Etoiles, planètes, terre, air, mer, humain, tout ce qui nous entoure est constitué de matière, la matière est composée de molécules plus ou moins complexes, composées elles-mêmes d'atomes. Les atomes sont formés par des électrons « tournant en orbite » autour d'un noyau lui-même formé de neutrons et de protons, à l'intérieur on trouve des quarks.
(Les scientifiques n'ayant pas encore validé ce que contiennent les quarks je m'arrête là, Beaucoup d'autres particules existent et composent la matière et l'univers, nous entrons dans le détail dans l'article sur la physique quantique.)
Prenons de l'eau par exemple
Prenez un microscope très puissant et zoomez, zoomez, zoomez au cœur d'une goutte d'eau. Que verrez-vous ?
V
ous verrez un agglomérat d'atomes regroupés sous forme de molécules que l'on nomme H2O, ce qui signifie que chaque molécule d'eau comporte 2 atomes d'Hydrogène et 1 atome d'Oxygène se composants eux même de :
Hydrogène : 1 électron, 1 proton, 1 neutron, ...
Oxygène : 8 électrons, 8 protons, 8 neutrons, ...
A noter qu'il y a, dans une goutte d'eau, environ 3x1020 molécules (soit 300 000 000 000 000 000 000 molécules). Je vous laisse calculer le nombre de particules subatomiques total :)
Il est difficile de se faire une représentation à cette échelle alors voici quelques grandeurs :
- Vous voyez ce point, juste là " . " ? Il y a environ 2 milliards d'atomes dedans.
- Si le noyau de l'atome est une tête d'épingle, l'atome serait alors la taille d'un stade de foot, entre les deux ce serait vide.
Quelques repères historiques
Bien que la théorie atomiste date de 1810, en 1900 l'atome n'était encore qu'une théorie fantaisiste pour la plupart des scientifiques. Mais à partir de 1909 son existence est devenue une évidence pour tous.
L'atome signifie « qui ne peut être découpé », les scientifiques pensaient à l'époque qu'il s'agissait de la plus petite unité possible composant un corps pur... ce qui était loin d'être le cas finalement. L'atome est constitué d'au moins 99,99999999999% de vide même si en théorie il serait constitué de 100% de vide il n'est bien sûr pas possible de le prouver.
En 1989 les laboratoires d'IBM ont réussi, à l'aide d'un microscope à effet tunnel, à aligner des atomes de xénon sur une surface métallique. L'heure des nanotechnologies avait sonnée.
Pourquoi les électrons se maintiennent autour du noyau ?
Les électrons et le noyau sont liés par la force électromagnétique (l'une des 4 forces primordiales de l'univers avec l'interaction forte, l'interaction faible et la gravitation que nous verrons plus tard).
Les particules ont une charge électrique : l'électron une charge négative, le proton une charge positive et le neutron une charge nulle (c'est d'ailleurs la raison pour laquelle l'électron est représenté par e-). Comme des aimants attirés par leurs charges opposées, les électrons et le noyau atomique s'attirent.
Quand 2 atomes sont assez proches l'un de l'autre, ils peuvent échanger des électrons, cet échange permet alors de lier ces deux atomes en un objet composite qui est une molécule. Cette molécule, de la même manière va s'accrocher à une autre molécule et d'H2O en H2O on obtient une goutte d'eau pure.
D'où vient la matière ?
Au moment du bigbang* il y avait ce que l'on nomme une soupe cosmique, mélange de particules élémentaires. Ce mélange était tellement dense, tellement chaud que les particules s'entrechoquaient avec de telles forces qu'elles ne pouvaient pas s'assembler. L'expansion de l'univers a permis le refroidissement de cette « soupe » et les quarks ont pu s'associer entre eux et les électrons avec eux ont formés des atomes d'hydrogène et d'hélium au commencement. Ces atomes, à leur tour, ont formé des molécules et ainsi de suite pour créer la matière telle que nous la concevons. L'univers s'est organisé progressivement.
* Bien entendu nous ne savons pas encore d'où viennent ces particules, ni ce qu'il y avait avant ni même au moment précis du bigbang, ni comment s'est formé cette soupe cosmique...
En résumé :
Les quarks et les électrons sont donc les constituants élémentaires de la matière pour l'instant. Et cette matière est constituée à 99,99 % de vide. Ces particules sont chargées électriquement et interagissent entre-elles via une force électromagnétique.
L'Univers étant en expansion, la matière est continuellement en mouvement !
Heu, une petite minute.... si les atomes sont vide dans le sens où ils ne contiennent pas de matière, cela signifie que la matière est vide... mais vide de matière.... que contient-elle vraiment alors ?? Un verre est dit vide dans le sens où il ne contient pas de matière or on sait bien qu'il y a de l'air, donc il n'est pas vraiment vide... mais dans un atome qu'y-a-t-il ?
C'est vrai, le vide n'est pas vide mais on manque de vocabulaire à ce niveau pour bien se faire comprendre. Le « vide » de la physique est, par définition, non seulement l'absence de matière mais aussi l'état d'énergie le plus bas. Il ne s'agit pas de néant. Mais nous y reviendrons quand nous aborderons l'énergie et dans l'approche quantique.
Qui vient de penser « et la matière noire » ? Si si vous l'avez pensé si fort que je l'ai entendu, je vois qu'il y a des spécialistes.... vous voulez vraiment aborder le sujet maintenant ? Chaque chose en son temps... intéressons nous d'abord à l'énergie, selon la célèbre équation d'Einstein E=mc² la matière est équivalente à l'énergie. D'où le prochain article : Qu'est-ce que l'Energie ?
