Placez une personne dans l'espace, loin des liens gravitationnels de la surface de la terre, et elle ressentira l'apesanteur. Bien que toutes les masses de l'Univers agissent toujours de manière gravitationnelle sur lui, elles attireront également tous les vaisseaux spatiaux dans lesquels la personne se trouve, de sorte qu'elle flottera. Et pourtant, à la télévision, on nous a montré que l'équipage d'un certain vaisseau spatial marchait avec succès sur le sol avec leurs pieds dans toutes les conditions. Pour ce faire, la gravité artificielle est utilisée, créée par des installations à bord d'un navire fantastique. À quel point est-ce proche de la vraie science?
Le capitaine Gabriel Lorca sur le pont Discovery lors d'une simulation de bataille avec les Klingons. L'équipage entier est attiré par la gravité artificielle, et c'est, pour ainsi dire, un canon
En ce qui concerne la gravité, la grande découverte d'Einstein était le principe d'équivalence: avec une accélération uniforme, le cadre de référence est indiscernable du champ gravitationnel. Si vous étiez sur une fusée et que vous ne pouviez pas voir l'univers à travers une fenêtre, vous n'auriez aucune idée de ce qui se passe: êtes-vous abattu par la force de gravité, ou l'accélération de la fusée est-elle dans une certaine direction? C'était l'idée qui a conduit à la relativité générale. 100 ans plus tard, c'est la description la plus précise de la gravité et de l'accélération que nous connaissons.
Le comportement identique d'une balle frappant le sol dans une fusée en vol (à gauche) et sur Terre (à droite) démontre le principe d'équivalence d'Einstein
Il y a une autre astuce, dit Ethan Siegel, que nous pouvons utiliser si nous le voulons: nous pouvons faire tourner le vaisseau spatial. Au lieu d'une accélération linéaire (comme la poussée d'une fusée), une accélération centripète peut être mise en œuvre pour que la personne à bord puisse sentir la coque extérieure du vaisseau spatial le poussant vers le centre. C'était l'astuce utilisée en 2001 A Space Odyssey, et si votre vaisseau spatial était assez gros, la gravité artificielle serait impossible à distinguer de la gravité réelle.
Un seul mais. Ces trois types d'accélération - gravitationnelle, linéaire et rotationnelle - sont les seuls que nous pouvons utiliser pour simuler les effets de la gravité. Et c'est un énorme problème pour le vaisseau spatial.
Le concept de la station de 1969, qui devait être assemblée en orbite à partir des phases épuisées du programme Apollo. La station a dû tourner sur son axe central pour créer une gravité artificielle
Pourquoi? Parce que si vous voulez voyager vers un autre système stellaire, vous devrez accélérer votre navire pour y arriver, puis le ralentir à l'arrivée. Si vous ne pouvez pas vous isoler de ces accélérations, un désastre vous attend. Par exemple, pour accélérer à pleine impulsion dans Star Trek, jusqu'à quelques pour cent de la vitesse de la lumière, il faudrait connaître une accélération de 4000 g. C'est 100 fois l'accélération qui commence à obstruer la circulation sanguine dans le corps.
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Le lancement de la navette spatiale Columbia en 1992 a montré une accélération sur une longue période. L'accélération du vaisseau spatial sera plusieurs fois plus élevée et le corps humain ne pourra pas y faire face.
Si vous ne voulez pas être en apesanteur lors d'un long voyage - pour ne pas vous exposer à une usure biologique horrible, telle qu'une perte de masse musculaire et osseuse - une force doit constamment être exercée sur le corps. Pour toute autre force, c'est assez facile à faire. En électromagnétisme, par exemple, on pourrait placer l'équipage dans un cockpit conducteur et beaucoup de champs électriques externes disparaîtraient simplement. Il serait possible de disposer deux plaques parallèles à l'intérieur et d'obtenir un champ électrique constant, poussant les charges dans une certaine direction.
Si la gravité fonctionnait de la même manière.
Un tel concept de conducteur gravitationnel n'existe tout simplement pas, ainsi que la capacité de se protéger de la force gravitationnelle. Il est impossible de créer un champ gravitationnel uniforme dans une région de l'espace, par exemple entre deux plaques. Pourquoi? Parce que contrairement à la force électrique générée par les charges positives et négatives, il n'y a qu'un seul type de charge gravitationnelle, et c'est l'énergie de masse. La force gravitationnelle attire toujours, et il n'y a nulle part où se cacher. Vous ne pouvez utiliser que trois types d'accélération: gravitationnelle, linéaire et rotationnelle.
La grande majorité des quarks et leptons de l'Univers se compose de matière, mais chacun d'eux possède également des antiparticules d'antimatière, dont les masses gravitationnelles ne sont pas déterminées.
La seule façon de créer une gravité artificielle qui vous protégera des effets de l'accélération de votre vaisseau et vous fournira une poussée descendante constante sans accélération est de découvrir des particules de masse gravitationnelle négative. Toutes les particules et antiparticules que nous avons trouvées jusqu'à présent ont une masse positive, mais ces masses sont inertielles, c'est-à-dire qu'elles ne peuvent être jugées que lorsqu'une particule est créée ou accélérée. La masse inertielle et la masse gravitationnelle sont les mêmes pour toutes les particules que nous connaissons, mais nous n'avons jamais testé notre idée contre l'antimatière ou les antiparticules.
Des expériences sont actuellement en cours sur cette partie particulière. L'expérience ALPHA au CERN a créé l'antihydrogène: une forme stable d'antimatière neutre, et s'efforce de l'isoler de toutes les autres particules. Si l'expérience est suffisamment sensible, nous pouvons mesurer comment une antiparticule atteint un champ gravitationnel. S'il tombe, comme la matière ordinaire, alors il a une masse gravitationnelle positive et peut être utilisé pour construire un conducteur gravitationnel. S'il tombe dans le champ gravitationnel, cela change tout. Un résultat, et la gravité artificielle peuvent soudainement devenir possibles.
La possibilité d'obtenir une gravité artificielle nous attire incroyablement, mais elle est basée sur l'existence d'une masse gravitationnelle négative. L'antimatière est peut-être aussi massive, mais nous ne l'avons pas encore prouvé
Si l'antimatière a une masse gravitationnelle négative, alors en créant un champ de matière ordinaire et un plafond d'antimatière, nous pourrions créer un champ de gravité artificiel qui vous tirerait toujours vers le bas. En créant une coque conductrice gravitationnelle sous la forme de la coque de notre vaisseau spatial, nous protégerions l'équipage des forces d'accélération ultra-rapides qui, autrement, deviendraient mortelles. Et le meilleur de tous, les humains dans l'espace ne subiraient plus les effets physiologiques négatifs qui affligent les astronautes aujourd'hui. Mais jusqu'à ce que nous trouvions une particule avec une masse gravitationnelle négative, la gravité artificielle ne sera obtenue que par accélération.
Ilya Khel
