Terre tournait sur elle-même.
En 1851, dans une expérience restée célèbre et qui est maintenant reproduite dans de nombreux musées des sciences du monde, il attacha un pendule à la voûte du panthéon, à Paris.
Une fois lancé, le pendule a un comportement remarquable : son plan d'oscillation pivote au fil des heures. Si on le lance dans la direction nord-sud, au bout de quelques heures il oscillera dans la direction est-ouest, et si nous étions aux pôles, le pendule ferait un tour complet en exactement 24 heures. A Paris, à cause d'un effet de latitude, le pendule n'accomplit qu'une fraction de tour en une journée.
Pourquoi le plan du pendule pivote-t-il ?
Foucault répondit que ce mouvement n'était qu'apparent : le plan d'oscillation du pendule reste fixe et c'est la Terre qui tourne.
Ayant mis en évidence la rotation de la Terre, il s'en contenta.
(NDLR : Voici deux vidéos de 5 minutes vous permettant de mieux comprendre l'expérience initiale de Foucault en 1851 de deux manières différentes :
Mais la réponse de Foucault était incomplète, car un mouvement ne peut être décrit que par rapport à un repère fixe : le mouvement absolu n'existe pas. Le mouvement n'existe pas en soi, mais relativement à autre chose.
La Terre doit "tourner'' par rapport à quelque chose qui ne tourne pas.
Mais comment trouver ce quelque chose ?
Afin de tester l'immobilité d'un point de repère, un astre par exemple, il suffit de lancer le pendule dans sa direction. Si l'astre est immobile, il restera dans le plan d'oscillation du pendule, dont on sait qu'il est fixe. Si l'astre bouge, il dérivera lentement en dehors du plan.
Essayons des objets astronomiques connus, des plus proches aux plus lointains.
- Si nous orientons le plan de notre pendule vers le Soleil, ce dernier sort perceptiblement du plan d'oscillation après quelques semaines.
(NDLR : A l’échelle d’une journée, le pendule semble suivre le mouvement du Soleil, mais une observation de quelques semaines montre que ce n’est pas le cas : le Soleil finit par se déplacer par rapport au plan d’oscillation)
- Les étoiles les plus proches, situées à quelques années-lumière, font de même après quelques années.
- La galaxie Andromède, située à deux millions d'années-lumière, dérive mois, mais finit par sortir du plan. Le temps passé dans le plan s'allonge et la dérive tend graduellement vers zéro au fur et à mesure que les objets testés sont plus éloignés.
- Seuls les amas de galaxies les plus lointains, situés à des milliards d'années-lumière, aux confins de l'univers connu, ne dérivent pas par rapport au plan d'oscillation initial du pendule.
(NDLR : On se repère alors par rapport aux étoiles lointaines, mais on constate au bout de quelques années que celles-ci se déplacent également par rapport au plan d’oscillation du pendule : les étoiles ne sont pas fixes, elles tournent lentement autour du centre galactique. Il faut alors pointer le centre de la galaxie. Là encore, une observation patiente (l’effet est sensible au bout de milliers d’années !) montrerait que le centre de la Galaxie dévie par rapport au plan d’oscillation du pendule. Il en est de même pour des galaxies proches, pour des galaxies plus lointaines, pour l’amas local de galaxies...)
Pourquoi y aurait-il un plan privilégié ?
Il n'y a pas de plan privilégié. Toutes les directions sont équivalentes. Quelle que soit la direction dans laquelle on a lancé le pendule au début, son plan d'oscillation reste fixe, mais pas par rapport aux objets célestes proches, mais par rapport aux amas de galaxies les plus lointains que l'on puisse détecter dans cette direction.
La conclusion à tirer de ces expériences est extraordinaire : le pendule de Foucault ajuste son comportement non pas en fonction de son environnement local, mais en fonction des galaxies les plus éloignées, c'est-à-dire de l'univers tout entier, puisque la quasi-totalité de la masse visible de l'univers se trouve non pas dans les étoiles proches, mais dans ces galaxies lointaines.
(NDLR : Tout se passe comme si le plan d’oscillation du pendule était immobile par rapport à l’univers le plus lointain connu, les quasars par exemple. Cette influence des masses les plus lointaines sur le comportement du pendule est surprenante. On a baptisé cette influence le principe de Mach).
En d'autres termes, ce qui se trame chez nous se décide dans l'immensité cosmique : ce qui se passe sur notre minuscule planète dépend de la totalité des structures de l'univers.
Pourquoi le pendule de Foucault se comporte-il ainsi ?
On ne connaît pas la réponse pour l'instant.
Le philosophe et physicien autrichien Ernst Mach y voyait une sorte d'omniprésence de la matière et de son influence.
(NDLR : Mach veut débarrasser la science des idéologies, c’est-à-dire des idées qui ne peuvent être prouvées par l’expérience)
Selon lui, la masse d'un objet - la quantité qui mesure son inertie, c'est-à-dire sa résistance au mouvement - est le résultat de l'influence de l'univers tout entier sur cet objet. C'est ce qu'on appelle le principe de Mach (*). Lorsqu'on peine à pousser une voiture, la résistance qu'elle exerce au mouvement émane de la totalité de l'univers. Mach n'a jamais formulé en détail cette influence universelle mystérieuse, qui est distincte de la gravité, et personne n'a su le faire depuis."
(NDLR : http://anthelmelee.com/textes/Mach_anthelme.pdf)
(*) En physique théorique, le principe de Mach est une conjecture selon laquelle l'inertie des objets matériels serait induite par « l'ensemble des autres masses présentes dans l'univers », par une interaction non spécifiée. Ce principe a été forgé par le physicien Ernst Mach par extension du principe de relativité aux questions d'inertie : pour Mach, parler d'accélération ou de rotation par rapport à un espace absolu n'a aucun sens, et il vaut mieux parler d'accélération par rapport à des masses lointaines. Ce principe est immédiatement tiré des expériences de Mach sur la physique des sensations, et correspond à sa volonté délibérée d'organiser les notions de la physique d'une manière cohérente avec le donné sensoriel dont il a conduit une très rigoureuse étude expérimentale, relatée dans "la physique des sensations" (Die Analyse der Empfindungen und das Verhältnis des Physischen zum Psychischen, (1re édition 1886, 2e édition revue et augmentée 1900)).
https://fr.wikipedia.org/wiki/Principe_de_Mach
En résumé : si le pendule ou l’axe d’un gyroscope est dirigé selon une galaxie très lointaine il conservera sa direction d'oscillation. Tout se passe comme "s’il" choisissait d’ignorer la présence, proche de lui et localement, de notre planète, pour orienter sa course sur les corps célestes distants, dont la somme des masses représente la quasi totalité de la matière de l’univers observable.
Pourquoi cette étonnante immobilité par rapport à l’ensemble de l’univers ?
Quelle force mystérieuse agirait et expliquerait cette "interdépendance" ?
Un peu plus ardu maintenant, comment expliquer ce phénomène du point de vue de la relativité Générale ?
http://math.univ-lyon1.fr/~mizony/penduleF.htm
Cordialement,
Ase
Et si la Terre tournait sur elle-même ?
"Le physicien Français Léon Foucault voulait démontrer que la Terre tournait sur elle-même.
En 1851, dans une expérience restée célèbre et qui est maintenant reproduite dans de nombreux musées des sciences du monde, il attacha un pendule à la voûte du panthéon, à Paris.
Une fois lancé, le pendule a un comportement remarquable : son plan d'oscillation pivote au fil des heures. Si on le lance dans la direction nord-sud, au bout de quelques heures il oscillera dans la direction est-ouest, et si nous étions aux pôles, le pendule ferait un tour complet en exactement 24 heures. A Paris, à cause d'un effet de latitude, le pendule n'accomplit qu'une fraction de tour en une journée.
Pourquoi le plan du pendule pivote-t-il ?
Foucault répondit que ce mouvement n'était qu'apparent : le plan d'oscillation du pendule reste fixe et c'est la Terre qui tourne.
Ayant mis en évidence la rotation de la Terre, il s'en contenta.
(NDLR : Voici deux vidéos de 5 minutes vous permettant de mieux comprendre l'expérience initiale de Foucault en 1851 de deux manières différentes :
Mais la réponse de Foucault était incomplète, car un mouvement ne peut être décrit que par rapport à un repère fixe : le mouvement absolu n'existe pas. Le mouvement n'existe pas en soi, mais relativement à autre chose.
La Terre doit "tourner'' par rapport à quelque chose qui ne tourne pas.
Mais comment trouver ce quelque chose ?
Afin de tester l'immobilité d'un point de repère, un astre par exemple, il suffit de lancer le pendule dans sa direction. Si l'astre est immobile, il restera dans le plan d'oscillation du pendule, dont on sait qu'il est fixe. Si l'astre bouge, il dérivera lentement en dehors du plan.
Essayons des objets astronomiques connus, des plus proches aux plus lointains.
- Si nous orientons le plan de notre pendule vers le Soleil, ce dernier sort perceptiblement du plan d'oscillation après quelques semaines.
(NDLR : A l’échelle d’une journée, le pendule semble suivre le mouvement du Soleil, mais une observation de quelques semaines montre que ce n’est pas le cas : le Soleil finit par se déplacer par rapport au plan d’oscillation)
- Les étoiles les plus proches, situées à quelques années-lumière, font de même après quelques années.
- La galaxie Andromède, située à deux millions d'années-lumière, dérive mois, mais finit par sortir du plan. Le temps passé dans le plan s'allonge et la dérive tend graduellement vers zéro au fur et à mesure que les objets testés sont plus éloignés.
- Seuls les amas de galaxies les plus lointains, situés à des milliards d'années-lumière, aux confins de l'univers connu, ne dérivent pas par rapport au plan d'oscillation initial du pendule.
(NDLR : On se repère alors par rapport aux étoiles lointaines, mais on constate au bout de quelques années que celles-ci se déplacent également par rapport au plan d’oscillation du pendule : les étoiles ne sont pas fixes, elles tournent lentement autour du centre galactique. Il faut alors pointer le centre de la galaxie. Là encore, une observation patiente (l’effet est sensible au bout de milliers d’années !) montrerait que le centre de la Galaxie dévie par rapport au plan d’oscillation du pendule. Il en est de même pour des galaxies proches, pour des galaxies plus lointaines, pour l’amas local de galaxies...)
Pourquoi y aurait-il un plan privilégié ?
Il n'y a pas de plan privilégié. Toutes les directions sont équivalentes. Quelle que soit la direction dans laquelle on a lancé le pendule au début, son plan d'oscillation reste fixe, mais pas par rapport aux objets célestes proches, mais par rapport aux amas de galaxies les plus lointains que l'on puisse détecter dans cette direction.
La conclusion à tirer de ces expériences est extraordinaire : le pendule de Foucault ajuste son comportement non pas en fonction de son environnement local, mais en fonction des galaxies les plus éloignées, c'est-à-dire de l'univers tout entier, puisque la quasi-totalité de la masse visible de l'univers se trouve non pas dans les étoiles proches, mais dans ces galaxies lointaines.
(NDLR : Tout se passe comme si le plan d’oscillation du pendule était immobile par rapport à l’univers le plus lointain connu, les quasars par exemple. Cette influence des masses les plus lointaines sur le comportement du pendule est surprenante. On a baptisé cette influence le principe de Mach).
En d'autres termes, ce qui se trame chez nous se décide dans l'immensité cosmique : ce qui se passe sur notre minuscule planète dépend de la totalité des structures de l'univers.
Pourquoi le pendule de Foucault se comporte-il ainsi ?
On ne connaît pas la réponse pour l'instant.
Le philosophe et physicien autrichien Ernst Mach y voyait une sorte d'omniprésence de la matière et de son influence.
(NDLR : Mach veut débarrasser la science des idéologies, c’est-à-dire des idées qui ne peuvent être prouvées par l’expérience)
Selon lui, la masse d'un objet - la quantité qui mesure son inertie, c'est-à-dire sa résistance au mouvement - est le résultat de l'influence de l'univers tout entier sur cet objet. C'est ce qu'on appelle le principe de Mach (*). Lorsqu'on peine à pousser une voiture, la résistance qu'elle exerce au mouvement émane de la totalité de l'univers. Mach n'a jamais formulé en détail cette influence universelle mystérieuse, qui est distincte de la gravité, et personne n'a su le faire depuis."
(NDLR : http://anthelmelee.com/textes/Mach_anthelme.pdf)
(*) En physique théorique, le principe de Mach est une conjecture selon laquelle l'inertie des objets matériels serait induite par « l'ensemble des autres masses présentes dans l'univers », par une interaction non spécifiée. Ce principe a été forgé par le physicien Ernst Mach par extension du principe de relativité aux questions d'inertie : pour Mach, parler d'accélération ou de rotation par rapport à un espace absolu n'a aucun sens, et il vaut mieux parler d'accélération par rapport à des masses lointaines. Ce principe est immédiatement tiré des expériences de Mach sur la physique des sensations, et correspond à sa volonté délibérée d'organiser les notions de la physique d'une manière cohérente avec le donné sensoriel dont il a conduit une très rigoureuse étude expérimentale, relatée dans "la physique des sensations" (Die Analyse der Empfindungen und das Verhältnis des Physischen zum Psychischen, (1re édition 1886, 2e édition revue et augmentée 1900)).
https://fr.wikipedia.org/wiki/Principe_de_Mach
En résumé : si le pendule ou l’axe d’un gyroscope est dirigé selon une galaxie très lointaine il conservera sa direction d'oscillation. Tout se passe comme "s’il" choisissait d’ignorer la présence, proche de lui et localement, de notre planète, pour orienter sa course sur les corps célestes distants, dont la somme des masses représente la quasi totalité de la matière de l’univers observable.
Pourquoi cette étonnante immobilité par rapport à l’ensemble de l’univers ?
Quelle force mystérieuse agirait et expliquerait cette "interdépendance" ?
Un peu plus ardu maintenant, comment expliquer ce phénomène du point de vue de la relativité Générale ?
http://math.univ-lyon1.fr/~mizony/penduleF.htm
Cordialement,
Ase
