LE IDEE CHE CAMBIANO IL MONDO
Lorsque nous nous appuyons sur une table en bois, que nous pressons nos pieds contre le sol ou que nous nous cognons le petit orteil contre un coin du lit, notre perception nous apporte une seule certitude : la matière est solide, compacte et pleine.
Pourtant, la physique moderne nous montre que cette certitude est une illusion de notre esprit. À l’échelle atomique, tout ce que nous touchons, y compris notre corps, est composé presque entièrement de rien.
Si tel est le cas, pourquoi ne pouvons-nous pas simplement traverser un mur ou passer la main à travers une table ? La réponse réside dans les forces invisibles qui gouvernent le monde quantique. Découvrons donc ensemble la composition de la matière.
Composition de la matière : quelle est la taille d’un atome ?
Pour comprendre à quel point la matière est “vide”, nous devons changer d’échelle et examiner la structure de l’atome. Dans le modèle simplifié que nous apprenons à l’école, l’atome se compose d’un noyau central (protons et neutrons) entouré d’un nuage d’électrons qui gravite autour de lui.
Pour visualiser les proportions réelles, faisons une expérience de pensée. Imaginons qu’un atome soit un stade de football de 80 000 places. Le noyau serait une mouche posée au centre du terrain et les électrons de minuscules grains de poussière filant dans les tribunes. Et tout l’espace restant ? Entièrement vide.
Cela signifie que la matière qui nous entoure est vide sur plus de 99,9999999% de son volume. Si nous pouvions supprimer tout l’espace vide des atomes qui composent l’humanité entière, les 8 milliards d’habitants de la Terre tiendraient aisément dans le volume d’un morceau de sucre.
Si tout est vide, pourquoi la matière nous paraît-elle solide ?
Si les atomes sont des enveloppes vides, qu’est-ce qui empêche les atomes de notre main de se glisser entre les atomes vides d’un mur de briques ?
La première raison est de nature électromagnétique. Les électrons possèdent une charge électrique négative. Lorsque vous approchez votre main d’un mur, le nuage électronique de vos atomes se rapproche de celui des atomes du mur. Comme les charges de même signe se repoussent avec une force inversement proportionnelle au carré de la distance, cela engendre une répulsion électrostatique gigantesque.
En réalité, vous n’avez jamais rien touché de votre vie. Quand vous pensez “toucher” un objet, vous percevez simplement la force de répulsion entre vos électrons et ceux de l’objet. Vous êtes littéralement en train de flotter sur un coussin de force électromagnétique à une distance infinitésimale.
Le “principe d’exclusion” de Pauli
Mais la répulsion électrique n’est que la moitié de l’histoire. La véritable raison pour laquelle vous ne pouvez pas traverser les murs est un principe fondamental de la physique quantique découvert par le physicien Wolfgang Pauli : le “principe d’exclusion”.
Les constituants fondamentaux de la matière (comme les électrons) appartiennent à une famille de particules appelées fermions. L’une des lois inviolables de l’univers stipule que deux fermions identiques ne peuvent pas occuper le même état quantique simultanément au même endroit. Lorsque vous poussez votre main contre un mur, vous essayez de forcer les électrons de votre corps à occuper les mêmes espaces énergétiques que ceux déjà occupés par les électrons du mur.
La mécanique quantique oppose à cette tentative une résistance insurmontable. La “solidité” que nous percevons n’est pas le contact entre deux surfaces rigides, mais la conséquence d’une loi mathématique de l’univers qui interdit la superposition des particules. Sans le principe d’exclusion, la gravité ferait s’effondrer tous les atomes de votre corps en un point infiniment dense et vous vous enfonceriez jusqu’au centre de la Terre.