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Quelle est la chose la plus étonnante de l'univers?

Paul M. Sutter est astrophysicien à SUNY Stony Brook et au Flatiron Institute, hôte de Demandez à un astronaute et Radio spatialeet auteur de "Comment mourir dans l'espace"Il a contribué cet article à Les voix d'experts de Space.com: Op-Ed & Insights.

L'aspect peut-être le plus puissant de la physique – et peut-être même la chose la plus étonnante du cosmos dans son ensemble – est l'universalité des lois et des théories physiques.

Quelques équations rares – assez petites pour tenir sur votre T-shirt préféré – peuvent expliquer une variété de phénomènes d'un bord de l'univers à l'autre, et des premiers moments du Big Bang à un avenir insondable. Voyons à quel point la physique moderne peut être puissante.

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Jeux de gravité

Albert Einstein théorie générale de la relativité est notre théorie moderne du fonctionnement de la gravité: la matière et l'énergie courbent l'espace-temps, et à son tour la courbure de l'espace-temps indique à la matière comment se déplacer. Le calcul est un peu complexe: il faut une suite de 10 équations interdépendantes pour décrire toutes ces flexions, déformations et déplacements. Mais ces équations contiennent un pouvoir énorme.

Par exemple, à la limite de la faible gravité, les équations d'Einstein se réduisent aux expressions plus familières du newtonien la gravité, qui est utilisé pour tout expliquer, des trajectoires des balles de baseball lancées aux barrages hydroélectriques. Au-delà de la surface de la Terre, Einstein prend plus de contrôle, où les équations de relativité sont utilisées pour fournir un positionnement précis avec le système GPS et prédire avec précision les orbites de toutes les planètes.

Ces mêmes équations, sans une seule modification, passent à de plus grands exploits, révélant l’existence de trous noirs et leur fonctionnement, la croissance des plus grandes structures de l'univers, la présence de matière noire à l'intérieur des galaxies et la Big Bang lui-même.

Tout cela à partir d'un ensemble de 10 équations, couvrant à la fois l'espace cosmique et le temps cosmique – montrant en effet que l'univers a un âge fini en premier lieu.

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Énergies nucléaires

Lorsque les physiciens ont commencé à déchiffrer le code nucléaire dans les années 40, ils ne se doutaient pas que leurs machinations finiraient par percer l'un des mystères les plus perplexes de l'astronomie: comment fonctionnent les étoiles. Avant cette époque, les scientifiques avaient tenté toutes sortes de tentatives pour réconcilier l'âge de la Terre révélé par la géologie et la paléontologie (des milliards d'années) avec toutes les méthodes physiques connues pour garder le soleil brûlant si vivement. En règle générale, ces tentatives ont échoué lamentablement, même les meilleures explications n'atteignant que quelques millions d'années.

Mais la physique nucléaire était un tout nouveau jeu de balle, et une fois que les physiciens ont trouvé les conditions nécessaires pour allumer la fusion nucléaire (à savoir, des pressions, des températures et des densités incroyablement élevées), ils ont réalisé que de telles conditions ne sont pas toujours d'origine humaine (à l'intérieur bombes nucléaires et réacteurs), mais se trouvent dans la nature elle-même: dans le cœur des étoiles.

La fusion nucléaire de l'hydrogène est la façon dont les étoiles s'alimentent pendant des milliards d'années, et les équations que les physiciens utilisent pour comprendre ce processus sont exactement les mêmes qu'elles utilisent pour transformer les réactions nucléaires en énergie utilisable. Du plus petit des atomes à la plus grande des étoiles, la physique nucléaire – un nouveau venu dans le monde de la physique – unit le cosmos de manière surprenante.

Lois du mouvement

Mais vous n'avez pas besoin d'utiliser des équations ésotériques de relativité ou des calculs compliqués de réactions nucléaires pour découvrir l'universalité de la physique. Cela peut être aussi simple et direct que, disons, un accident de voiture.

Lorsque deux véhicules entrent en collision, les lois de conservation de l'énergie et de l'élan s'appliquent: la quantité totale d'énergie et d'élan avant la collision doit être égale à la quantité totale d'énergie et d'élan après la collision. À l'aide de ces simples déclarations, les enquêteurs peuvent reconstituer le lieu de l'accident, déterminer quel conducteur était en faute et ce qui a conduit à la collision.

Et les voitures ne sont pas la seule chose dans l'univers qui se brisent ensemble.

Collision d'étoiles. Fusion de galaxies. Mélange de nuages ​​de gaz. Il est rare de trouver un article en astronomie ou en physique qui ne mentionne pas, en quelque sorte, la conservation de l'énergie et de l'élan. Les scientifiques utilisent ces principes pour comprendre à peu près tout dans le cosmos.

Pourquoi ce nuage de gaz rayonne-t-il de l'énergie? Conservation de l'énergie et de l'élan. Pourquoi donc étoile à neutrons changer sa vitesse de rotation? Conservation de l'énergie et de l'élan.

Que se passera-t-il lorsque ces les galaxies entrent en collision? Conservation de l'énergie et de l'élan.

La prochaine fois que vous entrerez dans un accident de voiture, prenez un moment pour réfléchir à l'élan et à la façon dont il s'applique à tout l'univers, où que vous soyez.

Apprenez-en plus en écoutant l'épisode "Quelle est la chose la plus étonnante à propos de l'univers?" Sur le podcast Ask A Spaceman, disponible sur iTunes et sur le Web à http://www.askaspaceman.com. Merci à @ iva_987 pour les questions qui ont mené à cette pièce! Posez votre propre question sur Twitter en utilisant #AskASpaceman ou en suivant Paul @PaulMattSutter et facebook.com/PaulMattSutter.

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