La relativité fait-elle une différence sur le fait que la Terre tourne ou non autour du Soleil?
Selon la théorie de la relativité, il n'y a pas de cadre de référence ultime préféré dans notre univers. Cela signifie que chaque fois qu'il y a un mouvement entre l'objet A et l'objet B, le fait de considérer que l'objet A est en mouvement ou que l'objet B est en mouvement ou que les deux sont en mouvement dépend de votre cadre de référence.
Si nous suivons cet argument, alors ce que nous étudions dans les livres selon lequel la Terre tourne autour du soleil n'est en fait pas toujours correct, mais cela ne devrait être correct que dans un certain cadre de référence et il devrait également être correct de dire que le soleil tourne autour de la Terre. selon le référentiel terrestre. Pourquoi alors disons-nous que seule la terre tourne autour du soleil? Cela signifie-t-il que l'héliocentrisme n'est pas entièrement correct?
Réponses
Les théories scientifiques peuvent être considérées comme des modèles qui prennent des phénomènes physiques complexes et cherchent à fournir des règles qui expliquent le comportement en termes plus simples.
Ces modèles ne doivent pas nécessairement être parfaits pour être utiles. Par exemple, nous savons que la loi de la gravité de Newton n'est pas aussi précise que la relativité générale d'Einstein, mais elle est toujours suffisante pour la plupart des besoins quotidiens et les différences n'ont même pas été remarquées pendant des siècles.
Le modèle selon lequel la Terre tourne autour du Soleil (et le Soleil est fixe) n'est pas très précis, mais il est très simple. Nous pouvons l'améliorer en ajoutant la loi de gravité de Newton et en déclarant que la Terre et le Soleil tournent autour d'un centre de gravité commun. On peut alors ajouter l'effet de la gravité d'autres planètes, on peut utiliser la relativité et même l'effet des objets en dehors du système solaire. Mais alors les règles deviennent beaucoup plus compliquées et peut-être que nous n'en avons pas besoin pour ce que nous essayons de comprendre.
Donc, oui, le modèle simple de la Terre tournant autour du Soleil n'est pas très précis. Mais ce que nous pouvons dire, c'est que c'est mieux que le simple modèle du Soleil tournant autour de la Terre. Si nous essayons d'utiliser ce modèle, alors lorsque nous regardons d'autres planètes, nous constatons qu'elles ont des chemins très étranges autour de la Terre (en boucle sur elles-mêmes), alors que si nous considérons le Soleil comme le centre, nous trouvons les planètes en orbite autour du Soleil.
Donc, oui, l'idée du Soleil au centre est une grande simplification, mais c'est une simplification utile qui peut nous aider à comprendre le système solaire, alors que l'idée de la Terre au centre n'est pas très utile pour cela.
il devrait également être correct de dire que le soleil tourne autour de la terre selon le cadre de référence sur terre. Pourquoi alors disons-nous que seule la terre tourne autour du soleil?
Techniquement, si vous ne considérez qu'un système Terre-Soleil, les deux corps orbiteront autour de leur centre de masse. Étant donné que le soleil est si massif, cela constitue essentiellement la Terre en orbite autour du soleil, comme on le voit à partir de tout référentiel inertiel.
Bien sûr, en passant à un cadre de référence où la Terre est stationnaire, nous observerons le soleil se déplacer autour de nous. Mais pour expliquer pourquoi nous voyons ce type de mouvement, et pour expliquer pourquoi nous sommes au repos, nous devons introduire des pseudo-forces qui «n'existent» que dans des cadres non inertiels.
Cela signifie-t-il que l'héliocentrisme n'est pas entièrement correct?
Non, cela ne veut pas dire cela. Dans n'importe quel cadre inertiel, vous verrez toutes les planètes se déplacer sur des orbites autour du soleil. Même dans le cadre non inertiel où nous voyons le soleil se déplacer autour de nous, nous ne dirions pas que tout tourne autour de nous.
En fin de compte, je pense que le problème ici commence depuis le début. Vous lisez ceci
Selon la théorie de la relativité, il n'y a pas de cadre de référence ultime préféré dans notre univers.
comme
Si deux cadres de référence sont en désaccord sur quelque chose, l'un d'eux doit être erroné.
Il n'y a rien de mal à dire que la Terre tourne autour du soleil ou que le soleil est le centre du système solaire. C'est vrai dans les cadres inertiels, c'est donc une chose valable à dire.
Tout mouvement inertiel est relatif en relativité, pas n'importe quel mouvement.
Dans STR, le mouvement circulaire est toujours accéléré et ce cadre de référence se distingue du cadre inertiel.
En GR, l'espace-temps est courbe et il arrive que même un objet tournant puisse être inertiel, ce qui est plus ou moins le cas des objets en chute libre, comme la révolution de la Terre autour du Soleil.
Le GR est cependant une théorie locale. Cela signifie que ce cadre de référence n'est généralement physiquement significatif que dans un petit voisinage de votre position et plus vous êtes éloigné et plus le champ gravitationnel est fort et sauvage, plus le cadre de référence devient juste un système de coordonnées sans aucune signification inhérente. Cela voudrait dire qu'on ne peut en effet pas parler de révolution de la Terre autour du Soleil sans indiquer le cadre de référence.
Mais, dans le cas du Soleil et de la Terre, la gravité est assez faible et dominée par le Soleil. Donc en première approximation, vous avez juste un champ statique dans le vide d'un objet parfaitement sphérique, ce qui conduit à la géométrie de Schwarzschild. Le fait est que dans cette première approximation, il n'y a que le Soleil dans tout l'univers et il prend un cadre de référence spécial - celui qui lui est verrouillé (et aux étoiles distantes qui fixe la rotation). Ainsi, dans le système solaire, le système lui-même a un cadre de référence naturel et la déclaration sur la révolution de la Terre est implicitement énoncée dans ce cadre de référence. Comme c'est naturel, vous n'avez pas besoin d'en parler explicitement.
Si vous allez dans plus de précision, vous pouvez conserver le cadre de référence d'origine et simplement calculer la perturbation autour de lui. Ainsi, même dans la théorie de la précision infinie, le cadre défini par la première approximation est toujours le cadre naturel et l'énoncé sur la révolution garde son sens.
Donc, en relativité - à la fois STR et GR - l'affirmation selon laquelle la Terre tourne autour du Soleil est naturelle et nous n'avons pas besoin de dire dans quel cadre de référence cette déclaration était énoncée.
Dans SR, seuls les cadres de référence inertiels sont équivalents, et vous ne pouvez donc pas dire quel objet se déplace uniquement par des expériences effectuées dans ces différents cadres de référence. Ce n'est cependant pas le cas pour les référentiels non inertiels, qui se déplacent avec l' accélération . La Terre tourne autour du soleil, elle a donc une pseudo-force centripète et centrifuge agissant sur elle, ce qui fait de la Terre un cadre de référence non inertiel car maintenant elle a une accélération centripète, qui en principe peut être mesurée. La forme courante d'accélération gravitationnelle à la surface de la Terre est:
$$ g= G\frac{M}{r^2}-\left(\frac{v_{e\perp}^2}{r}~\pm\frac{v_{s\perp}^2}{R}\right) $$
Où $M$ est la masse terrestre, $r$ est le rayon de la Terre, $R$ est le rayon de l'orbite terrestre, $v_{e\perp}$ - Rotation de la Terre autour de la vitesse tangentielle de son axe et $v_{s\perp}$est la rotation de la Terre autour de la vitesse tangentielle du Soleil. Signe$+$ ou $-$ dans la formule dépend de l'endroit où vous mesurez l'accélération gravitationnelle - du côté de la Terre dirigé vers le soleil, ou du côté dirigé vers l'extérieur du soleil (alors l'effet de renflement de rotation de l'axe de la Terre ajoute à la force centrifuge du Soleil).
L'accélération centrifuge due à la rotation de la Terre autour de son propre axe est faible, environ $0.03 ~m/s^2$. L'accélération centrifuge due à l'orbite terrestre du Soleil est encore plus petite, environ$0.005 ~m/s^2$. Mais il n'est pas nul et peut être mesuré comme des variations de l'accélération de la gravitation au cours de la période de la journée (en fonction de votre position radiale relative par rapport au Soleil). Si, comme vous l'avez dit, la Terre ne tournerait pas autour du Soleil, mais plutôt le Soleil autour de nous - nous n'obtiendrions pas ce troisième terme dans l'équation et ne subirions pas les variations de gravité mentionnées dans le temps. Ainsi, les cadres de référence Terre / Soleil ne sont pas identiques les uns aux autres, ce qui peut être mesuré par des expériences locales en RF.