MASSE (notions de base)

La notion de masse est liée à la quantité de matière contenue dans un corps. La physique newtonienne la définit comme le coefficient d'inertie reliant l'intensité d'une force appliquée à l'accélération d'un mouvement mais aussi comme caractérisant la réponse gravitationnelle d'un objet. La théorie de la relativité restreinte attache un équivalent en énergie à toute masse et décèle son caractère non additif par le défaut de masse des états liés tels que le noyau atomique. Invariant de Lorentz, la masse est un des attributs les plus spécifiques des particules élémentaires. La grande variété des masses de celles-ci (du photon et du neutrino au boson Z et au quark top) constitue une énigme que les théories modernes lient à la structure du vide.

La masse inerte et la masse grave

Johannes Kepler semble avoir été le premier à développer la notion d'inertie liée à l'idée d'opposition au mouvement et à la vitesse acquise par un corps céleste soumis à une force ; il associait ce concept d'inertie à la quantité de matière contenue dans un volume donné, entretenant la confusion entre masse et densité. Le concept sera défini clairement par Isaac Newton, qui attachera à tout corps une masse dont « le poids constitue la mesure » ; cette masse inerte intervient dans la seconde loi de Newton liant la force F exercée sur un corps et l'accélération a qui en résulte par l'équation vectorielle : F = ma.

La troisième loi de Newton, qui énonce l'égalité de l'action et de la réaction, a pour conséquence que la masse d'un système de plusieurs corps est égale à la somme des masses de chacun ; ce caractère additif de la masse (parfois appelée loi de Lavoisier) sera remis en cause par la théorie de la relativité.

L'étude du mouvement des planètes introduit la notion de masse grave (ou pesante), coefficient mesurant la relation entre un corps et le champ gravitationnel qu'il crée autour de lui ou qu'il subit. Ainsi, l'interaction gravitationnelle entre deux corps, de masses graves m₁ et m_2, distants de d, s'exprime-t-elle par une force d'attraction universelle d'intensité (G est la constante de gravitation de Newton, égale à 6,673 × 10^—11 dans les unités habituelles) : G m₁m₂ /d².

L'égalité des masses inertes et des masses graves est une constatation expérimentale pour la physique classique ; elle a pu être vérifiée avec une précision toujours croissante (à 10^—11 près actuellement) ; l'égalité absolue constitue le principe d'équivalence faible qui est à la base de la relativité générale.