Pourquoi la gravité n'est-elle qu'une force attractive?

Conformément à la loi universelle de l'attraction, deux corps (ayant une certaine masse) subissent une force d '«attraction» qui est proportionnelle à ... et ... inversement proportionnelle ....

Vient ensuite ma question: pourquoi devrait-elle être de la force devrait être de type «attraction» seulement? Pourquoi ne devrait-il pas s'agir de répulsion ou de tout autre type de force?

Parce que la masse est positive

Pour développer votre citation concernant la force gravitationnelle en une équation:

La force de gravité, est proportionnelle au produit des masses et inversement proportionnelle à la distance, , au carré. cela et voyons ce qui pourrait faire que soit positif.$F_G$$r$$F_G$

Dans cette équation, ne peut pas être négatif car il s'agit d'une distance entre deux emplacements. Deux emplacements ne peuvent pas être à une distance négative l'un de l'autre. Et même s'ils l'étaient, le carré s'en occuperait de toute façon.$r$

$G$ est la constante universelle et toujours positive. Vous pourriez dire que cela pourrait être négatif, mais ce n'est pas possible. n'existe pas vraiment. Il ne décrit rien de fondamental à la physique de l'univers. est simplement une constante de comptabilité qui nous permet d'obtenir la bonne réponse pour la force en fonction de tout choix d'unités de masse et de distance. Techniquement, si l'on utilise les unités "correctes" pour la masse et la distance (par exemple, les unités Planck ), alors et effectivement n'existe pas. Puisque n'est qu'un facteur d'échelle qui dépend du choix des unités, ce ne sera qu'un nombre positif.$G$$G$$G=1$$G$

Cela nous laisse avec les masses. Ce sont les seules choses qui pourraient être négatives. Bien sûr, pour obtenir une force positive et répulsive, une masse doit être positive et l'autre négative. Mais qu'est-ce qu'une masse négative exactement? La masse est la métrique qui décrit "la quantité" de quelque chose. Comment pouvez-vous avoir moins que rien de quelque chose?

Pourquoi la masse ne peut-elle pas être négative?

Si vous voulez regarder cela autrement, vous pouvez montrer que si la masse pouvait être négative, vous obtiendriez des résultats absurdes! En supposant bien sûr que tous les autres aspects de la physique étaient les mêmes. Rappelons de la deuxième loi de Newton que

Disons qu'il y a deux blocs assis sur une table. Un bloc a une masse qui est positive et l'autre a une masse qui est négative. Ignorez toutes les autres forces sur ces deux blocs pour le moment.$m_1>0$$m_2<0$

Je monte à et j'applique une force pour pousser cette masse en avant. L'accélération induite est: . Forcément , la direction dans laquelle se déplace est la même direction dans laquelle je pousse. C'est bien beau.$m_1$$a = F/m_1$$m_1$

Maintenant je passe à et j'applique la même force, essayant de la pousser en avant sur la table. L'accélération induite sur sera:. Remarque que j'ai fait$m_2$$m_2$$a = -F/|m_2|$$m_2$positif et a retiré le signe négatif. Vous pouvez voir que si ma force est en avant, la direction dans laquelle la masse se déplace sera en arrière! Mais voici le problème, ma main gêne parce qu'elle essaie de pousser à la masse. Alors que la masse essaie de reculer dans ma main, elle appliquera une force sur ma main, ce qui, selon la troisième loi de Newton, signifie nécessairement que ma main applique plus de force sur le bloc, qui applique ensuite plus de force sur ma main. .. et soudain des forces infinies sont appliquées ou de façon équivalente, ces objets accélèrent infiniment. Ceci est décrit par le concept de Runaway Motion .

Si cela vous semble étrange, c'est parce que c'est le cas. S'il existait des masses négatives, nous vivrions dans un univers très étrange. Heureusement, nous vivons dans un univers où la physique a du sens, la masse est positive et, par extension, la gravité est toujours attrayante.

Pourquoi la gravité n'est-elle qu'une force attractive?

TL; DR
Parce que la masse est toujours positive.

Il existe différentes notions de masse, mais elles sont équivalentes.
Il existe deux notions distinctes de la masse: gravitationnelle et inertielle. Les masses dans la loi de gravitation de Newton, , sont des masses gravitationnelles. La masse de la deuxième loi du mouvement de Newton, , est la masse inertielle. Les masses gravitationnelle et inertielle sont implicitement supposées être les mêmes en mécanique newtonienne. La relativité générale rend cette hypothèse explicite dans le principe d'équivalence. F=m$F = \frac{Gm_1m_2}{r^2}$$F=ma$

Mais que se passe-t-il s'ils ne sont pas équivalents?

Contrairement aux mathématiques, où l'on peut simplement faire une hypothèse et voir où elle mène, les hypothèses en physique doivent être validées. Cette hypothèse a été testée avec de nombreux types de matériaux, à la fois au sol et dans l'espace. Des variations sur l'expérience Cavendish utilisant différents types de matériaux ont été faites. Dans les limites de la précision plutôt moche de la constante gravitationnelle (une partie pour dix mille, au mieux), chacune d'entre elles est cohérente avec l'hypothèse nulle (la masse gravitationnelle et la masse inertielle sont les mêmes) et incompatible avec l'hypothèse selon laquelle différents matériaux ont des masses gravitationnelles et inertielles sensiblement différentes.

La Lune de la Terre, avec ses côtés proches et lointains très différents, offre un mécanisme encore meilleur pour tester cette équivalence. Plutôt que la précision d'une partie par dix mille (au mieux) disponible pour les expériences de style Cavendish, la Lune montre que la masse gravitationnelle et inertielle du sodium et du fer équivaut à environ une partie par dix mille milliards .

Voilà pour la matière ordinaire, mais qu'en est-il de l'antimatière?

Le fait qu'une particule de matière ordinaire et son équivalent d'antimatière ont la même masse inertielle (positive) a été testé à maintes reprises dans des collisionneurs de particules à travers le monde. Que le principe d'équivalence s'applique également à l'antimatière reste une question quelque peu ouverte. Bien qu'il existe de nombreuses raisons de penser que le principe d'équivalence s'applique aussi bien à l'antimatière qu'à la matière normale, il est très difficile de vérifier que c'est le cas. Les meilleurs résultats à ce jour proviennent de l'expérience ALPHA, qui teste si l'antihydrogène neutre (un antiproton et un positron) monte ou descend. Les résultats sont que la masse gravitationnelle de l'antihydrogène se situe entre -65 et 120 fois sa masse inertielle. Ce n'est pas du tout concluant, mais cela penche en faveur d'une antimatière ayant une masse gravitationnelle positive, conforme au principe d'équivalence.

Dans le même ordre d'idées que les réponses précédentes suggérant que "la masse ne peut pas être négative", j'aimerais ajouter un aperçu de la raison pour laquelle cela pourrait probablement être le cas. Si le champ de Higgs et les degrés variables d'interaction des particules avec le champ sont à l'origine de ce que nous appelons la masse, alors la théorie suggère que les photons n'ont pas de masse (et constituent la limite de vitesse à travers l'espace) parce qu'ils n'interagissent pas avec du tout. Je ne pense pas que le cadre permette une interaction négative avec le champ ou un champ "anti-Higgs".

Théoriquement, la gravité peut être "attractive" dans le sens où les objets se déplacent vers vous lorsqu'ils sont poussés. Cela peut se produire à partir d'une masse négative (cela ne semble pas logique, mais théoriquement possible). Peter Engels et d'autres ont écrit un article à ce sujet ici et c'est une idée intéressante.

L'idée est qu'en refroidissant les atomes au zéro presque absolu, ils créent un condensat de Bose-Einstein et agissent comme des ondes dans le domaine de la dynamique quantique.