Promenades dans le Monde Quantique

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3e Promenade: Les atomes

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Paysage

Regarde autour de toi! Ces fleurs, ces oiseaux, ces bosquets, ces collines, ce lac, ces montagnes et jusqu’au ciel, tout ce que tu aperçois est constitué de grains invisibles, infiniment petits, les atomes. Et cette immense construction, d’une variété inouïe, ce gigantesque puzzle, tout cela est bâti à l’aide de 92 sortes d’atomes différents seulement.

... [ Considérations sur la variété inouïe des formes, des objets et des êtres dans la nature ] ...

Tout cela avec 92 atomes.

Quelle simplicité! La découverte des atomes, c’est l’une des toutes grandes étapes sur le chemin de la Science, l’une des très rares occasions pour elle de dire à l’homme: «Vois, la Nature est plus simple que tu le croyais».

... [ Rappel sur la notion d'atome dans la philosophie de l'antiquité grecque, qui introduite pour résoudre le "problème du devenir". Pour s'assurer de l'existence effective des atomes, le lecteur moderne se tourne vers les chimistes, spécialistes de la matière et de ses changements. ] ...

Or la Chimie actuelle fait confiance absolue aux atomes. Ici, plus question de spéculation philosophique, mais une multitude de constatations, fondées sur des observations.

... [ Explication des progrès considérables que la théorie atomique apporte à la chimie. Toutes les substances chimiques se ramènent à des regroupements d'atomes appelés molécules. Les réactions chimiques se résument à des échanges d'atomes entre les molécules. ] ...

Ces 92 atomes sont classés à leur tour. Le classement en vigueur chez les chimistes combine deux arrangements. D’abord les atomes sont numérotés par poids croissants, du plus léger (l’hydrogène, no 1) au plus lourd (l’uranium, no 92). Puis on rassemble dans des familles les atomes qui se ressemblent chimiquement.

... [ En plaçant les atomes d'une même famille dans des colonnes on obtient le fameux tableau de Mendeleïev: ] ...

Tableau de Mendeleïev

... [ Entre autres surprises, ce tableau révèle une mystérieuse "périodicité dans les propriétés chimiques", qui s'avère bien difficile à expliquer...] ...

La Physique, elle, s’intéresse à la forme et à la structure des atomes. D’abord elle détermine leur taille. Une chaîne d’un millimètre en aligne dix millions environ. Donc le diamètre d’un atome mesure à peu près un dix-millionième de millimètre, distance qu’on appelle un Angström, et qu’on note 1 Å. Quant à leur structure, puisqu’il y a des atomes distincts, on soupçonne qu’ils sont composés d’éléments plus petits. En fait de nombreuses expériences suggèrent une structure planétaire de l’atome, conforme à l’image suivante.

Structure planétaire de l'atome

Des particules fines et légères, les électrons, tournent autour d’un noyau très dense. [...] Cependant la force qui retient les électrons autour du noyau n’est pas la gravitation, comme dans le système solaire, mais la force électrique.

... [ Or cette image pose un problème, car selon les lois de l'électromagnétisme un tel système est instable! ] ...

... [ Ce fait peut se comprendre en observant la différence entre la gravitation (qui génère des images symétriques), et l'électromagnétisme (dont les images correspondantes s'avèrent antisymétriques). Ceci se voit simplement en raisonnant sur des dessins. Il résulte de cette antisymétrie que l'atome "planétaire" devrait émettre de l'énergie, et donc s'épuiser pour finalement s'effondrer. ] ...

Lecteur, il me semble que depuis un moment tu ne m’écoutes plus… [...] Je te vois immobile, apaisé par la douceur du climat, fasciné par le spectacle… Tu as fort raison et je vais t’imiter. Je vais aussi m’asseoir sur ce banc, pour contempler le mois de mai qui passe doucement, et me taire…

Contemplation du mois de mai



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