La loi de la gravitation universelle est un principe essentiel de la physique. Il a été codifié pour la première fois par Sir Isaac Newton dans les années 1600. Il déclare que tous les objets sont attirés les uns vers les autres par gravité ; la force d’attraction dépend de la masse des objets et diminue en fonction de la distance qui les sépare. La découverte de Newton a été remplacée par la théorie de la relativité générale d’Einstein. Il est toujours précis, cependant, pour la plupart des applications pratiques.
Newton n’a pas découvert la gravité, comme le veut la croyance populaire, mais a développé les travaux de scientifiques antérieurs tels que Galilée. Newton a fait référence à ces scientifiques lorsqu’il a écrit : Si j’ai vu plus loin, c’est en me tenant debout sur les épaules de géants. La chute d’une pomme a inspiré Newton à étudier le sujet de la gravité ; cependant, la pomme n’a pas apporté de compréhension instantanée en se frappant la tête. Au lieu de cela, il a utilisé l’orbite de la lune autour de la Terre pour vérifier et confirmer ses calculs sur une période de 20 ans. La loi de la gravitation universelle a été détaillée dans son livre révolutionnaire Principia Mathematica, publié en 1687.
Le livre de Newton comprenait des formules mathématiques décrivant la loi de la gravitation universelle. En substance, la loi stipule que tous les objets exercent une attraction gravitationnelle sur tous les autres objets. Les objets avec une grande masse ont des zones de gravité plus fortes, ou des champs gravitationnels, c’est pourquoi les objets et les personnes sont attirés par la Terre, mais pas sensiblement les uns aux autres. L’attraction gravitationnelle diminue à mesure que la distance augmente ; cette diminution peut être mesurée avec précision et est connue en physique sous le nom de loi de l’inverse des carrés. La gravitation universelle est la force qui maintient les planètes et les satellites en orbite, plutôt que de voyager librement dans l’univers.
Dans les siècles qui ont suivi la vie de Newton, la loi de la gravitation universelle a été utilisée pour prédire l’emplacement des planètes et des satellites naturels qui n’avaient pas encore été découverts. Les découvertes éventuelles de ces corps célestes ont confirmé que la loi était correcte. Un aspect de la loi que Newton n’a pas pu expliquer était comment la force gravitationnelle est transmise entre les objets. D’autres forces fondamentales, telles que l’électromagnétisme, fonctionnent parce que les particules subatomiques se déplacent entre les objets, les attirant les unes vers les autres. Une particule similaire pour véhiculer la gravité, le graviton, a été décrite en théorie, mais reste inconnue plus de 300 ans après les travaux de Newton.
Au 20ème siècle, les scientifiques avaient découvert des incohérences mineures dans la loi de la gravitation universelle. Ces incohérences ont été expliquées par la théorie de la relativité générale d’Einstein. Einstein s’est rendu compte qu’en effet, les masses des corps célestes ne s’affectent pas seulement les unes les autres, mais le tissu de l’espace-temps qui les entoure. Ces effets ne sont perceptibles que dans des mesures et des calculs très précis. Pour des applications pratiques telles que les lancements de fusées, la loi de la gravitation universelle est toujours précise et beaucoup plus facile à calculer que les effets de la relativité.