Voyage vers l'infiniment petit
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Les interactions fondamentales

Les données expérimentales accumulées jusqu'à aujourd'hui montrent qu'il existe dans la Nature quatre types d'interaction fondamentale : l'interaction gravitationnelle, l'interaction électromagnétique, l'interaction forte et l'interaction faible.

L'interaction gravitationnelle

La gravitation est l'interaction qui nous maintient sur la surface de la Terre, gouverne le mouvement de la Terre autour du Soleil, celui de la Lune autour de la Terre, et plus généralement ceux des astres dans l'Univers. C'est une interaction de longue portée : elle agit sur une grande échelle de distances, depuis les distances infimes du monde subatomique jusqu'à d'immenses distances de l'ordre de la taille de l'Univers. Son intensité est très faible, au point qu'à l'échelle des particules subatomiques, elle peut être pratiquement négligée. À l'échelle astronomique, en revanche, elle devient très importante car l'addition des effets, même très faibles, produits par un grand nombre de corps finit par devenir considérable.

Les premières études de l'interaction gravitationnelle sont réalisées dans la deuxième moitié du XVIIe siècle par Isaac Newton, qui établit la forme mathématique de la loi de la gravité, appelée loi d'attraction universelle : deux particules s'attirent avec une force proportionnelle à leurs masses et inversement proportionnelle au carré de la distance entre elles. Sa théorie de la gravitation est publiée en 1687 dans le célèbre ouvrage Principia. Elle explique la chute des corps dans le champ gravitationnel de la Terre et la mécanique céleste.

Isaac Newton (1642-1727), physicien et mathématicien anglais, professeur à Trinity College (Cambridge). Il invente le calcul infinitésimal et intégral, pose les bases de la mécanique, découvre la loi d'attraction universelle et réalise d'importants travaux en optique. Newton est une des figures les plus marquantes de l'histoire de la physique.

Henri Cavendish confirme en 1798 cette loi en mesurant la force d'attraction entre deux masses au moyen d'une balance de torsion.

Henry Cavendish (1731-1810), physicien et chimiste anglais, établit la composition de l'air, celle de l'eau, effectue plusieurs expériences d'électricité, étudie les gaz. Il vérifie la loi de Newton au moyen d'une balance de torsion et estime ainsi la masse de la Terre. Il était de nature timide et ses travaux furent mal connus par ses contemporains : ses notes révéleront après sa mort qu'il avait découvert plusieurs lois avant ceux dont elle portent aujourd'hui le nom : la loi de Coulomb, la loi d'Ohm et la loi de Dalton.

La balance de torsion est constituée de deux barres horizontales : l'une est fixe et présente un gros poids sphérique à chaque extrémité ; l'autre, pourvue d'une petite sphère à chaque extrémité, est suspendue par un fil de quartz et peut pivoter sous l'effet des forces gravitationnelles agissant entre les poids. En mesurant l'angle de pivotement, on détermine l'intensité de la force étudiée.