Le concept physique de masse, créé par Newton, peut être considéré comme le piédestal de la mécanique classique, en permettant l’expression complète du principe d’inertie et de la loi fondamentale de la dynamique, une fois admis que la masse est une grandeur invariable attachée à un corps, distincte du poids qui est dû à la gravité conçue comme une sollicitation sur les corps qui leur est extérieure. Il était dès lors possible de fonder également, et d’exprimer quantitativement, la loi de la gravitation universelle, dont la force est en raison directe des masses en présence et varie en fonction de leur distance mutuelle. Le concept de masse manifesta sa fécondité dans la physique tout entière ainsi qu’en chimie. Il devait cependant encourir, en même temps que la mécanique, de sévères critiques portant sur la fausse évidence de sa définition, en réalité imprécise (comme “quantité de matière des corps”), et faisant implicitement appel à d’autres grandeurs et à des principes de la physique qui eux-mêmes la supposent. Cette circularité des notions de la mécanique en montre les limites Plus radicalement encore, la théorie de la relativité restreinte devait conduire à repenser la masse en relation à l’énergie, ce qui entraîna des conséquences considérables, notamment sur la possibilité de pénétrer la matière, “réservoir d’énergie”, dans ses éléments constitutifs. Le concept de masse ainsi “relativisé” n’a pas cessé pour autant d’être une des notions-clé de notre connaissance du monde physique, non seulement de la matière, mais de l’Univers, aux diverses étapes de son évolution, qui le peuplent d’“objets” allant des particules aux galaxies.

La masse de Newton à Einstein

Isaac Newton (une personnalité complexe) :

Newton était doté d’une personnalité tourmentée et complexe. Il répugne à communiquer ses travaux et les publie souvent plusieurs années après les avoir achevés. Newton a tendance à se replier sur lui-même, il vit seul et est un bourreau de travail. En effet, il en oublie parfois de dormir ou de manger. De surcroît, ses relations avec les autres sont souvent assez problématiques. Il s’oppose souvent avec Robert Hooke à propos de la lumière et de sa théorie sur la gravitation. Newton attendra que Hooke meure pour publier ses travaux sur l’optique. Hooke accusa Newton de l’avoir plagié sur la théorie des inverses carrés, car ce dernier avait commencé ses travaux en parallèle de Hooke et sans rien dire à personne, ce qui rendit Hooke furieux. Newton prétendit alors n’avoir pas eu connaissance des recherches de Hooke et n’avoir pas lu ses travaux sur la gravitation. On sait aujourd’hui que Newton a menti, non pas par culpabilité, mais par horreur du personnage.

Durant toute sa vie, Newton aurait traversé des moments de dépression. Il détestait sa mère et son beau-père, et, adolescent, menaçait de les brûler vifs dans leur maison. Newton est aussi l’auteur de traités prophétiques. De fait, il consacra plus de temps à l’étude de la Bible, de la théologie et de l’alchimie, qu’à la science – et écrivit plus sur la religion que sur la science. Il n’en reste pas moins que le physicien et mathématicien anglais est l’un des savants les plus influents de tous les temps.

En 1692–1693, il subit une grave période de dépression nerveuse, probablement due à la mort de sa mère, la destruction de son laboratoire d’alchimie, et/ou à l’excès de travail… Il souffre de grands troubles émotifs et vit alors dans un état de prostration et de paranoïa. Egalement sujet à des hallucinations, il met trois ans à s’en remettre.

Inspiré par Newton, l’astrophysicien Stephen Hawking écrit :  « Je ne souscris pas à l’idée que l’univers est un mystère… Une telle vision ne rend pas justice à la révolution scientifique qui démarra il y a presque quatre cents ans sous l’impulsion de Galilée, puis de Newton… Nous disposons de lois mathématiques qui gouvernent tout de que nous expérimentons normalement » .

La masse d’un corps peut être définie de plusieurs façons différentes.
la masse est une grandeur physique positive intrinsèque d’un corps. On pensait traditionnellement qu’elle était liée à la quantité de matière contenue dans un corps physique, jusqu’à la découverte de l’atome et de la physique des particules. Il a été constaté que différents atomes et différentes particules élémentaires, ayant théoriquement la même quantité de matière, ont néanmoins des masses différentes. En physique newtonienne, c’est une grandeur extensive, c’est-à-dire que la masse d’un corps formé de parties est la somme des masses (ou de l’énergie) de ces parties. Elle est conservative, c’est-à-dire qu’elle reste constante pour un système isolé n’échangeant pas de matière avec son environnement. Dans le cadre du modèle standard de la physique des particules, la masse des particules résulte de leur interaction avec le champ de Higgs.

Equivalence entre masse gravitationnelle et masse inerte :

• La masse inerte (inertie)
  La masse est vue comme un coefficient permettant de calculer une force potentielle : F = m.g
  La masse se mesure en kg et le poids qui est une force en newton.
• La masse grave (force de gravitation)
  La modélisation d’Isaac Newton (1643-1727) :

  Force de gravitation :  

Ces deux grandeurs sont distinctes, mais leur égalité est expérimentalement vérifiée à 10⁻¹² près.

• Relativité restreinte
  En relativité restreinte, la résistance d’un corps à une variation de vitesse devient d’autant plus grande que cette vitesse se rapproche de celle de la lumière : le principe fondamental de la dynamique reste valable sous sa forme , mais la « masse inerte » qui est définie ainsi ne peut plus être considérée comme constante ; elle ne se limite pas à la « masse au repos » de la matière, parce que l’énergie elle-même correspond à une masse inertielle, suivant le principe d’équivalence entre masse et énergie.

La quantité de matière représente le nombre d’éléments atomiques, elle est exprimée en mole (6,022.10²³ entités élémentaires en chimie). La masse est étroitement liée à la quantité de matière, mais celle-ci peut posséder une masse différente selon le type d’atome.

Exemple:
1 mole d’atome de carbone-12 vaut 12g et 3 moles d’atomes d’hélium-4 vaut 12,0078g. Or, pour le même nombre de constituants atomiques, ils contiennent l’un et l’autre autant de protons, que de neutrons et d’électrons (6 moles de protons, 6 moles de neutrons, 6 moles d’électrons). Donc, avec le même nombre d’Avogadro, l’atome carbone-12 possède une masse légèrement inférieure.
La raison est dûe à une partie de la masse qui s’est transformée en énergie permettant ainsi la cohésion des particules. La matière exerçant une force vers l’extérieur a transféré une partie en interne.

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La masse de l’univers

Calcul de la masse de l’univers

Masse univers = c³ / [G . H₀] = 1,8.10⁵³ Kg

& ⇔ +

Masse univers = m_r . g_r = c⁶ / g_u = 10⁶⁰ Kg

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Ordres de grandeur de masse