Matière et Révolution

https://www.matierevolution.fr/spip.php?article5394
Comment les interactions physiques font-elles émerger les niveaux hiérarchiques des structures matérielles, notamment l'atome :

https://www.matierevolution.fr/spip.php?article3403

Pourquoi la matière s'organise spontanément et de manière stable :

http://www.matierevolution.fr/spip.php?article3793

Le gluon, la colle du noyau de l'atome :

http://www.matierevolution.fr/spip.php?article6056

Les quarks, composants du noyau de l'atome :

https://www.matierevolution.fr/spip.php?article4399

L'atome, dans wikipedia :

https://fr.wikipedia.org/wiki/Atome

La structure de la matière et l'atome :

https://www.superprof.fr/ressources/scolaire/physique-chimie/seconde/structure-matiere/noyau-atome.html

L'atome pour le CEA :

https://www.cea.fr/comprendre/Pages/radioactivite/atome.aspx?Type=Chapitre&numero=2

Du nouveau sur l'atome

Tout l'univers dans un atome :

https://www.canal-u.tv/video/universite_de_tous_les_savoirs/tout_l_univers_dans_un_atome.1389

Interactions inconnues des atomes :

https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/physique-interactions-inconnues-atomes-observees-premiere-fois-79797/

L'atome dans maxisciences :

https://www.maxisciences.com/atome/

L'atome dans Science et Avenir :

https://www.sciencesetavenir.fr/tag_theme/atomes_18172/

L'atome dans Sciences et avenir :

https://www.sciencesetavenir.fr/fondamental/l-atome-d-une-theorie-antique-a-la-physique-quantique_156262

L'atome d'hydrogène :

https://www.canal-u.tv/video/cerimes/l_atome_d_hydrogene_selon_la_mecanique_quantique_the_hydrogen_atom_as_viewed_by_quantum_mechanics.36525

Un dialogue entre atomes :

https://www.science-et-vie.com/sciences-fondamentales/physique-fondamentale-on-a-surpris-un-dialogue-entre-atomes-63413

Images actuelles d'atomes

https://www.canal-u.tv/video/universite_de_tous_les_savoirs/suivre_les_reactions_entre_les_atomes_en_les_photographiant_avec_des_lasers.1063

https://www.canal-u.tv/video/espci_paristech/dessine_moi_un_atome.11339

https://www.rtflash.fr/premiere-image-l-ombre-d-atome/article

https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/atome-scientifiques-ont-obtenu-image-atomes-plus-haute-resolution-jamais-observee-38361/

https://www.science-et-vie.com/sciences-fondamentales/microscopie-enfin-l-atome-58308

https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/atome-atome-isole-photo-plus-spectaculaires-25431/

https://dailygeekshow.com/record-image-atome/

https://www.rtbf.be/tendance/green/detail_des-scientifiques-capturent-des-atomes-avec-une-resolution-proche-des-limites-de-la-physique?id=10782800

https://lejournal.cnrs.fr/nos-blogs/les-yeux-de-la-science/latome-en-images

D'anciennes images

Des scientifiques s'opposaient à la notion d'atome :

http://www.matierevolution.fr/spip.php?article6046

La découverte des molécules :

https://www.matierevolution.fr/spip.php?article4958

Quel lien entre espace, temps, matière, lumière et vide quantique ?

Robert Paris — 2022-06-10T22:05:00Z

Quel lien entre espace, temps, matière, lumière et vide quantique ?

On a longtemps cru que la masse était une caractéristique fondamentale de la matière.

Mais on constate que la masse n'est pas constante et qu'elle n'est qu'une propriété qui saute d'une particule à une autre, d'une particule virtuelle du vide à l'autre.

Qu'est-ce qui est fondamental et ne change pas ?

La charge !

Voici ce qu'en dit le physicien quantique Mark Silverman dans "And Yet it moves" (et pourtant elle bouge)

"La conservation de la charge électrique est l'une des lois de conservation les plus strictement observée. A ma connaissance, aucune violation de cette loi n'a été observée. (...) La conservation de la charge est un phénomène local."
Quel lien ?

On pourrait se contenter valablement de répondre : on ne sait pas. Et ce serait vrai. Mais on doit également reconnaître que les réflexions de la science ont avancé dans ce domaine et porter à la connaissance de tout le monde les réflexions que l'on peut faire, c'est cela qui permet de philosopher sur la nature…

Quelles idées sont déterminantes sur la question posée ?

Nous estimons que ce sont les idées dialectiques d'ordre issu du désordre, de rupture de symétrie (ou symétrie brisée), de réel-virtuel et de virtuel-réel et de couplage matière-antimatière.

Que veut-on dire par là ?

Que le fondement d'un monde est dans ses contradictions et dans la lutte entre ses opposés menant à une rupture où l'un l'emporte finalement.

Lorsque l'on vit dans un monde où une rupture de symétrie a été opérée, on ne voit plus qu'un seul côté des choses qui autrefois s'opposaient. Du coup, on a du mal à comprendre d'où elle sont issues.

Ainsi, le monde matériel semble dirigé par des caractéristiques positives : énergie positive de la matière, écoulement positif du temps, distances positives d'espace et quantités positives des masses. Connaissons-nous des espaces, des temps, des masses, des énergies négatives à notre échelle dite macroscopique ? Non.

C'est un effort intellectuel important d'imaginer que notre univers aurait une base fondée sur une contradiction dans laquelle cette positivité ne serait pas à la racine des choses…

Mais la physique a été contrainte d'aller dans ce sens car elle a échoué à construire une interprétation de la réalité fondée sur le déplacement de masses dans l'espace et le temps. Elle a été contrainte de fonder, au contraire, ces quantités positives sur un univers dans lequel le positif et le négatif se contredisaient et se répondaient sans cesse : le vide quantique.

On a longtemps cru trouver le fondement dans la particule de masse du type électron ou proton caractérisée par une masse au repos fixe et positive.

Mais la quantité fondamentale de la matière ne s'est pas trouvée être la masse, le temps, l'espace ou l'énergie positive mais la charge de la particule.

Dialectiquement, ce n'est pas étonnant que le fondement vienne d'un domaine où deux contraires sont face à face et se combattent sans cesse : charge positive et négative. Dialectiquement, il n'est pas étonnant qu'un monde où un des pôles s'impose soit issu d'un autre où les deux se contestent sans cesse la primauté. Que l'ordre de la matière soit fondée par le désordre des interactions. Que la matière soit fondée sur le vide. Et que le vide soit, en un certain sens, matériel.

D'autre part, il y a bien des raisons de fonder la réalité sur la charge plutôt que sur les autres quantités précédemment citées. C'est que leur constance n'est pas vérifiée. La masse se modifie du fait du mouvement, l'espace et le temps aussi sont modifiés par la présence ou non des masses. De l'énergie peut apparaître et disparaître. Par contre, la quantité de charge est constante et localement définie. Aucune expérience n'a souligné une rupture dans cette loi de conservation de la charge.

Elle est vérifiée dans le vide comme dans la matière, et à toutes les échelles.

Voilà quelques première raisons d'en faire le fondement qui relie matière, lumière, vide, espace, temps.

Commençons par le vide.

On sait que la question que nous posons ici est du domaine de la physique quantique relativiste. Cela signifie que le vide est plein de particules et d'antiparticules fugitives dont le temps d'existence est trop bref pour être directement perçues par une expérience fondée à notre échelle, macroscopique. Cependant ces particules existent bel et bien. Ce ne sont pas des artifices de calcul. On ne voit pas le virtuel mais on ne voit pas non plus l'atome et encore moins, si l'on peut dire, les quanta d'action. Mais ils existent. Ce que l'on voit est surtout une illusion d'optique…

Or, dans le vide quantique, nous sommes amenés par les expériences à conclure qu'on trouve des couples de particule et d'antiparticule, c'est-à-dire des quantités de charge égales et opposées sans cesse couplées. Ces couples apparaissent et disparaissent ensemble. Pas de particule qui apparaisse sans son anti-particule. Ils définissent des temps qui sont des grains égaux et opposés. Le temps n'apparaît pas, dans le vide, comme un écoulement continu positif – celui que l'on appelle « la flèche du temps- mais comme des quanta à la fois positifs et négatifs désordonnés parce qu'ils apparaissent et disparaissent. Du coup, d'où va venir le monde matériel que nous connaissons, avec ses masses positives, ses énergies positives, ses espaces et écoulements de temps, toujours positifs, avec son ordre ? Eh bien, il n'est pas à l'origine du monde ! C'est le désordre de l'opposition du positif et du négatif qui l'a fait émerger… C'est le vide qui oppose sans cesse les contraires du virtuel – les couples particule et antiparticule – qui va produire et reproduire la matière, l'espace, le temps, l'énergie. Ce sont des éléments virtuels qui fondent le réel. Les couples virtuels fondent des photons ou particules d'interaction. La particule dite réelle est entourée par un nuage de particules et d'antiparticules virtuelle en pleine agitation fondée sur les interactions de charges positives et négatives de ces couples. Elles lui donnent sa position : qui saute sans cesse d'une particule à une autre du nuage de polarisation. Elles lui déterminent la direction de son mouvement et ce que l'on appelle la vitesse (à ne pas concevoir comme mouvement cinématique) en définissant des distances par des photons et des temps par des photons virtuels.

Mark Silverman dans « And yet it moves » (Et pourtant il bouge) :

« Does an atomic electron move ? How would one know ? Would an anti-atom fall upward ? Is the vacuum really empty ? (...) Can a particle be influenced by an electric or magnetic field that isn't there – that is, through which it does not pass ? How is it possible for randomly emitted particles to arrive preferentially in pairs at a detector – or, conversely, to avoid one another altogether ? Could watching atoms emit light in London have an effect on the corresponding radiative decay in New York ? Does a “right-handed” light beam interact differentlywith matter than a “left-handed” light beam ? How can light get brighter by rebounding from a surface (without violating the conservation of energy) ? Is a basketball changed for having been turned 360° ? Perhaps not, but what about an electron ? Could one tell the difference between an electron that has never jumped out of a quantum state and then back again and an electron that has never jumped at all ? Is there really such a thing as a “Maxwell demon” ? No ? – then how is one to account for a simple hollow tube that blows hot air out one end and cold air out the other ? »

« Est-ce que l'électron est en mouvement ? Comment le savoir ? Est-ce qu'un anti-atome tombe vers le haut ? Est-ce que le vide est réellement vide ? (…) Une particule peut-elle être influencée par un champ électrique ou magnétique – qui n'est pas présent – c'est-à-dire qu'elle ne traverse pas ? Comment est-il possible que des particules émises aléatoirement arrivent préférentiellement par pairs sur un détecteur – ou, au contraire, parviennent à s'éviter ? Se peut-il qu'en observant de la lumière à Londres, cela ait un effet sur la radiation correspondante à New York ? Est-ce que le rayonnement polarisé à gauche interagit différemment sur la matière que le rayonnement polarisé à droite ? Comment la lumière peut-elle être plus brillante en rebondissant sur une surface (sans violation de la loi de conservation de l'énergie) ? Est-ce qu'une balle de basket change en tournant de 360° ? Probablement que non, mais que dire de l'électron ? Quelqu'un peut-il nous dire la différence entre un électron qui a subi un saut quantique avant de revenir à son état d'origine et celui qui n'a pas subi un tel saut quantique ? Y a-t-il réellement quelque chose comme un « démon de Maxwell » ? Non ? – alors comment expliquer qu'un tube puisse souffler d'un côté de l'air chaud et de l'autre de l'air froid. »

Que signifie le phénomène des deux fentes de Young, cette fameuse expérience fondatrice de la physique quantique et qui a particulièrement justifié la notion de dualité onde/corpuscule ? Supposons que du sable coule par un trou dans une plaque et s'entasse en dessous, que trouvera-t-on ? Un petit tas et de moins en moins de sable quand on s'éloigne de la verticale du trou. Et si le sable passe par deux trous ? Eh bien, il s'il y a deux trous, il y aura deux petits tas. S'il ne s'agit pas de sable mais d'électrons ou d'autres particules de matière ou de lumière, il n'en va pas du tout de même. Au lieu de deux tas, il y en a toute une série de tas séparés par des zones où aucune particule n'est arrivée. Cela forme des bandes successives pleines suivies de bandes vides, d'où des figures appelées franges d'interférence. On a d'abord pensé que les électrons (ou les particules émises) interféraient entre eux. Mais on a effectué l'expérience en envoyant les électrons (ou d'autres particules) un par un. Or, les particules qui arrivent sur l'écran une par une construisent progressivement les mêmes figures d'interférence. Les scientifiques ont été amenés à en déduire que chaque particule interfère avec elle-même, comme si elle était passée à la fois par les deux trous… C'est difficile (voire impossible) pour un corpuscule comme l'électron ou le photon … Les diverses expériences du type de Young ont amené les scientifiques à rejeter successivement toutes les interprétations sur la particule, qu'elles soient de type corpusculaire (comme des corpuscules ponctuels et localisés) ou ondulatoire (comme des objets non localisés produisant des interférences). Cela signifie qu'il faut aller plus loin dans la remise en question des idées reçues sur la matière et … le vide.

Tout d'abord, il est clair que quelque chose passe à la fois par les deux trous quand le corpuscule, lui, ne passe que par un seul : le vide. Mais ce vide est-il si vide ? Non, il est plein de particules et antiparticules virtuelles (fugitives qui ne durent que des temps très brefs).

Qu'entend-on par brefs ? Cela dépend de l'énergie qu'ils portent. Des paires électron - positron peuvent exister, de l'ordre de six fois dix puissance moins 22 seconde. Par contre, des photons virtuels peuvent très bien avoir une durée de vie relativement grande pourvu que leur énergie (leur fréquence) soit très faible.

Et ces particules (et antiparticules) entourent le corpuscule d'un nuage. Elles guident son déplacement. Mais ce n'est pas aussi simple, en fait, qu'un déplacement, c'est-à-dire un mouvement d'un objet qui change seulement de place mais reste la même. Mais d'abord qu'est-ce que le vide ? C'est le milieu le plus symétrique de la nature. Dans ce milieu, dès qu'apparaît une particule, une antiparticule apparaît avec elle et elles restent couplées. Leurs caractéristiques sont égales et opposées et elles disparaissent en même temps dans un intervalle trop court pour être mesuré à notre échelle, celle de la matière dite durable. Il y a effectivement plusieurs niveaux de la matière qui se différencient par bien d'autres choses que la durée. Il y a le niveau des relations interstellaires. Il y a celui de la matière que nous examinons tous les jours, appelé le niveau macroscopique. Il y a encore le niveau de l'électron par exemple appelé niveau microscopique ou quantique. Il y a enfin le (ou les) niveau du vide….

Et, à chaque niveau qui est en interaction avec les autres, il y a des lois différentes. Par exemple, on ne constate pas, au niveau interstellaire, les mêmes lois de la matière, ce qui explique que, pour expliquer les galaxies et les amas de galaxies, on soit à la recherche de « matière noire » et d' »énergie noire » ou encore que l'on observe à ce niveau l'existence de « trous noirs » que nous ne constatons jamais à notre échelle. La physique quantique a découvert, elle, le saut entre la physique de la matière à notre échelle (dite macroscopique) et celle des particules (échelle dite microscopique). Par exemple, si on essaie de suivre un électron, on constate qu'il ne suit pas une trajectoire, une courbe continue, contrairement à un objet comme une balle. On constate également d'autres sauts dits quantiques entre les états, sans passage par des états intermédiaires, ce auquel nous ne sommes pas habitués à notre échelle. Au niveau du vide quantique, il y a également des lois qui diffèrent. Le temps y est désordonné. Les particules ne sont pas durables. La conservation de l'énergie n'est plus vérifiée, comme, au niveau microscopique les lois de la matière ne permettent plus de définir une position et une vitesse. Le vide est, lui aussi, fondé sur des quanta. Au niveau macroscopique, on pouvait penser que la matière était fondée sur une organisation des masses (un objet étant une somme de molécules, une molécule une somme d'atomes et un atome étant constitué par l'addition de particules de masses fixes : neutrons, protons et électrons). La loi semblait celle de la conservation de la masse. Au niveau microscopique, on constate que les masses peuvent se transformer en énergie et inversement. La loi semble celle de la conservation de l'énergie. Au niveau du vide quantique, la loi n'est plus celle de la conservation de l'énergie puisque de l'énergie en grande quantité peut sans cesse apparaître et disparaître. Le temps du vide existe aussi dans les deux sens (un quanta de temps dans un sens pour la particule et un, égal et opposé, dans l'autre sens pour l'antiparticule, alors que le temps semblait s'écouler dans un seul sens au niveau macroscopique et dans aucun sens au niveau microscopique.

L'unité du monde semble bel et bien compromise. Mais, en fait, chaque niveau, est sans cesse en interaction avec les autres et les uns ont émergé des autres. Chaque niveau agit comme un contraire dialectique d'un autre, ce qui n'est nullement inattendu en physique. La matière manifeste, en effet, de nombreux effets de dualité des contraires inséparables. Mis à part le plus fameux de la physique quantique, la dualité onde/particule, celle entre matière et lumière, entre particule et antiparticule, il y a encore celle entre effet électrique et magnétique, ou encore, dans le domaine de l'optique la dualité réfraction/réflexion. Nous en venons donc à la dualité entre matière durable et fugitive, encore des contraires qui existent dans des situations où ils sont inséparables et interpénétrés. Une particule dite réelle (c'est-à-dire durable) ne peut exister que si elle est entourée de particules et antiparticules virtuelles (le nuage de polarisation) qui lui servent à s'orienter dans l'espace-temps (elles sont plus exactement son espace-temps) et elles-mêmes sont en relation avec le vide qui entoure le nuage. La particule n'est pas seulement le corpuscule mais aussi toutes ces couches en oignon successivement chargées positivement et négativement. Le caractère organisé de la matière commence dans le nuage de polarisation alors que le vide est désordonné (donc symétrique). Mais un des points essentiels à souligner c'est que la particule reçoit ainsi sans cesse de l'énergie du vide.

D'autre part, on a remarqué qu'elle n'est pas un objet mais une structure émergente. La particule réelle n'est pas toujours la même. Elle est une propriété qui saute d'une particule virtuelle à une autre, la rendant ainsi réelle provisoirement.
Structure émergente qui se conserve grâce à un apport permanent d'énergie extérieure, la particule de matière comme l'électron, le muon ou le quark, est une structure dissipative au sens de Prigogine. Ordre issu du désordre du vide, ka matière est un chaos déterministe.

Comment sont fondés ces différents niveaux de la matière et de l'univers : interstellaire, macroscopique, microscopique et les différents niveaux du vide ?

La réponse réside dans le niveau de relation entre énergie et temps. On se souvient qu'une telle relation définit un quanta égale à une énergie fois un temps. Qu'est-ce qui fonde la différence une particule dite réelle par rapport à une particule dite virtuelle (ayant un court temps d'existence) ? C'est la quantité d'énergie reçue par rapport au temps de cette réception. Si cette quantité est suffisante, alors la particule virtuelle devient réelle. Il n'y a donc pas d'opposition ou de différence de nature fondamentale entre les deux. Le virtuel peut devenir réel et le réel peut devenir virtuel. Les niveaux macroscopique, microscopique et vide sont séparés par la valeur du produit énergie et temps comparé à la constante de Planck. Dans le macroscopique, le produit énergie et temps est très inférieur à cette constante h. C'est ce que l'on appelle les inégalités d'Heisenberg. Il ne s'agit pas d'une incertitude du réel mais d'une loi fondant un niveau hiérarchique de la nature.

Si le produit d'une énergie et d'un temps est inférieur à un quanta h de Planck, on est au niveau virtuel. C'est un domaine où on peut accéder à une très grande énergie à condition que ce soit dans un temps très court, dit virtuel. Si ce produit est un petit nombre de quanta h de Planck, on est au niveau microscopique. Si c'est un grand nombre par rapport à la constante h de Planck, on est au niveau macroscopique. Mais, comme on l'a dit, ces domaines ne sont pas indépendants et séparés. Au contraire, le réel n'existe qu'entouré de virtuel en interaction constante avec le vide qui l'entoure.

Quant au niveau interstellaire, il interagit aussi de manière fondamentale. En effet, c'est aux limites des bulles géantes du vide interstellaire que naît la matière, de la pression entre deux bulles de vide en expansion. L'expansion n'est pas une propriété qui a trait à l'univers comme un tout. Elle concerne chaque bulle. Les différents niveaux de la matière interagissent ainsi sans cesse.

Mais revenons d'abord aux relations du virtuel et du réel. Car c'est bel et bien le vide (le fugitif dit virtuel) qui fonde la matière (le durable dit réel). Le nuage de polarisation qui entoure l'électron est constitué d'éléments d'un monde inférieur, celui issu du vide qui est le monde des particules virtuelles caractérisées par deux propriétés liées entre elles : pas de masse et pas d'espace-temps tel que nous le connaissons à notre échelle macroscopique ni tel qu'il existe (localement) dans l'environnement d'une masse. Ces particules sont électrisées positivement ou négativement et s'ordonnent dynamiquement autour de l'électron par couches positives et négatives alternativement, écrantant ainsi le champ de la charge électrique à proximité de l'électron. Cela explique qu'aucune charge électrique ne peut s'approcher au point de toucher l'électron. Il y a toujours des couches de particules virtuelles entre deux particules « réelles ». Rappelons une fois de plus que les particules dites virtuelles sont tout aussi réelles que celles dites réelles mais sont situées à un autre niveau de réalité. Elles ne sont pas les seules puisqu'existent à un niveau encore inférieur le « virtuel de virtuel ». Ainsi deux particules virtuelles sont elles-mêmes entourées, à un niveau hiérarchique inférieur, de particules électrisées. Ces mondes ne sont pas seulement emboités. Les niveaux sont interactifs. Et même plus puisque chaque niveau émerge du niveau inférieur. Les particules « réelles » sont des structures portées par des particules virtuelles qui reçoivent un boson de Higgs. Lorsque la particule virtuelle devient porteuse de masse, elle construit autour d'elle un champ d'espace-temps, elle structure l'espace-temps désordonné du niveau virtuel.

Le nuage de polarisation tourne du fait du magnétisme par l'action du mouvement de l'électron. C'est ce que l'on appelle le spin de l'électron. Mais les couches positives et négatives ne tournent pas de la même manière, car l'électron est chargé négativement. Cela explique qu'il faille de tour pour revenir à la situation de départ, ce que l'on appelle un spin ½.

Le spin est lié à une rotation mais laquelle ? Il ne s'agit pas de celle du corpuscule, ni d'un moment de rotation mécanique. Cela ne permettrait pas la stabilité de la particule ou bien il s'agirait de vitesses supérieures à celle de la lumière. La meilleure preuve qu'il s'agit bien d'un phénomène virtuel du vide, qu'il implique des dipôles particule/antiparticule, est que ce moment angulaire a un coefficient de proportionnalité double de celui de la mécanique classique. Ce que l'on exprime par un spin ½ et pas 1 contrairement au photon.

Comment comprendre une rotation qui serait un mouvement mécanique qui serait quantifié ? Il ne peut s'agir à proprement parler d'un mouvement, pas plus que pour les autres types de sauts quantiques. Par exemple, quand la particule passe d'une couche à une autre sans passer par des étapes intermédiaires. Ces états discontinus ne peuvent être parcourus comme un simple mouvement. Il s'agit encore une fois du déplacement d'une propriété et non d'un objet. Le caractère extrêmement rapide du changement en atteste également. Un phénomène émergeant du vide et non un objet peut parfaitement se déplacer plus vite que la lumière, de manière quasi instantanée même.

La charge de l'électron est ponctuelle. Sa masse est ponctuelle. Pourtant, les expériences montrent également qu'elles ne sont jamais exactement au même endroit, d'où des propriétés de rotations internes de la structure électron. Cette différence provient du fait que le saut de l'électron ne produit pas la même réaction aux diverses échelles d'espace-temps. La masse bouge plus lentement que les bosons. Elle met plus de temps pour se déplacer. Elle va donc moins loin. Cela produit plusieurs mouvements différents. Le nuage de positions de la charge est beaucoup plus ample que celui de la masse : le rapport appelé « constante de structure fine » est le rapport d'échelle des différents mondes hiérarchiques emboîtés est donc aussi le rapport entre les temps ou les distances. C'est donc aussi le rapport entre les différents « rayons de l'électron ». Alors que la masse semble trembloter autour de positions, la charge s'étend sur toute une zone.

Le vide est agité et n'atteint jamais un équilibre malgré les interactions électromagnétiques entre particules et antiparticules car celles-ci apparaissent et disparaissent changeant sans cesse la configuration du vide. C'est cette agitation permanente qui explique que la matière à un niveau inférieur présente un caractère probabiliste et non prédictible. Le fait que la particule (cette propriété structurelle et non un objet) saute sans cesse d'une particule virtuelle à une autre donne aussi ce caractère flou à la description de la particule, ce caractère tremblé de la position de l'électron par exemple.

Revenons maintenant à notre point de départ : à l'interprétation de l'expérience des deux fentes de Young qui a perturbé tout le monde des physiciens à plus d'un titre mais d'abord du fait que les électrons qui passaient par l'une des deux fentes étaient captés par des écrans comme des corpuscules et que les positions où on les trouvait étaient réparties sur des bandes d'interférence, c'est-à-dire qui se comportaient en même temps comme des ondes qui interfèrent tantôt constructivement, tantôt destructivement… Et, pire, ces interférences avaient lieu même si les particules, par exemple des électrons, étaient émis un par un par la source. Ils reconstruisaient progressivement les franges d'interférence ! Comment un seul électron pouvait-il avoir interféré comme s'il était passé à la fois par les deux fentes ? Voyons si nous comprenons mieux cette étrangeté du phénomène. Un électron est émis par une source. Il est entouré dans son parcours dans le vide par son nuage de polarisation. Mais qui est-il ? Cela dépend des instants. Parfois il est une particule virtuelle et parfois une autre. Si les fentes sont suffisamment proches, le nuage de polarisation va passer par les deux fentes et retrouver la particule à la sortie des fentes. Il y aura ainsi interférence du nuage avec lui-même. La taille du nuage de polarisation est de l'ordre de celle de la longueur d'onde de la particule. Le nuage de polarisation interagit avec lui-même. Il forme des figures d'interférences qui sont des structurations de l'espace de probabilité de présence de l'électron. On peut dire que le nuage de polarisation « guide » l'électron (ou la particule). C'est ainsi que vont se constituer des bandes d'interférence.

Est-ce que cela permet de comprendre les diverses expériences fondées sur l'idée de Young et notamment la destruction des interférences si on éclaire une des fentes pour savoir si l'électron y est passé ? Eclairer une des fentes, c'est faire perdre sa phase à la partie du nuage de polarisation qui y passe. Conséquence les deux parties ne sont plus successivement en phase ou en opposition de phase suivant les différences de longueur de chemin des deux parcours. Ils ont seulement des phases différentes. Est-ce que cette interprétation du vide quantique permet de comprendre aussi les expériences du type Aspect où deux corpuscules émis en même temps semblent interagir instantanément à grande distance, où toute mesure sur l'un interagit sur l'autre semblant même violer la limite de la vitesse de la lumière. Ou encore, est-ce qu'elle permet d'interpréter des expériences du type effet tunnel comme l'effet Josephson dans lequel un saut de potentiel peut se faire quasi instantanément, violant apparemment là aussi la limite de la vitesse de la lumière.

L'essentiel dans cette question est de comprendre que le vide quantique est un autre monde que le monde des particules ou le monde macroscopique en termes d'espace et de temps.

Un phénomène qui se déroule à notre échelle macroscopique obéit à un temps qui subit une flèche, c'est-à-dire que le phénomène est généralement irréversible. Au niveau des particules, on constate au contraire une apparente réversibilité des phénomènes. Au niveau du vide, le temps est désordonné. Il apparaît par couples de quantités égales et opposées. Au total, le temps local apparaît comme inchangé : aucune flèche et même aucun temps.

Tout phénomène qui est fondé sur une interaction virtuel/virtuel peut parfaitement être instantanée car le temps ne s'écoule pas dans le vide. C'est le cas pour tout ce qui concerne le spin de l'électron (ou de la particule) puisqu'on a vu précedemment que le spin est entièrement fondé sur un mécanisme du vide quantique. D'une manière générale la phase d'une particule est un phénomène virtuel. Cela explique que des particules en phase ou en opposition de phase au départ, par exemple à l'émission ou après interaction, le restent même à distance (électrons corrélés, par exemple). Le vide quantique n'obéit pas à la localité (ni du temps, ni de l'espace).

L'espace-temps que l'on constate au niveau de la matière est produit par les masses. Il est fondé sur l'espace-temps local dû au nuage de polarisation. Les couples particule/antiparticule en s'organisant autour de la particule durable construisent cette structuration de l'espace-temps. La matière durable est bel et bien un processus d'auto-organisation de l'espace-temps. L'un des éléments de ce processus est le fait que les relations particule/antiparticule nécessitent un certain rapport entre espace et temps qui est appelé « la vitesse de la lumière » qu'il ne faut pas concevoir comme une vitesse cinématique mais comme un rapport seuil d'un phénomène. On a longtemps considéré que le mouvement était ce qu'il apparaît à notre échelle, c'est-à-dire un simple déplacement sans modification d'un même objet dans un espace avec lequel il ne rétroagit pas. C'est une approximation valable pour des objets macroscopiques car les changements à petites échelles sont négligeables dans ce cas et se compensent entre eux pour un objet à notre échelle (macroscopique). Il y a des cas où ce n'est pas vrai parce que le phénomène obéit à des effets quantiques qui sont visibles à grande échelle (par exemple superfluidité ou supraconductivité). Ce n'est plus vrai du tout pour la particule (niveau microscopique dit quantique). Il n'est plus question de déplacement de type cinématique avec, à chaque instant, une position et une vitesse. Et une continuité de l'évolution point par point des uns et des autres. En fait, avec la particule, il n'y a pas déplacement d'un même objet dans un espace qui n'interagit pas avec lui. Au contraire, l'espace construit sans cesse le phénomène qu'il s'agisse d'une « particule matérielle » ou de la « lumière ». On l'a déjà vu pour la particule qui saute d'une particule virtuelle à une autre et est entourée du nuage de polarisation constituée des particules et antiparticules virtuelles. La vitesse de la lumière, aussi, n'est pas une vitesse cinématique de déplacement. Le photon, lui aussi, est un phénomène fondé sur le vide quantique. C'est un couplage d'une particule et d'une antiparticule qui a reçu une énergie suffisante pour que le phénomène reste durable alors que les couples virtuels du vide disparaissent. Le photon est un phénomène périodique dans lequel le cycle consiste dans la transformation : couple virtuel donne photon, puis redonne couple virtuel. Ce phénomène n'est durable que s'il correspond à un certain rapport entre espace et temps. C'est cela qui est appelé « vitesse de la lumière ». La signification de ce rapport distance sur temps est qu'il faut une certaine quantité de vide autour pour effectuer la transformation du cycle entre virtuel et photon avec suffisamment d'énergie. Dans ce sens, la lumière est, comme la matière, une forme d'organisation du vide inorganisé (ou moins organisé), qui permet une transmission durable de l'énergie alors qu'à la base les couples virtuels ne sont pas durables. La différence avec la durabilité de la matière (des particules), c'est que l'énergie est utilisée pour séparer durablement la particule de son antiparticule à laquelle elle restait attachée dans le vide. Cela se réalise par le fait que la particule réelle s'apparie avec une antiparticule proche au sein de son nuage (et devient ainsi virtuelle) et libère ainsi une autre particule qui passe ainsi de virtuelle à réelle. Le dipôle a été cassé par l'apport d'énergie appelé boson de Higgs.

Les corpuscules réels, qu'il s'agisse de photons ou de particules de masse, ne sont justement pas des objets vraiment réels, des « choses ». Ce qui est durable, c'est une structure, un phénomène et ses caractéristiques. Ce n'est pas le même corpuscule qui se contenterait de se déplacer. Le déplacement provient du fait que la propriété (et non un objet) saute d'une particule virtuelle à une autre ou d'un couple virtuel à un autre. Le fait que le phénomène dit « réel » (matière et lumière durables) soit modifié à petite échelle par les interférences du vide explique l'essentiel des étrangetés de la physique quantique.

L'une des plus remarquables étrangetés quantiques est l'effet dit Aharonov-Bohm, dans lequel un champ électromagnétique agit sur un électron qui ne traverse pas ce champ. Cela est non seulement contradictoire avec la physique classique, ce qui est quasi général aux phénomènes quantiques, mais c'est aussi parfaitement étrange pour la physique quantique, comme l'a longuement exposé Mark Silverman dans « And yet it moves » (et pourtant elle bouge). Il s'agit d'un raffinement de l'expérience des deux fentes de Young dans laquelle on place à la sortie des fentes un solénoïde. Ce dernier produit un champ magnétique à l'intérieur du solénoïde mais pas à l'extérieur. Les franges d'interférences produites par les fentes sont alors déplacées en fonction du sens de rotation du champ magnétique. Normalement, ce champ ne devrait avoir aucune action sur les électrons qui passent à côté de lui. Cela signifie que les interférences sont le produit d'effets qui n'agissent pas directement sur le corpuscule lui-même mais sur l'espace vide qui l'entoure. C'est donc bel et bien une manifestation de l'interaction du vide quantique et de l'électron. Car le vide, lui, passe parfaitement à l'intérieur du solénoïde. L'interférence a bien lieu sur le vide qui entoure l'électron.

Les manifestations des effets du virtuel qui entoure la particule sont nombreuses. Le nuage de polarisation permet d'interpréter l'écrantage de la charge électrique de la particule qui évite notamment que l'interaction de l'électron et de son champ ne soit infinie. Il permet également de comprendre que la matière ne s'entasse pas. Par exemple, deux particules de charge opposée s'attirent mais ne s'écrasent jamais une sur l'autre car les couches successives de particules et d'antiparticules virtuelles l'en empêchent. Plus deux particules se rapprochent, plus elles se repoussent. C'est également une interprétation des relations d'inégalités d'Heisenberg. Plus on agit pour cantonner une particule dans un espace restreint plus l'énergie de sortie de la particule de cet espace augmente car les particules et antiparticules virtuelles exercent un effet inverse à l'action de cantonnement.

Tout le fonctionnement des particules, et particulièrement l'interaction matière/lumière, est piloté par les interactions avec le vide quantique. Matière et lumière ont en commun d'être des formes d'organisation du vide quantique. Ils échangent des particules et antiparticules virtuelles lors des absorptions et émissions de lumière par la matière. Les étrangetés quantiques des absorptions/émissions sont liées aux étranges propriétés du virtuel.

Parmi les phénomènes dits « réels » qui sont déterminés par l'interaction avec le vide, on peut citer :
– l'émission spontanée de lumière par la matière
– la polarisation du vide par la particule
– les structures fines des bandes d'énergie des atomes
– l'émission d'une paire électron/positon par un noyau

On remarquera que ce qui se conserve sans cesse dans le vide est également ce qui se conserve à toutes les échelles de la matière, globalement comme localement. Ce n'est ni la masse, ni l'énergie, ni l'espace, ni le temps. C'est la charge électrique qui en se manifeste que dans une seule quantité, soit positive soit négative et dans ses multiples. Or la charge est une caractéristique des particules et antiparticules virtuelles qui, dans le vide quantique, apparaissent et disparaissent toujours en même quantité de charge. Et, à tous les niveaux, la charge est fixe, indépendante y compris de la vitesse, ce qui n'est pas le cas des autres variables. Cela souligne son caractère fondamental.

On a longtemps cherché le fondement de la matière dans des constances de particules durables dites élémentaires. Il n'y est probablement pas. On le trouve plutôt dans le désordre du chaos du virtuel. Le monde que nous connaissons (matière, lumière, espace, temps, masses, énergie) n'est qu'un épiphénomène d'un monde invisible qui n'est pas directement perceptible : celui du virtuel. L'ordre du vide (ses dipôles de particule et antiparticule) est sans cesse construit et détruit de manière aléatoire, empêchant toute tendance vers un équilibre. Mis à part la charge électrique, la constance n'est pas une caractéristique du vide.

La matière n'est pas fondée sur des objets fondamentaux, dits élémentaires, mais sur l'émergence de phénomènes et de seuils de leur émergence (les fameuses constantes comme la « vitesse » c, la constante d'action h ou la « masse » des particules). Ce qu'on appelle généralement mouvement n'est autre que le mode de conservation du phénomène qui se fait par sa propagation (par sauts) dans le vide.

De là, découle l'importance de l'aléatoire en physique. Il n'est pas nécessaire d'examiner des expériences d'une grande complexité pour le constater. Les simples décharges de lumière dans un néon sont aléatoires, tout autant que l'instabilité d'un noyau atomique qui émet de la radioactivité, ou encore l'émission de lumière par une source thermique, par exemple une résistance électrique. L'instant d'émission est aléatoire. En physique quantique, l'émission ou l'absorption de lumière par la matière est également aléatoire. Tous ces phénomènes font appel à l'agitation du vide – l'apparition et la disparition de couples particule/antiparticule virtuels. Dès qu'il y a interaction concernant le virtuel, l'agitation est le fondement de l'ordre.

Comme on l'a dit, le seul phénomène « particule », électron par exemple ou encore photon, est un phénomène du domaine du chaos déterministe : une structure dissipative qui émerge du désordre et est sans cesse détruite et reconstruite dans des temps très brefs. Ce temps est inversement proportionnel à l'énergie fournie. Le rapport de proportionnalité est la constante de Planck h.

Le spin de la particule est un exemple de phénomène matériel fondé sur le vide quantique et dans lequel le vide intervient avec lui-même. Des propriétés du vide découlent les multiples étrangetés des phénomènes quantiques. On a déjà cité l'expérience des spins de deux particules corrélées, du type de l'expérience d'Aspect. C'est loin d'être le seul exemple. Comment une expérience sur une deux particules peut-elle se propager en influençant à distance une expérience sur l'autre, en violant la limite de la vitesse de la lumière ? Parce que le spin concerne le virtuel qui ne connaît pas la limite c, seuil émergeant de l'organisation au sein du vide mais qui n'est pas une limite du vide. Les particules et antiparticules qui disparaissent et apparaissent dans des temps très courts amènent un temps (à la fois positif et négatif) très changeant permettent des mouvements ultra-rapides à la fois vers le « futur » et le « passé »…

L'antiparticule correspond à un quanta de temps à rebours. La symétrie du vide entraîne un désordre chaotique. Le temps et l'espace du vide sont également désordonnés. C'est sur cet espace et ce temps désordonnés (ceux issu des dipôles virtuels) que se construit l'espace, le temps, la masse et l'énergie du phénomène « particule durable » de matière ou de lumière.

Pour le comprendre, il faut examiner les phénomènes qui concernent les couples virtuels, phénomènes liés à la charge électrique. Les couples subissent l'attraction électromagnétique. Ils se comportent aussi comme des dipôles : tournent, subissent une précession, produisent un champ. D'autre part, ils interagissent avec les autres dipôles de manière électromagnétique mais aussi d'une autre manière : en interchangeant leurs partenaires. Ce saut d'un dipôle à un autre permet aux dipôles d'échanger aussi des espaces. Le phénomène « photon » est fondé sur un tel échange. C'est le rythme du cycle d'accroche-décroche des couples qui détermine la fréquence du photon. Le phénomène est justement de l'auto-organisation des rythmes de construction/destruction des couples. C'est ce qui amène les couples fugitifs du virtuel à devenir un photon durable dont le cycle oscille entre une phase éloignée et une phase proche. Quand particule et antiparticule sont proches, le couple se comporte comme un seul objet de charge nulle, qui n'interagit plus électromagnétiquement avec les couples virtuels.

L'ensemble des cycles des états de la particule de matière sont décrits par les processus de Feynman de décomposition et recomposition de couples de particules et antiparticules virtuelles. Il ne s'agit pas de simples artifices de calcul mais du processus de la nature.

C'est également ce phénomène qui va permettre à une particule n'appartenant pas à un couple de produire un autre phénomène durable : la particule. C'est également la formation d'un cycle durable dont les éléments ne le sont pas. Il s'agit aussi d'une série de sauts d'un état à un autre. La particule libre s'associe à une antiparticule d'un dipôle proche et libère une autre particule et ainsi de suite… La « stabilité » d'une particule n'est qu'une apparence fondée sur ces cycles. Cette apparence est fondée sur le rapport des temps. Les temps de la matière sont beaucoup plus longs que le temps d'un cycle. Et c'est aussi pourquoi la particule est assimilable, pour toute expérience macroscopique, à une superposition d'états. Et c'est ce qui explique qu'une mesure, très rapide, ne mesure, elle, qu'un seul état. C'est l'une des énigmes quantiques appelée « réduction du paquet d'ondes » et qui posait le problème : comment ce qui se manifeste comme un phénomène étendu dans l'espace peut-il en un temps très bref se ramener à un phénomène corpusculaire. Le temps défini par la matière est conçu de la manière suivante : un fermion associé à une antiparticule du vide donne un quantum de temps. La « masse » de la particule provient du temps nécessaire au vide pour reconstruire sans cesse la structure « matière » (durable). Il en découle l'apparence de résistance au déplacement du phénomène. Pourquoi y aurait-il une résistance de la particule au mouvement – une masse -, s'il n'y a pas de vrai mouvement ? La propriété du phénomène de la masse durable se déplace réellement en passant d'une particule virtuelle à une autre. Elle ne se déplace pas instantanément mais elle le fait à la vitesse de la lumière. Ce n'est donc pas d'elle que vient la vitesse limitée de déplacement de la particule. Mais, pour exister, la particule doit casser une liaison particule/antiparticule virtuelle en se rapprochant d'une antiparticule. Cela met du temps. Et ce temps doit être comparé au temps précédemment cité : le déplacement de la propriété de masse d'une particule virtuelle à une autre. En effet, pourquoi l'effort serait-il de plus en plus grand lorsque la particule réelle se déplace à plus grande vitesse, comme le prévoit la relativité ? Pourquoi la masse serait-elle infinie à la « vitesse de la lumière » ? Parce que le temps de parcours du phénomène approche du temps de déplacement du phénomène, alors qu'ordinairement il est bien plus petit. Un temps court supposant une plus grande énergie, il faudrait une énergie infinie pour qu'une particule se déplace à vitesse proche de la vitesse de la lumière. Plus la matière contient d'énergie, c'est-à-dire de couples virtuels contenant plus de quanta de temps, plus elle se déplace lentement parce que le temps s'écoule plus vite.

Et les quanta du vide, ces particules et antiparticules virtuelles, comment se déplacent-elles ? S'agit-il d'un déplacement mécanique ou encore une fois de la conservation d'une structure par saut ? La dernière réponse semble encore une fois la bonne, fondée sur un nouvelle agitation, du domaine appelé le « virtuel de virtuel »…Inutile de demander si cela continue à l'infini, on l'ignore…

Que conclure d'un tel amoncellement d'idées contre-intuitives, sinon que la science n'est pas du domaine « je ne crois que ce que je vois », mais plutôt je raisonne sur ce que je vois et même je dois imaginer ce que je n'espère même pas voir.

Ensuite, on peut en conclure que la philosophie est au moins aussi importante que l'expérience.

Enfin, on peut trouver que la nature s'engage en termes philosophiques, mais il est loin d'être simple de déduire une philosophie de l'examen de la nature. C'est à l'homme de choisir une philosophie et, si ce choix est heureux, la nature n'ira pas jusqu'à rendre sa réflexion inutile. On ne peut pas en attendre davantage et c'est déjà beaucoup….

Et quelle conclusion philosophique, alors ? Le monde n'est pas construit une fois pour toutes, mais sans cesse reconstruit et détruit. Il ne l'est pas en fonction d'un plan préétabli prévoyant une structure finale, mais obéissant à des rétroactions (actions et réactions emboîtées et enchaînées). Mais, au lieu de s'annuler les rétroactions construisent une dynamique qui bâtit des structures dissipatives émergentes étonnamment imaginatives au point qu'elles ont fini par construire l'homme et sa conscience… Et nul ne sait de quels sauts l'être humain et social nous réserve encore… Mais, là, ce n'est pas l'atome ni l'électron qui peuvent nous répondre. La philosophie peut-être…

Diderot, grand défenseur du matérialisme atomiste

Robert Paris — 2021-07-15T22:05:00Z

Diderot, grand défenseur du matérialisme atomiste

Diderot, « La suite d´un entretien entre M. d´Alembert et M. Diderot » :

« J´avoue qu´un être qui existe quelque part et qui ne correspond à aucun point de l´espace ; un être qui est inétendu et qui occupe de l´étendue ; qui est tout entier sous chaque partie de cette étendue ; qui diffère essentiellement de la matière et qui lui est uni ; qui la suit et qui la meut sans se mouvoir ; qui agit sur elle et qui en subit toutes les vicissitudes ; un être dont je n´ai pas la moindre idée ; un être d´une nature aussi contradictoire est difficile à admettre. Mais d´autres obscurités attendent celui qui le rejette ; car enfin cette sensibilité que vous lui substituez, si c´est une qualité générale et essentielle de la matière, il faut que la pierre sente… Cela est contre l´expérience et la raison : contre l´expérience qui chercherait inutilement ces germes dans l´oeuf et dans la plupart des animaux avant un certain âge ; contre la raison qui nous apprend que la divisibilité de la matière a un terme dans la nature, quoiqu´elle n´en ait aucun dans l´entendement, et qui répugne à concevoir un éléphant tout formé dans un atome, et dans cet atome un autre éléphant tout formé, et ainsi de suite à l´infini… est-ce que vous ne voyez pas que toutes les qualités, toutes les formes sensibles dont la matière est revêtue sont essentiellement indivisibles ? Il n´y a ni plus ni moins d´impénétrabilité ; il y a la moitié d´un corps rond, mais il n´y a pas la moitié de la rondeur ; il y a plus ou moins de mouvement, mais il n´y a ni plus ni moins mouvement ; il n´y a ni la moitié, ni le tiers, ni le quart d´une tête, d´une oreille, d´un doigt, pas plus que la moitié, le tiers, le quart d´une pensée. Si dans l´univers il n´y a pas une molécule qui ressemble à une autre, dans une molécule pas un point qui ressemble à un autre point, convenez que l´atome même est doué d´une qualité, d´une forme indivisible ; convenez que la division est incompatible avec les essences des formes, puisqu´elle les détruit. Soyez physicien et convenez de la production d´un effet lorsque vous le voyez produit, quoique vous ne puissiez vous expliquer la liaison de la cause à l´effet. Soyez logicien, et ne substituez pas à une cause qui est et qui explique tout, une autre cause qui ne se conçoit pas, dont la liaison avec l´effet se conçoit encore moins, qui engendre une multitude infinie de difficultés, et qui n´en résout aucune. »

Diderot, « Principes philosophiques de la matière et du mouvement » :

« Un atome remue le monde ; rien n´est plus vrai ; cela l´est autant que l´atome remué par le monde : puisque l´atome a sa force propre, elle ne peut être sans effet. »

Diderot avait souligné — dès l'article Encyclopédie de l'Encyclopédie ! — l'arbitraire, voire l'impossibilité de toute division ou classification des sciences : L'univers ne nous offre que des êtres particuliers, infinis en nombre, et sans presque aucune division fixe et déterminée ; il n'y en a aucun qu'on puisse appeler ou le premier ou le dernier ; tout s'y enchaîne et s'y succède par des nuances insensibles ; et à travers cette uniforme immensité d'objets, s'il en paraît quelques-uns qui, comme des pointes de rochers, semblent percer la surface et la dominer, ils ne doivent cette prérogative qu'à des systèmes particuliers, qu'à des conventions vagues, qu'à certains événements étran-gers, et non à l'arrangement physique des êtres et à l'intention de la nature. Source

Articles de l'Encyclopédie de Diderot et d'Alembert :

« Atome, (Hist. nat.) animal microscopique, le plus petit, a ce qu'on pr ́etend, de tous ceux qu'on a d ́ecouvertsavec les meilleurs microscopes. On dit qu'il paroˆıt au microscope, tel qu'un grain de sable fort fin paroˆıta la vˆue,& qu'on lui remarque plusieurs pi ́es, le dos blanc, & des ́ecailles.Atomes, s. m. petits corpuscules indivisibles ; qui, selon quelques anciens philosophes, ́etoient des ́el ́emens ouparties primitives des corps naturels. Ce mot vient d'αprivatif, & deτ oμoσ, je coupe. Atomes se dit aussi de cespetits grains de poussiere qu'on voit voltiger dans une chambre ferm ́ee, dans laquelle entre un rayon de soleil. »

Les encyclopédistes poursuivent avec une description de la matière :

« Il y a toujours eu une quantité immense & réellement infinie d'atomes ou corpuscules durs, crochus, quarrés,oblongs, & de toutes figures ; tous indivisibles, tous en mouvement & faisant effort pour avancer ; tous descendant & traversant le vide : s'ils avaient toujours continué leur route de la sorte, il n'y aurait jamais eu d'assemblages, & le monde ne serait pas ; mais quelques-uns allant un peu de côté, cette légère déclinaison en serra & accrocha plusieurs ensemble : de là se sont formées diverses masses ; un ciel, un soleil, une terre, un homme, une intelligence, & une sorte de liberté. Rien n'a été fait avec dessein : il faut bien se garder de croire que les jambes de l'homme ayant été faites dans l'intention de porter le corps d'une place à une autre ; que les doigts ayant ́été pourvus d'articulations pour mieux saisir ce qui nous serait nécessaire ; que la bouche ait ́été garnie de dents pour broyer les aliments ; ni que les yeux ayant été adroitement suspendus sur des muscles souples & mobiles, pour pouvoir se tourner avec agilité, & pour voir de toutes parts en un instant. Non, ce n'est pas une intelligence qui a disposé ces parties afin qu'elles pussent nous servir ; mais nous faisons usage de ce que nous trouvons capable de nous rendre service. Le tout s'est fait par hasard, le tout se continue, &les espèces se perpétuent les mêmes par hasard : le tout se dissoudra un jour par hasard : tout le système se réduit là. L'ancien atomisme était un pur athéisme ; mais on aurait tort de faire rejaillir cette accusation sur la philosophie corpusculaire en général. L'exemple de Démocrite, de Leucippe et d'Epicure, tous trois aussi grands athées qu'atomistes, a fait croire à bien des gens que dès que l'on admettait les corpuscules, on rejetait la doctrine qui établit des êtres immatériels, comme la divinité et les âmes humaines. Néanmoins, non-seulement la Pneumatologie n'est pas incompatible avec la doctrine des atomes, mais même elles ont beaucoup de liaison ensemble : aussi les mêmes principes de Philosophie qui avaient conduit les anciens reconnaître les atomes, les conduisirent aussi à croire qu'il y a des choses immatérielles ; et les mêmes maximes qui leur persuadèrent que les formes corporelles ne sont pas des entités distinctes de la substance des corps, leur persuadèrent aussi que les âmes ne sont ni engendrées avec le corps, ni anéanties avec sa mort. »

« PARTICULE, s. f. (Physique.) partie très-petite d'un corps ; c'est de l'assemblage & de l'union de plusieurs de ces parties que sont composés les corps naturels.
Particule dans la nouvelle Philosophie est employé par quelques auteurs dans le même sens qu'atome dans l'ancienne Philosophie d'Epicure, & que corpuscule dans la Philosophie moderne. Voyez Atome & Corpuscule.
Néanmoins d'autres auteurs les distinguent, & disent que particule est l'assemblage & l'union de deux ou plusieurs corpuscules ou atomes primitifs & physiquement indivisibles ; & que corpuscule ou petit corps est l'assemblage ou la masse de plusieurs particules.
Au reste, cette distinction n'est pas fort nécessaire, & dans la plûpart des ouvrages de Physique particule est employé comme synonyme à corpuscule.
Les particules sont donc comme les élémens des corps ; c'est leur arrangement différent & leur contexture, avec la différence de cohésion, qui constitue les différentes sortes de corps, durs, mous, secs, liquides, pesans, légers, &c. Voyez Elément & Cohésion.
Les particules les plus petites ou les corpuscules s'unissent, suivant les Newtoniens, par l'attraction la plus forte, & composent des particules plus grosses dont l'union est plus foible, & plusieurs de ces parties réunies ensemble forment des particules encore plus grosses dont l'union est toujours plus foible ; & ainsi par différens degrés jusqu'à ce que la progression finisse par les particules les plus grosses, desquelles dépendent les opérations chimiques & les couleurs des corps naturels, & qui, en s'unissant, composent les corps des masses sensibles. Voyez Matiere, Couleur, Attraction & Cohésion.
Les Epicuriens s'imaginoient que la cohésion de ces particules de matiere se faisoit par le moyen des atomes accrochés, les Péripatéticiens au contraire par le simple repos de ces parties les unes auprès des autres ; c'est aussi le sentiment des Cartésiens. Voyez Dureté. Chambers. »

« Elémens, s. pl. m. On appelle ainsi en Physique les parties primitives des corps. Les anciens, comme tout le monde sait, admettoient quatre élémens ou corps primitifs dont ils supposoient les autres formés, l'air, le feu, l'eau, la terre ; & cette opinion, quoiqu'abandonnée depuis, n'étoit pas si déraisonnable, car il n'y a guere de mixte dans lequel la Chimie ne trouve ces quatre corps, ou du moins quelques-uns d'eux. Descartes est venu, qui à ces quatre élémens en a substitué trois autres, uniquement tirés de son imagination, la matiere subtile ou du premier élément, la matiere globuleuse ou du second, & la matiere rameuse ou du troisieme. Aujourd'hui les Philosophes sages reconnoissent, 1°. qu'on ignore absolument en quoi consistent les élémens des corps. Qu'on ignore encore, à plus forte raison, si les élémens des corps sont tous semblables, & si les corps different entr'eux par la différente nature de leurs élémens, ou seulement par leur différente disposition. 3°. Qu'il y a apparence que les élémens ou particules primitives des corps sont durs par eux-mêmes. On sera peut-être étonné de la briéveté de cet article : mais nos connoissances sur ce qui en fait l'objet sont encore plus courtes. »

« CORPUSCULE, s. m. en Physique, diminutif de corps, terme dont on se sert pour exprimer les particules ou les petites parties des corps naturels. Tout corps est composé d'une quantité prodigieuse de corpuscules. Ces corpuscules eux-mêmes sont des corps, & sont composés par la même raison d'autres corpuscules plus petits, ensorte que les élemens d'un corps ne paroissent être autre chose que des corps. Mais quels sont les élemens primitifs de la matiere ? c'est ce qu'il est difficile de savoir. Aussi l'idée que nous nous formons de la matiere & des corps, selon quelques philosophes, est purement de notre imagination, sans qu'il y ait rien hors de nous de semblable à cette idée. Ces difficultés ont fait naître le système des monades de M. Leibnitz..
M. Newton a donné une méthode pour déterminer par la couleur des corps la grosseur des corpuscules qui constituent les particules qui les composent, ou plutôt le rapport de la grosseur des particules d'un corps d'une certaine couleur à celle des particules d'un corps d'une autre couleur. Il ne faut cependant regarder cette méthode que comme conjecturale. »

« CORPUSCULAIRE, adj. (Physique.) c'est ainsi qu'on appelle cette physique qui cherche la raison des phénomenes dans la configuration, la disposition, & le mouvement des parties des corps. En voici une idée un peu plus étendue. La physique corpusculaire suppose que le corps n'est autre chose qu'une masse étendue, & n'y reconnoît rien que ce qui est renfermé dans cette idée, c'est-à-dire une certaine grandeur jointe à la divisibilité des parties, où l'on remarque une figure, une certaine situation, du mouvement & du repos, qui sont des modes de la substance étendue. Par-là on prétend pouvoir rendre raison des propriétés de tous les corps, sans avoir recours à aucune forme substantielle, ni à aucune qualité qui soit distincte de ce qui résulte de l'étendue, de la divisibilité, de la figure, de la situation, du mouvement, & du repos. Cette physique ne reconnoît aucunes especes intentionnelles, ni aucuns écoulemens par le moyen desquels on apperçoive les objets. Les qualités sensibles de la lumiere, des couleurs, du chaud, du froid, des saveurs, ne sont dans les corps que la disposition des particules dont ils se trouvent composés, & en nous, que des sensations de notre ame, causées par l'ébranlement des organes.
Ce sont-là les opinions de Descartes, mais il a des précurseurs dans l'antiquité.
Leucippe & Démocrite furent les premiers qui enseignerent dans la Grece la physique corpusculaire ; Epicure l'apprit d'eux, & la perfectionna tellement qu'à la fin elle prit son nom, & qu'on l'appella la philosophie d'Epicure.
Il y a eu divers philosophes, qui, sans suivre l'athéisme de Démocrite, soutenoient que toutes choses étoient composées de corpuscules, comme Ecphantus, Heraclide, Asclepiade, & Métrodore de Chio. En général tous les Atomistes qui ont vêcu avant Démocrite & Leucippe, ont joint la créance d'une divinité avec la doctrine des atomes ; de sorte qu'on peut dire d'eux ce que Sidoine Apollinaire a dit d'Arcésilas :
Post hos, Arcesilas, divinâ mente paratam
Conjicit hanc molem, confectam partibus illis
Quas atomos vocat ipse leves.
Les anciens considérant l'idée qu'ils avoient de l'ame & ce qu'ils connoissoient dans le corps, trouvoient qu'ils pouvoient concevoir distinctement deux choses, qui sont les principales de tout ce qu'il y a dans l'univers. L'une est la matiere, qu'ils regardoient comme incapable de soi-même d'agir ; & l'autre est une faculté agissante. Duo quærenda sunt, dit Ciceron, unum quæ materia sit ex quâ quæque res efficiatur, alterum quæ res sit quæ quidque efficiat. On prouve la même chose par Séneque & par l'auteur du livre de placitis philosophorum, qui est parmi les œuvres de Plutarque.
Bien loin que la philosophie corpusculaire mene à l'athéisme, elle conduit au contraire à reconnoître des êtres distincts de la matiere. En effet, la physique corpusculaire n'attribue rien au corps que ce qui est renfermé dans l'idée d'une chose impénétrable & étendue, & qui peut être conçu comme une de ses modifications, comme la grandeur, la divisibilité, la figure, la situation, le mouvement & le repos, & tout ce qui résulte de leur différente combinaison ; ainsi cette physique ne sauroit admettre que la vie & la pensée soient des modifications du corps ; d'où il s'ensuit que ce sont des propriétés d'une autre substance distincte du corps. Cette physique ne reconnoissant dans les corps d'autre action que le mouvement local, & le mouvement étant nécessairement l'effet de l'action d'un être différent du corps mû, il s'ensuit qu'il y a quelque chose dans le monde qui n'est pas corps ; sans quoi les corps dont il est composé n'auroient jamais commencé à se mouvoir. Selon cette philosophie on ne peut pas expliquer les phénomenes des corps par un pur méchanisme, sans admettre des causes différentes de ce méchanisme, & qui soient intelligentes & immatérielles. Il est évident par les principes de la même philosophie, que nos sensations elles-mêmes ne sont pas des effets matériels, puisqu'il n'y a rien dans les corps qui soit semblable aux sensations que nous avons du chaud, du froid, du rouge, du doux, de l'amer, &c. D'où il s'ensuit que ce sont des modifications de notre ame, & que par conséquent elle est immatérielle. Enfin il est aussi clair par cette philosophie, que les sens ne sont pas juges de la vérité, même à l'égard des corps, puisque les qualités sensibles dont ils paroissent revêtus n'y sont nullement ; ainsi il faut qu'il y ait en nous quelque chose de supérieur aux sens, qui juge de leurs rapports & qui distingue ce qui est véritablement dans le corps de ce qui n'y est pas. Ce ne peut être que par une faculté supérieure, qui se donne à elle-même les mouvemens qu'elle veut, c'est-à-dire qui est immatérielle.
La physique corpusculaire a encore divers avantages. Voici les deux principaux : 1°. elle rend le monde corporel intelligible, puisque le méchanisme est une chose que nous entendons, & qu'hors cela nous ne concevons rien distinctement dans le corps. Dire qu'une chose se fait par le moyen d'une forme ou d'une qualité occulte, n'est autre chose que dire que nous ne savons pas comment elle se fait, ou plutôt c'est faire l'ignorance où nous sommes de la cause d'un effet, la cause de cet effet-là, en la déguisant sous les termes de formes & de qualités. On conçoit encore clairement que le froid, le chaud, &c. peuvent être des modifications de notre ame, dont les mouvemens des corps extérieurs sont des occasions. Mais on ne sauroit comprendre que ce soient des qualités des corps mêmes, distinctes de la disposition de leurs particules. 2°. L'autre avantage de la physique corpusculaire, c'est qu'elle prépare l'esprit à trouver plus facilement la preuve de l'existence des substances corporelles, en établissant une notion distincte du corps. Il faut que celui qui veut prouver qu'il y a quelque chose dans le monde outre les corps, détermine exactement les propriétés des corps, autrement il prouveroit seulement qu'il y a quelque chose outre un certain je ne sais quoi qu'il ne connoît pas, & qu'il appelle corps. Ceux qui rejettent la philosophie corpusculaire composent les corps de deux substances, dont l'une est la matiere destituée de toute forme, par conséquent incorporelle ; l'autre est la forme, qui étant sans matiere est aussi immatérielle. Par-là on confond si fort les idées de ce qui est matériel & immatériel, qu'on ne peut rien prouver concernant leur nature.
Le corps lui-même devient incorporel ; car tout ce qui est composé de choses immatérielles, est nécessairement immatériel, & ainsi il n'y auroit rien du tout de corporel dans la nature. Au lieu que la philosophie corpusculaire établissant une notion distincte du corps, montre clairement jusqu'où ses opérations peuvent s'étendre, où celles des substances immatérielles commencent, & par conséquent qu'il faut de nécessité que ces dernieres existent dans le monde.
Il faut cependant avoüer qu'on abuse très-souvent de cette philosophie ; écoutons M. Wolf là-dessus. In scriptis eorum qui philosophiam corpuscularem excoluêre, multum inest veritatis, etsi circa prima rerum materialium principia erraverint autores. Non tamen ideò probamus promiscuè quæ ab autoribus philosophiæ corpuscularis traduntur : nihil enim frequentius est, quàm ut figuras & molem corpusculorum ad libitum fingant, ubi eas ignorantes in ipsis phænomenis acquiescere debebant. Exempli gratiâ, nemo hucusque explicuit qualia sint aëris corpuscula, etsi certum sit per eorum qualitates elasticitatem aëris explicari. Deficiunt hactenus principia, quorum ope certè quid de iis colligi datur. Quamobrem in phænomeno acquiescendum erat quod scilicet aër possit comprimi, & continuò se se per majus spatium expandere nitatur. Enim verò non desunt philosophi qui cùm corpuscula principia essendi proxima corporum observabilium esse agnoscant, elaterem quoque aëris per corpuscula ejus explicaturi, figuras aliasque qualitates pro arbitrio fingunt, etsi nullo modo demonstrare possint corpusculis aëris convenire istiusmodi figuras & qualitates, quales ipsis tribuunt. Minimè igitur probamus, si quis philosophus corpuscularis sapere velit ultra quod intelligit. Absit autem ut philosophiæ corpusculari tribuamus quod philosophi est vitium. Deinde philosophi corpusculares in universum omnes hactenus in eo peccant, quod prima rerum materialium principia corpuscula esse existiment ; M. Wolf parle ici en Leibnitien : il ajoûte : Et plerique etiam à veritate oberrant dum non alias in corpusculis qualitates quàm mechanicas agnoscunt. Il n'y a qu'à lire tous les écrits que la fameuse baguette divinatoire a occasionnés, pour achever de se convaincre des abus dont la physique corpusculaire est susceptible. Wolf, Cosmol. §. 236. in schol. »

« CORPS, s. m. (Métaphys. & Physiq.) C'est une substance étendue & impénétrable, qui est purement passive d'elle-même, & indifférente au mouvement ou au repos, mais capable de toute sorte de mouvement, de figure & de forme. Voyez Substance, Solide, &c.
Les corps, selon les Péripatéticiens, sont composés de matiere, de forme & de privation ; selon les Epicuriens & les Corpusculaires, d'un assemblage d'atomes grossiers & crochus ; selon les Cartésiens, d'une certaine portion d'étendue ; selon les Newtoniens, d'un système ou assemblage de particules solides, dures, pesantes, impénétrables & mobiles, arrangées de telle ou telle maniere : d'où résultent des corps de telle ou telle forme, distingués par tel ou tel nom. Voyez Atome.
Ces particules élémentaires des corps doivent être infiniment dures, beaucoup plus que les corps qui en sont composés, mais non si dures qu'elles ne puissent se décomposer ou se briser. Newton ajoute que cela est nécessaire, afin que le monde persiste dans le même état, & que les corps continuent à être dans tous les tems de la même texture & de la même nature. Voyez Matiere, Particule, Solidité, Dureté, &c.
Il est impossible, selon quelques philosophes, de démontrer l'existence des corps. Voici, disent-ils, la suite d'argumens par laquelle nous pouvons arriver à cette connoissance.
Nous connoissons d'abord que nous avons des sensations ; nous savons ensuite que ces sensations ne dépendent pas de nous, & de-là nous pouvons conclure que nous n'en sommes donc pas la cause absolue, mais qu'il faut qu'il y ait d'autres causes qui les produisent ; ainsi nous commençons à connoître que nous ne sommes pas les seules choses qui existent, mais qu'il y a encore d'autres êtres dans le monde conjointement avec nous, & nous jugeons que ces causes sont des corps réellement existans, semblables à ceux que nous imaginons. Le docteur Clarke prétend que ce raisonnement n'est pas une démonstration suffisante de l'existence du monde corporel. Il ajoûte que toutes les preuves que nous en pouvons avoir, sont fondées sur ce qu'il n'est pas croyable que Dieu permette que tous les jugemens que nous faisons sur les choses qui nous environnent, soient faux. S'il n'y avoit point de corps, dit-on, il s'ensuivroit que Dieu qui nous représente l'apparence des corps, ne le feroit que pour nous tromper. Voici ce que dit là-dessus le philosophe dont nous parlons. « Il est évident, s'objecte-t-il, que Dieu ne peut pas nous tromper ; & il est évident qu'il nous tromperoit à chaque instant, s'il n'y avoit point de corps : il est donc évident qu'il y a des corps. On pourroit, selon quelques philosophes, nier la mineure de cet argument. »
En effet, quand même il seroit possible qu'il existât des corps, c'est-à-dire des substances solides, figurées, &c. hors de l'esprit, & que ces corps fussent analogues aux idées que nous avons des objets extérieurs, comment nous seroit-il possible avec cela de les connoître ? Il faudroit que nous eussions cette connoissance ou par les sens, ou par la raison. Par nos sens, nous avons seulement la connoissance de nos sensations & de nos idées ; ils ne nous montrent pas que les choses existent hors de l'esprit telles que nous les appercevons. Si donc nous avons connoissance de l'existence des corps extérieurs, il faut que ce soit la raison qui nous en assûre, d'après la perception des sens. Mais comment la raison nous montrera-t-elle l'existence des corps hors de notre esprit ? Les partisans même de la matiere nient qu'il puisse y avoir aucune connexion entr'elle & nos idées. En effet on convient des deux côtés (& ce qui arrive dans les songes, dans les phrénésies, les délires, les extases, en est une preuve incontestable), que nous pouvons être affectés de toutes les idées que nous avons, quoiqu'il n'existe point hors de nous de corps qui leur ressemblent. De-là il est évident que la supposition des corps extérieurs n'est pas nécessaire pour la production de nos idées. Si donc nous avons tort de juger qu'il y ait des corps, c'est notre faute, puisque Dieu nous a fourni un moyen de suspendre notre jugement. Voici encore ce que dit à ce sujet le docteur Berckley, Principes de la connoissance humaine, p. 59. « En accordant aux Matérialistes l'existence des corps extérieurs, de leur propre aveu ils n'en connoîtront pas davantage comment nos idées se produisent, puisqu'ils avouent eux-mêmes qu'il est impossible de comprendre comment un corps peut agir sur un esprit, ou comment il se peut faire qu'un corps y imprime aucune idée ; ainsi la production des idées & des sensations dans notre esprit, ne peut pas être la raison pour laquelle nous supposons des corps ou des substances corporelles, puisque cela est aussi inexpliquable dans cette supposition que dans la contraire. En un mot, quoiqu'il y eût des corps extérieurs, il nous seroit cependant impossible de savoir comment nous les connoissons ; & s'il n'y en avoit pas, nous aurions cependant la même raison de penser qu'il y en a que nous avons maintenant. » Id. ibid. pag. 60. 61.
« Il ne sera pas inutile de réfléchir un peu ici sur les motifs qui portent l'homme à supposer l'existence des substances matérielles. C'est ainsi que voyant ces motifs cesser & s'évanoüir par degrés, nous pourrons nous déterminer à refuser le consentement qu'ils nous avoient arraché. On a donc crû d'abord que la couleur, la figure, le mouvement & les autres qualités sensibles, existoient réellement hors de l'esprit ; & par cette même raison il sembloit nécessaire de supposer une substance ou sujet non pensant, dans lequel ces qualités existassent, puisqu'on ne pouvoit pas concevoir qu'elles existassent par elles-mêmes. Ensuite étant convaincus que les couleurs, les sons & les autres qualités secondaires & sensibles, n'avoient point leur existence hors de l'esprit, on a dépoüillé ce sujet de ces qualités, en y laissant seulement les premieres, comme la figure, le mouvement, &c. qu'on a conçû toûjours exister hors de l'esprit, & conséquemment avoir besoin d'un support matériel. Mais comme il n'est pas possible (c'est toûjours Berckley qui parle), qu'aucune de ces qualités existe autrement que dans l'esprit qui les apperçoit, il s'ensuit que nous n'avons aucune raison de supposer l'existence de la matiere. » Id. ibid. p. 115. 119. Voyez Qualité, Existence.
Voilà en substance les raisons du docteur Berckley. Leibnitz ajoûte que quand nous examinons les propriétés des corps, telles que nous les concevons, ces propriétés paroissent renfermer contradiction. De quoi les corps sont-ils composés, peut-on se demander ? Qu'on cherche tant qu'on voudra une réponse à cette question, on n'en trouvera point d'autre, sinon que les corps sont eux-mêmes composés d'autres petits corps. Mais ce n'est pas là répondre, car la difficulté reste toûjours la même, & on redemandera ce qui forme les corps composans. Il semble qu'il en faille venir à quelque chose qui ne soit point corps, & qui cependant forme les corps que nous voyons. Mais comment cela est-il possible ? On peut faire la même objection sur la cause de la dureté, qui tient de près à celle de l'impénétrabilité. Ces deux propriétés, ainsi que le mouvement & la divisibilité de la matiere, sont sujettes à des difficultés très-fortes. Cependant le penchant que nous avons à croire l'existence des corps, sur le rapport de nos sensations, est si grand, qu'il seroit fou de ne s'y pas livrer, & c'est peut-être le plus grand argument par lequel on puisse prouver que ce penchant nous vient de Dieu même : aussi personne n'a-t-il jamais révoqué vraiment en doute l'existence des corps. Au reste cette opinion de Berckley est encore exposée dans un ouvrage intitulé Dialogues entre Hilas & Philonoüs (ami de l'esprit). Il a été traduit depuis quelques années en françois par un homme d'esprit, métaphysicien subtil & profond. On voit à la tête d'un de ces dialogues, une vignette du traducteur extrèmement ingénieuse. Un enfant voit son image dans un miroir, & court pour la saisir, croyant voir un être réel ; un philosophe qui est derriere lui, paroît rire de la méprise de l'enfant ; & au bas de la vignette on lit ces mots adressés au philosophe : Quid rides ? fabula de te narratur.
Le principal argument du docteur Berckley, & proprement le seul sur lequel roule tout l'ouvrage dont nous parlons, est encore celui-ci : « Notre ame étant spirituelle, & les idées que nous nous formons des objets, n'ayant rien de commun ni d'analogue avec ces objets mêmes, il s'ensuit que ces idées ne peuvent être produites par ces objets. L'objet d'une idée ne peut être qu'une autre idée, & ne sauroit être une chose matérielle ; ainsi l'objet de l'idée que nous avons des corps, c'est l'idée même que Dieu a des corps : idée qui ne ressemble en rien aux corps, & ne sauroit leur ressembler. » Voilà, comme l'on voit, le Malebranchisme tout pur, ou du moins à peu de chose près. L'auteur fait tous ses efforts pour prouver que son sentiment differe beaucoup du systême du P. Malebranche ; mais la différence est si subtile, qu'il faut être métaphysicien bien déterminé pour l'appercevoir. Le P. Malebranche, intimement persuadé de son système des idées & de l'étendue intelligible, étoit fermement convaincu que nous n'avons point de démonstration de l'existence des corps ; il employe un grand chapitre de son ouvrage à le prouver Il est vrai qu'il est un peu embarrassé de l'objection tirée de la réalité de la révélation, & il faut avoüer qu'on le seroit à moins ; car s'il n'est pas démontré qu'il y ait des corps, il ne l'est pas que J. C. soit venu, qu'il ait fait des miracles, &c. aussi le Pere Malebranche a-t-il de la peine à se tirer de cette difficulté. L'imagination de ce philosophe, souvent malheureuse dans les principes qu'elle lui faisoit adopter, mais assez conséquente dans les conclusions qu'il en tiroit, le menoit beaucoup plus loin qu'il n'auroit voulu lui-même ; les principes de religion dont il étoit pénétré, plus forts & plus solides que toute sa philosophie, le retenoient alors sur le bord du précipice. Les vérités de la religion sont donc une barriere pour les philosophes : ceux qui les ayant consultées ne vont pas au-delà des bornes qu'elles leur prescrivent, ne risquent pas de s'égarer.
Berckley se propose une autre difficulté qui n'est pas moins grande que celle de la révélation : c'est la création, dont le premier chapitre de la Genese nous fait l'histoire. S'il n'y a point de corps, qu'est-ce donc que cette terre, ce soleil, ces animaux que Dieu a créés ? Berckley se tire de cette difficulté avec bien de la peine & avec fort peu de succès, & voilà le fruit de toute sa spéculation métaphysique ; c'est de contredire ou d'ébranler les vérités fondamentales. Il est fort étrange que des gens qui avoient tant d'esprit, en ayent abusé à ce point ; car comment peut-on mettre sérieusement en question s'il y a des corps ? Les sensations que nous en éprouvons ont autant de force que si ces corps existoient réellement : donc les corps existent ; car eorumdem effectuum eadem sunt causæ. Mais nous ne concevons pas, dit-on, l'essence des corps, ni comment ils peuvent être la cause de nos sensations. Et concevez-vous mieux l'essence de votre ame, la création, l'éternité, l'accord de la liberté de l'homme & de la science de Dieu, de sa justice & du peché originel, & mille autres vérités dont il ne vous est pourtant pas permis de douter, parce qu'elles sont appuyées sur des argumens incontestables ? Taisez-vous donc, & ne cherchez pas à diminuer par des sophismes subtils, le nombre de vos connoissances les plus claires & les plus certaines, comme si vous en aviez déjà trop.
Nous avons exposé, quoique fort en abrégé, dans le Discours préliminaire de l'Encyclopédie, p. ij. comment nos sensations nous prouvent qu'il y a des corps. Ces preuves sont principalement fondées sur l'accord de ces sensations, sur leur nombre, sur les effets involontaires qu'elles produisent en nous, comparés avec nos réflexions volontaires sur ces mêmes sensations. Mais comment notre ame s'élance-t-elle, pour ainsi dire, hors d'elle-même, pour arriver aux corps ? Comment expliquer ce passage ? Hoc opus, hic labor est.
Nous avancerons donc dans cet article comme un principe inébranlable, malgré les jeux d'esprit des philosophes, que nos sens nous apprennent qu'il y a des corps hors de nous. Dès que ces corps se présentent à nos sens, dit M. Musschenbroeck, notre ame en reçoit ou s'en forme des idées qui représentent ce qu'il y a en eux. Tout ce qui se rencontre dans un corps, ce qui est capable d'affecter d'une certaine maniere quelqu'un de nos sens, de sorte que nous puissions nous en former une idée, nous le nommons propriété de ce corps. Lorsque nous rassemblons tout ce que nous avons ainsi remarqué dans les corps, nous trouvons qu'il y a certaines propriétés qui sont communes à tous les corps ; & qu'il y en a d'autres encore qui sont particulieres, & qui ne conviennent qu'à tels ou tels corps. Nous donnons aux premieres le nom de propriétés communes ; & quant à celles de la seconde sorte, nous les appellons simplement propriétés.
Parmi les propriétés communes il y en a quelques-unes qui se rencontrent en tout tems dans tous les corps naturels, & qui sont toûjours les mêmes ; il y en a d'autres encore qui, quoiqu'elles soient toûjours dans les corps, ont pourtant des degrés d'augmentation ou de diminution. Celles de la premiere classe sont l'étendue, l'impénétrabilité, la force d'inertie, la mobilité, la possibilité d'être en repos, la figurabilité, &c. Celles de la seconde classe sont la gravité ou pesanteur, & la force d'attraction.
Il ne s'est trouvé jusqu'à présent, selon M. Musschenbroeck, aucun corps, soit grand ou petit, solide ou liquide, qui ne renfermât en lui-même ces propriétés. Il n'a même jamais été possible d'ôter ou de faire disparoître par quelqu'art que ce soit, aucune de ces propriétés, que nous appellons pour cette raison propriétés communes. Plusieurs physiciens excluent pourtant la derniere. Voyez Attraction.
Les autres propriétés des corps sont la transparence, l'opacité, la fluidité, la solidité, la colorabilité, la chaleur, la froideur, la saveur, l'insipidité, l'odeur, le son, la dureté, l'élasticité, la mollesse, l'âpreté, la douceur, &c. Ces propriétés ne se remarquent que dans certains corps, & on ne les trouve pas dans d'autres, de sorte qu'elles ne sont pas communes.
Il y a encore une autre sorte de propriétés qui tiennent le milieu entre les premieres & les dernieres. Ces propriétés sont aussi communes, mais seulement à certains égards. Expliquons cela par un exemple. Tous les corps qui sont en mouvement, ont la force de mettre aussi en mouvement les autres corps qu'ils rencontrent ; cette propriété doit être mise par conséquent au rang de celles qui sont communes. Cependant comme tous les corps ne sont pas en mouvement en tout tems, il s'ensuit que cette propriété commune ne devra avoir lieu, & ne pourra être regardée comme telle, que dans les cas où l'on suppose les corps en mouvement ; mais les corps ne sont pas toûjours en mouvement, & par conséquent cette propriété ne peut passer pour commune, puisqu'elle n'est pas toûjours dans tous les corps.
Rien n'est plus propre que les observations, pour nous faire conclure que nous ne connoissons pas en effet la nature des corps ; car si nous la connoissions, ne pourrions-nous pas prédire par avance un grand nombre d'effets que les corps qui agissent l'un sur l'autre devroient produire ? C'est ainsi que les Mathématiciens déduisent plusieurs choses de la nature du cercle. Mais nous ne connoissons d'avance aucun effet, il faut que nous en venions aux expériences pour faire nos découvertes. Dans tous les cas ou les observations nous manquent, nous ne pouvons pas commencer à raisonner sur ce que nous ne connoissons pas encore des corps ; & si nous le faisons, nous nous exposons à tirer des conséquences fort incertaines. Nieuwentit a commencé à démontrer cette vérité dans ses Fondemens de la certitude, & nous pourrions aussi confirmer la même chose par cent exemples. Ces philosophes qui croyent connoître la nature des corps, ont-ils jamais pû prédire par la seule réflexion qu'ils ont faite sur les corps, un seul des effets qu'ils produisent en agissant l'un sur l'autre ? En effet, quand même on leur accorderoit que la nature des corps consiste dans l'étendue, ils n'en seroient pas pour cela plus avancés, parce que nous ne pouvons rien déduire de-là, & que nous ne pouvons rien prévoir de ce qui arrive dans les corps, puisqu'il faut que nous fassions toutes nos recherches en recourant aux expériences, comme si nous ne connoissions point du tout la nature des corps. Mussch. Essais de Physiq. l. I. ch. 1. Voyez Etendue & Impénétrabilité. »

Diderot dans « Manuscrit de Pétersbourg » (courrier à Catherine II) :
« Il faut que Sa Majesté Impériale sache que Aepinus m'a promis d'abjurer ses opinions sur l'existence de Dieu, si je lui démontrais que les planètes pouvaient se mouvoir dans l'espace sans avoir besoin d'une première impulsion en ligne droite, qui combinée avec la force d'attraction leur fît décrire des orbes elliptiques. Outre la première démonstration que je lui en donnai, je vais lui en proposer une seconde. (…) Donc la matière douée de la propriété d'attirer, les planètes, pour se mouvoir, n'ont pas eu besoin que la main d'un créateur les lançât dans l'espace. »

Diderot, « Pensées philosophiques » :

« J'ouvre les cahiers d'un professeur célèbre et je lis : « Athées, je vous accorde que le mouvement est essentiel à la matière ; qu'en concluez-vous ?… que le monde résulte du jet fortuit des atomes ? J'aimerais autant que vous me dissiez que l'Iliade d'Homère, ou la Henriade de Voltaire est un résultat de jets fortuits de caractères. » Je me garderai bien de faire ce raisonnement à un athée : cette comparaison lui donnerait beau jeu. Selon les lois de l'analyse des sorts, me dirait-il, je ne dois point être surpris qu'une chose arrive lorsqu'elle est possible, et que la difficulté de l'événement est compensée par la quantité des jets. Il y a tel nombre de coups dans lesquels je gagerais, avec avantage, d'amener cent mille six à la fois avec cent mille dés. Quelle que fût la somme finie des caractères avec laquelle on me proposerait d'engendrer fortuitement l'Iliade, il y a telle somme finie de jets qui me rendrait la proposition avantageuse : mon avantage serait même infini si la quantité de jets accordée était infinie. Vous voulez bien convenir avec moi, continuerait-il, que la matière existe de toute éternité, et que le mouvement lui est essentiel. Pour répondre à cette faveur, je vais supposer avec vous que le monde n'a point de bornes ; que la multitude des atomes était infinie, et que cet ordre qui vous étonne ne se dément nulle part : or, de ces aveux réciproques, il ne s'ensuit autre chose, sinon que la possibilité d'engendrer fortuitement l'univers est très-petite, mais que la quantité des jets est infinie, c'est-à-dire que la difficulté de l'événement est plus que suffisamment compensée par la multitude des jets. Donc, si quelque chose doit répugner à la raison, c'est la supposition que, la matière s'étant mue de toute éternité, et qu'y ayant peut-être dans la somme infinie des combinaisons possibles un nombre infini d'arrangements admirables, il ne se soit rencontré aucun de ces arrangements admirables dans la multitude infinie de ceux qu'elle a pris successivement. Donc, l'esprit doit être plus étonné de la durée hypothétique du chaos que de la naissance réelle de l'univers. »

Diderot, « Lettre sur les aveugles à l'usage de ceux qui voient » :

« Considérez, monsieur Holmes, ajouta-t-il, combien il faut que j'aie de confiance en votre parole et dans celle de Newton. Je ne vois rien, cependant j'admets en tout un ordre admirable mais je compte que vous n'en exigerez pas davantage. Je vous le cède sur l'état actuel de l'univers, pour obtenir de vous en revanche la liberté de penser ce qu'il me plaira de son ancien et premier état, sur lequel vous n'êtes pas moins aveugle que moi. Vous n'avez point ici de témoins à m'opposer ; et vos yeux ne vous sont d'aucune ressource. Imaginez donc, si vous voulez, que l'ordre qui vous frappe a toujours subsisté ; mais laissez-moi croire qu'il n'en est rien ; et que si nous remontions à la naissance des choses et des temps, et que nous sentissions la matière se mouvoir et le chaos se débrouiller, nous rencontrerions une multitude d'êtres informes pour quelque êtres bien organisés. Si je n'ai rien à vous objecter sur la condition présente des choses, je puis du moins vous interroger sur leur condition passée. Je puis vous demander, par exemple, qui vous a dit à vous, à Leibniz, à Clarke et à Newton, que dans les premiers instants de la formation des animaux, les uns n'étaient pas sans tête et les autres sans pieds ? Je puis vous soutenir que ceux-ci n'avaient point d'estomac, et ceux-là point d'intestins ; que tels à qui un estomac, un palais et des dents semblaient promettre de la durée, ont cessé par quelque vice du coeur ou des poumons ; que les monstres se sont anéantis successivement ; que toutes les combinaisons vicieuses de la matière ont disparu, et qu'il n'est resté que celles où le mécanisme n'impliquait aucune contradiction importante, et qui pouvaient subsister par elles-mêmes et se perpétuer. »

« Cela supposé, si le premier homme eût eu le larynx fermé, eût manqué d'aliments convenables, eût péché par les parties de la génération, n'eût point rencontré sa compagne, ou se fût répandu dans une autre espèce, monsieur Holmes, que devenait le genre humain ? il eût été enveloppé dans la dépuration générale de l'univers ; et cet être orgueilleux qui s'appelle homme, dissous et dispersé entre les molécules de la matière, serait resté, peut-être pour toujours, au nombre des possibles. »

« Qu'est-ce que ce monde, monsieur Holmes ? un composé sujet à des révolutions, qui toutes indiquent une tendance continuelle à la destruction ; une succession rapide d'êtres qui s'entre-suivent, se poussent et disparaissent : une symétrie passagère ; un ordre momentané… Quelle suite prodigieuse de générations d'éphémères atteste votre éternité ! »

Entretien entre Diderot et D'Alembert

Atomisme, article de l'Encyclopédie de Diderot

Atome, article de l'Encyclopédie de Diderot

Matière, article de l'Encyclopédie de Diderot

Elément, article de l'Encyclopédie de Diderot

Corpusculaire, article de l'Encyclopédie de Diderot

Corpuscule, article de l'Encyclopédie de Diderot

Corps, article de l'Encyclopédie de Diderot

Diderot et l'atomisme

Diderot entre Gassendi et Buffon

Denis Diderot, Principes philosophiques sur la matière et le mouvement

Matière inerte et matière vivante - Ce qu'en disait Diderot

Textes de Denis Diderot sur la philosophie des sciences

Qu'est-ce que l'atome ? Qu'est-ce que la particule ? Qu'est-ce que l'électron ?

Robert Paris — 2021-02-17T23:39:00Z

"L'électron n'est pas pensable sans son cortège de photons potentiels."

Gilles Cohen-Tannoudji dans "La Matière-espace-temps"

On a longtemps cherché l'"atome" c'est-à-dire l'objet insécable, fondamental, brique élémentaire de tout un édifice de construction de l'univers. La physique quantique a montré qu'il n'y a pas d'objet élémentaire dans l'absolu et même pas du tout d'objets fixes, parce que l'atome (ou la particule comme l'électron ou le proton) n'est pas pensable sans les échanges de photons qui permettent aux électrons de changer de couche atomique par exemple. Ou encore qui permettent aux diverses particules d'interagir. La matière n'a pas de relation directe avec la matière sans passer par des particules dites d'interactions. Elle les absorbe et les émet. Et elle le fait parce, potentiellement, elles font partie de son environnement appelé nuage. Le proton, le neutron ou les quarks ne sont pas plus des particules individuelles qui existent sans un nuage qui est un cortège de gluons par exemple. Cette propriété est fondamentale dans l'interprétation quantique de l'atome et de ses sauts d'un état à un autre. C'est le fondement de l'étude de l'atome par celle des émissions lumineuses, ou spectre d'émission. C'est également le fondement d'une nouvelle compréhension de la stabilité de la matière qui n'est pas fondée sur la fixité en tant qu'objets individuels mais sur des phénomènes dynamiques qui permettent la conservation de certaines propriétés grâce à des changements à grande vitesse appelés virtuels du fait que le monde à notre échelle ne les voit pas directement. Ils apparaissent et disparaissent dans un temps plus court que les temps caractéristiques des interactions de la matière et de la lumière.
Même si le virtuel n'est directement "visible" ou "sensible" pour nous et nos appareils d'observation, les expériences de toutes sortes sur les particules imposent son existence qui seule peut permettre de les expliquer.

La particule est "habillée" par son nuage virtuel constitué par la transformation à proximité de la particule du vide quantique qui l'entoure. Cela signifie que toutes les caractéristiques de la particule, comme la masse ou la charge, et toutes les expériences d'interaction de la particule ne peuvent s'interpréter si on considère le corpsucule "nu" sans nuage virtuel autour.

Virtuel signifie fugitif mais signifie aussi potentiel parce que la particule peut sauter d'un point de son nuage à un autre.

Quand la particule interfère avec elle-même comme dans l'expérience des fentes de Young, la seule interprétation possible est qu'elle a à la fois traversé les deux fentes. ce n'est pas le corpuscule mais le nuage qui traverse les deux et qui interfère avec lui-même en modifiant ainsi les probabilités de présence.

Quand la particule est à la fois onde et corpuscule, c'est-à-dire avant mesure ou observation, c'est parce qu'elle est un corpuscule habillé.

Quand il y a "réduction du paquet d'ondes", cela signifie que la disparition du corpuscule entraîne instantanément celle du nuage.

Quand une charge "sent" la charge e de l'électron, c'est le produit de l'action de l'ensemble des charges virtuelles du nuage car il y a dans le nuage des particules et des antiparticules virtuelles chargées électriquement qui se positionnent en couches autour de la particule et "écrantent" celle-ci.

Quand deux particules de charges opposées ne tombent pas l'une sur l'autre, cela provient encore une fois de la dynamique que représente le corpuscule et son nuage.

Quand une particule passe dans un trou suffisamment petit, elle perd momentanément son nuage et du coup son orientation. C'est la diffraction.

Quand la particule passe dans un "tunnel", elle se déplace quasi instantanément car elle perd momentanément son nuage.

C'est son nuage qui freine la particule, définissant ainsi sa masse et sa vitesse.

et, etc....

Ce que sont pour nous aujourd'hui la matière et la lumière :

La matière et la lumière sont deux phénomènes dialectiquement opposés, c'est-à-dire des inverses inséparables. Pas de communication entre matières sans échange de lumière (les physiciens disent des photons ou des bosons pour "lumière" ou encore des particules d'interaction). Pas de matière sans entourage de photons dits virtuels. Pas de perception de ces photons sans matière. Matière et lumière manifestent d'autre part une unité impressionnante. Ils sont tous deux faits de quanta d'action. La matière émet et absorbe de la lumière. Ils obéissent identiquement aux lois quantiques avec notamment cette étonnante propriété de dualité onde/corpuscule, cette non moins étonnante propriété de pluralité des états et enfin celle des sauts quantiques. Cependant, matière et lumière s'opposent. les uns obéissent à une logique attractive (les bosons) et les autres à une logique répulsive dite principe de Pauli (les particules matérielles). Cela signifie que les particules de lumière ont tendance à se grouper entre photons qui sont en phase et les particules ne peuvent exister dans un même état.

Tous deux sont des structures et des rythmes issus des interactions en tous sens et en permanence d'un grand nombre d'oscillateurs dipolaires couplés que sont les couples de particules et de leurs antiparticules virtuelles du vide quantique.

Ni la lumière ni la matière, même dans leurs manifestations dites élémentaires (un seul corpuscule) ne sont des objets. Ce sont des phénomènes d'émergence de structure et de rythme. Ils sont fondés sur un grand nombre de particules virtuelles et de photons virtuels.

On a longtemps cru que la réalité était décrite par des objets, les atomes ou les particules. Il s'agissait de « choses », c'est-à-dire d'éléments fixes qui étaient caractérisés par des paramètres constants. On parlait de charge de l'électron, de masse de l'atome ou de trajectoire (vitesse et position) d'une particule. Tout cela a dû être abandonné devant les découvertes de la physique quantique. Quelle image ressort finalement de ce grand chambardement ? Aucune, diront certains. Pour le site « Matière et révolution », ce n'est pas le cas.

Il s'avère que les paramètres et les structures qui apparaissent doivent leur durabilité à une dynamique extraordinairement animée et fondée sur des chocs. Les attributs qui semblaient attachés à chaque corpuscule ne sont pas des propriétés appartenant en fixe à celui-ci. Tout corpuscule peut changer brutalement de nature et le fait sans cesse. Si on conserve un certain type de corpuscule dans une zone donnée, ce n'est pas dû à une conservation individuelle de chaque corpuscule. Le nombre d'un certain type de corpuscules peut même changer.

La propriété de masse, loin d'être attachée à une particule, saute sans cesse d'une particule à une autre, d'un électron matériel à un électron virtuel qui sera ainsi matérialisé. La propriété « matière » saute donc d'une particule virtuelle du vide à une autre. Tout électron virtuel est destiné à devenir éventuellement réel et inversement. La réalité en question est seulement une existence à un certain niveau, le virtuel une existence non moins véritable mais à une échelle beaucoup plus courte. Tout proton virtuel peut également devenir réel et inversement. D'autre part, un proton peut se changer en neutron au sein du noyau de l'atome, et inversement. Là encore, les oppositions peuvent se changer en leur contraire. Proton en neutron comme précédemment matière en vide et vide en matière. De même le quanta d'interaction n'est pas fixe. Tout photon peut également se changer en couple matière et antimatière, par exemple électrons et positrons virtuels. Du coup, le photon peut se « mélanger » avec la matière pour produire une nouvelle matière et de nouveaux photons en échangeant des particules virtuels. Les particules peuvent aussi échanger des photons. Toutes ces interactions changent la matière et la lumière et se font par des chocs, interactions à une échelle beaucoup plus rapides que les temps caractéristiques des phénomènes sur lesquels ils agissent. De même, un quark peut se changer en un autre. La couleur n'est pas un paramètre attaché au quark mais une propriété pouvant sauter d'un quark à un autre. Un neutrino peut également se changer spontanément en un autre. Un noyau d'atome peut se changer dans un ou plusieurs autres, tout aussi spontanément.

Donc toutes les caractéristiques qui étaient attribuées autrefois à l'objet sautent et toute la dynamique est le produit de ces sauts.

L'apparition de structures et de « constantes » n'est que le produit de ces échanges de propriétés ou de moyennes sur un grand nombre de particules.

La propriété électron peut se maintenir mais seulement en sautant d'un corpuscule à un autre. Si on cherche à suivre individuellement un électron, on s'aperçoit qu'il disparaît et réapparaît plus loin. Et, plus étonnant, un corpuscule peut réapparaître avant de disparaître. Il y a eu distorsion du temps. Dans ces sauts, le temps ne ressemble plus du tout à son ancienne image bien tranquille se déplaçant comme sur une ligne continue parcourue régulièrement. Dans la dynamique, le temps ne parcourt pas une succession linéaire d'instants successifs ressemblant à des points alignés comme des instants.

Là encore, le temps, mais aussi l'espace, ne ressemblent pas au monde dans lequel nous croyons vivre à notre échelle : celui des objets macroscopiques qui ne semblent pas subir des apparitions et des disparitions brutales.

Maurice Jacob dans "Au coeur de la matière" :

"Au coeur de la matière et à l'échelle du cosmos

La nature est plus riche que notre imagination. On peut démonter les molécules en atomes. On peut arracher les électrons d'un atome et séparer les protons et les neutrons qui constituent son noyau. On découvre les différents niveaux de la matière qui mettent en jeu des constituants de plus en plus élémentaires. (...) La masse, cette propriété que l'on pensait intrinsèquement associée à un objet et qui résultait de l'addition des masses de ses constituants, une masse que l'on associait à chaque particule avant de considérer les forces auxquelles elles pouvaient être soumises, cette masse devient un effet dynamique des actions auxquelles les constituants fondamentaux sont soumis. (...) Les particules élémentaires sont les quarks (qui forment notamment les protons et les neutrons) et les leptons (comme l'électron). (...) Les forces qui leur permettent d'interagir entre eux sont toutes du même type : elles prennent la forme particulière d'un échange de bosons. (...) L'un de ces bosons est le "grain de lumière", le photon. (...) Deux particules chargées s'attirent ou se repoussent en échangeant des photons. Au cours d'un choc, ou simplement accélérée, une particule chargée peut émettre un photon (...) dont la fréquence est proportionnelle à son énergie. (...) L'atome est formé d'un tout petit noyau entouré d'un "nuage" d'électrons. Le rayon du noyau est cent mille fois plus petit que celui de l'atome, mais il contient pratiquement toute la masse. l'atome est donc pratiquement vide mais son volume, extrêmement vaste par rapport à celui du noyau, est rempli par le mouvement incessant des électrons qui se concentrent sur des couches successives. Le noyau a une charge positive et les électrons ont une charge négative. Ils sont tous attirés par le noyau mais tournoient à une distance respectable. L'atome est globalement neutre, la charge totale des électrons étant compensée par celle des protons qui se trouvent dans son noyau. (....) En physique quantique, il faut renoncer à considérer une particule comme parfaitement localisable. (...) Ce flou quantique peut heurter l'intuition naturelle (...) ne peut-on envisager l'observation d'un électron pendant un temps très court durant lequel il ne pourrait parcourir qu'une petite partie de la distance associée à ce flou quantique ? C'est possible mais on ne peut plus distinguer dans ce cas l'électron des multiples autres particules (paires d'électrons et de positrons fugitifs du vide) qui peuvent être librement émises et réabsorbées durant ce temps très court. (...) Le vide est animé par la création continuelle et la disparition rapide de paires électron-positron (le positron est l'antiparticule de l'électron). Ce sont des paires virtuelles (...) L'électron de charge négative va attirer les positrons de ces paires virtuelles en repoussant leurs électrons. En approchant de l'électron, le photon va se voir entouré d'un "nuage" de charge positive dû aux positrons virtuels attirés. Il aura l'impression que la charge de l'électron est plus faible que celle annoncée. (...) la masse des particules vient de la structure du vide qui s'est figé au début de l'évolution de l'Univers (...) La diversité de la matière sort de la structure du vide. (...) le vide bouillonne d'activité, il peut même exister sous plusieurs formes et manifester une structure. (...) Ce bouillonnement d'activité est de nature quantique."

L'atome n'est pas un objet que l'on puisse appréhender comme une bille ou une autre "chose" c'est-à-dire une matière attraper ou suivre dans un mouvement régulier dans l'espace. Cela a été une déception pour bien des physiciens mais il faut bien admettre que la nature ne se ramène pas à ce type de notion comme celle que l'on appelait "la particule élémentaire". Ce réductionnisme n'a plus cours en physique. Nous allons tenter de montrer que s'y est substituée une notion beaucoup plus fascinante et dynamique qui allie l'existence de la matière mais comme émergence de structure durable, d'un ordre, au sein d'un univers extraordinairement agité. Et c'est ordre est fractal, coexiste à plusieurs niveaux hiérarchiques ayant entre eux des rétroactions étonnantes.

L'électron, le film

Qu'est-ce qu'une particule, le film

Qu'est-ce que la matière ?

Qu'est-ce que l'atome, le film

On a la dernière "image classique" du monde quantique de l'atome : un noyau autour duquel tourneraient des électrons. Mais cette image a depuis longtemps montré ses limites. Et d'abord, si un tel ensemble existait il ne durerait pas le temps pour le dire ! Il n'aurait aucune stabilité. Comment remplacer cette image ? Cela nécessite plusieurs révolutions conceptuelles. Les problèmes proviennent d'une vision macroscopique du monde mais ce n'est pas le seul problème. Il y a aussi des images fausses de la stabilité, de l'espace-temps, des images réductionnistes, continuistes, linéaires du monde. Car la conception du monde n'a pas avancé aussi vite que nos connaissances et nos techniques.

Louis de Broglie écrit dans "La physique nouvelle et les quanta" :
"Si la théorie électromagnétique sous la forme de Lorentz était réellement applicable aux particules élémentaires d'électricité, elle permettrait de calculer sans aucune ambiguïté les rayonnements émis par un atome du modèle planétaire de Rutherford-Bohr. (...) l'atome perdant constamment de l'énergie sous forme de radiation, ses électrons viendraient tous très rapidement tomber sur le noyau et la fréquence des rayonnements émis varierait constamment d'une façon continue. l'atome serait instable et il ne pourrait exister des raies spectrales à fréquences bien définies, conclusions absurdes. Pour éviter cette difficulté essentielle, M. Bohr a admis que l'atome dans ses états stationnaires ne rayonne pas, ce qui revient à nier la possibilité d'appliquer la théorie électromagnétique du rayonnement au mouvement orbital des électrons sur leurs trajectoires stables. (..) Bohr a résolu la question des fréquences des raies spectrales grâce à l'hypothèse que chaque transition entre états quantifiés s'accompagne de l'émission d'un quantum d'énergie radiante. (...) En d'autres termes, d'après la théorie quantique, l'émission des raies spectrales d'un corps simple est discontinue et procède par actes individuels isolés."

L'élémentarité est une notion qui doit être bouleversée. La "chosification" du monde doit aussi être remise en question. Il n'y a plus d'objets fixes en physique microscopique. Enfin, la place du vide doit être revue.

Les trajectoires continues de l'électron autour du noyau n'existent pas.

Le "objets" électron, neutron ou proton n'existent pas en tant que choses indépendantes de l'espace où ils se meuvent.

Shakespeare dans "Hamlet" Acte I :

"Il suffit d'un atome pour troubler l'oeil de l'esprit."

Le physicien Erwin Schrödinger :

« Les particules ne sont pas des objets identifiables. (..) elles pourraient être considérées comme des événements de nature explosive (..) On ne peut pas arriver – ni dans le cas de la lumière ni dans celui des rayons cathodiques - à comprendre ces phénomènes au moyen du concept de corpuscule isolé, individuel doué d'une existence permanente. »

Le physicien Léon Léderman :

« Si l'électron est un point, où se trouve la masse, où se trouve la charge ? Comment savons-nous que l'électron est un point ? Peut-on me rembourser ? »

Le physicien Manfred Mac Gregor dans « L'électron énigmatique » :

« Il y a un monde dans l'électron »

Michel Paty dans « Nouveaux voyages au pays des quanta » :

« L'électron interagit avec les « paires virtuelles » de son propre champ électromagnétique. (…) Le vide quantique contient de telles paires virtuelles et cet effet a été observé sous le nom de « polarisation du vide ». L'électron se trouve interagir avec la charge d'un des éléments de la paire virtuelle, en sorte qu'un électron quantique n'est jamais « nu » mais « habillé » d'un essaim ou nuage de paires virtuelles qui polarisent son environnement immédiat et modifient, par voie de conséquence, ses niveaux d'énergie. (…) La procédure dite de renormalisation considère que la masse et la charge physique de l'électron sont celles de l'électron « habillé » et non celles de l'électron « nu ». ce dernier n'existe pas réellement, puisqu'il est toujours impensable sans son champ. »

L'électron n'a pas une position fixe : sa charge tremble, sa masse saute d'un point à un autre, son nuage de polarisation interagit avec le voisinage.... Cela définit diverses "dimensions" de l'électron. S'il est capté, il est ponctuel. Sa masse est ponctuelle. Sa charge est ponctuelle. S'il interagit, il est considéré par l'autre objet comme une zone de dimension non nulle. les diverses dimensions ont entre elles un rapport égal à la constante de structure fine alpha. Voilà les résultats de la physique quantique sur la "particule élémentaire".

Qu'est-ce que l'atome, l'élémentaire, l' « insécable » ? Un nuage de points à de nombreuses échelles ! Ces points sont les particules électrisées, dites virtuelles, qui composent le vide. La propriété de masse de l'électron saute d'une particule virtuelle du nuage à une autre.

La lumière est constituée par deux (ou un nombre pair) particules virtuelles d'électricité opposées.

Le vide, avec ses divers niveaux hiérarchiques, est donc le constituant de base de l'univers matière/lumière.

Le caractère probabiliste de l'électron provient du fait qu'il n'est pas un seul objet mais un ensemble de niveaux emboîtés fondés sur l'agitation du vide.

La propriété de dualité de la particule élémentaire (se comportant à la fois comme un corpuscule et comme une onde) a été l'une des interrogations les plus difficiles de la physique quantique. L'onde et le corpuscule sont deux descriptions très opposées de la réalité et pourtant la matière comme la lumière se sont révélés être à la fois corpusculaires et ondulatoires. A la fois ne signifie pas que l'on peut effectuer en même temps une expérience qui donne les deux résultats. Par contre, dès que l'on effectue une expérience donnant un résultat du type onde, on obtient une onde. Et, à chaque fois que l'on effectue une expérience du type corpuscule, on obtient un corpuscule. De là a découlé une interprétation selon laquelle c'était l'observation par l'homme qui décidait de la nature du réel…

En fait, la dualité provient du caractère fractal de la particule. Celle-ci existe à plusieurs échelles. Si l'on mesure à une échelle, on obtient un résultat à cette échelle. On perd, du coup, le résultat trouvé à une autre échelle.

Si l'expérience effectue une mesure sur le nuage de polarisation, on obtient un résultat ondulatoire. Si on interagit avec le point matériel, on obtient un résultat corpusculaire qui prouve que l'électron est bien ponctuel et est bien un seul être. Mais cet être existe simultanément aux différents niveaux. Par contre, dès que le corpuscule est capté, dans un temps extrêmement court, le nuage disparaît. En effet, au niveau où se situent les particules virtuelles, la limite de vitesse de la lumière n'a plus cours. C'est la « réduction du paquet d'ondes » qui a tellement compliqué la vie des physiciens quantiques.

On peut interpréter ainsi l'ensemble des propriétés, souvent apparemment étranges, de la particule dite élémentaire, l'électron.
Les physiciens avaient, depuis longtemps, remarqué qu'il y avait un problème pour en comprendre la nature. Comme le relève Abraham Pais dans « Subtle is the lord », probablement la meilleure biographie d'Einstein, « Tout ce qui reste de ceci (des travaux de Abraham, Lorentz, Poincaré, Einstein,… sur l'auto-énergie de électron), c'est que nous ne comprenons toujours pas ce problème. » Certains physiciens théorisent même l'impossibilité de se le représenter Margenau (1961) : « Les électrons ne sont ni des particules, ni des ondes (…) Un électron est une abstraction, qui ne peut plus être décrite par une image intuitive correspondant à notre espérance de tous les jours mais déterminé au travers de formules mathématiques. » Mais, comme Einstein le disait à Wheeler : « Si je ne peux pas l'imaginer, je ne peux pas le comprendre. » Et Einstein affirmait : « Vous savez, il serait suffisant de réellement comprendre l'électron. » En 1991, la conférence internationale sur l'électron de Antigonish écrivait encore : « Nous sommes réunis ici pour discuter de nos connaissances actuelles sur l'électron. (…) Il est étrange de constater quelle masse énorme de technologie est fondée sur l'électron sans que nous soyons capable de comprendre cette particule. » Ce pessimisme des physiciens devant les contradictions de l'électron a un fondement réel : il est impossible de donner une seule image cohérente de son fonctionnement si on considère que l'électron est un seul objet à une seule échelle.

Ces remarques provenaient en effet de nombreuses difficultés théoriques pour interpréter les phénomènes observés. L'interprétation qui en est donnée ici est celle du caractère fractal de l'électron. Elle explique notamment les sauts quantiques de la particule et de l'atome. Il y a un saut à chaque interaction entre niveaux de réalité de la particule. Le saut d'échelle explique le saut du phénomène. Par exemple, l'électron ne suit pas une trajectoire, mais saute d'une position à une autre. Cette discontinuité provient du fait que l'électron ne se déplace pas dans un espace continu, mais interagit avec les particules virtuelles du vide. Le « simple » déplacement est déjà le produit de ce caractère fractal. Il en va de même sur les interaction entre particules de matière, entre matière et lumière, et, plus généralement, entre matière et vide.
Quant au caractère probabiliste de la particule, si étrange que son découvreur Einstein n'arrivait à l'accepter, il n'existerait pas si on était capable d'étudier simultanément la réalité à toutes les échelles.
On a beaucoup disserté sur l' « incertitude » inhérente à la physique quantique, limite prétendue des capacités de l'homme de connaître le monde ou même, disent certains, preuve que le réalisme matérialiste devrait être abandonné. En fait, c'est bien le caractère fractal du réel qui cause cette indétermination quand on mesure à une échelle.
Ce que les physiciens ont remarqué, c'est qu'en mesurant ou raisonnant à une échelle, on ne doit pas chercher à dépasser une certaine précision. Sinon on n'améliore pas notre image, on la détériore mais ils se demandaient pourquoi. On a dit bien souvent que c'était contraire à notre expérience quotidienne et au bon sens. Je ne le crois pas. Quand on lit un texte, on se rapproche un peu pour lire correctement, mais si on se rapproche trop, on voit moins bien. Il y a une échelle favorable pour lire et on ne peut pas lire à la fois à toutes les échelles. De même, on ne peut pas avoir une carte à l'échelle qui permette à la fois d'indiquer plusieurs villes éloignées et les rues de ces villes. Il faut choisir. Est-ce que cela signifie que la carte choisit ce que sera la réalité ? Non, cela signifie seulement que la réalité existe à plusieurs échelles suffisamment différentes pour ne pas pouvoir être examinées simultanément.
Le nuage de polarisation qui entoure l'électron est constitué d'éléments d'un monde inférieur qui est le monde des particules virtuelles caractérisées par deux propriétés liées entre elles : pas de masse et pas d'espace-temps tel que nous le connaissons à notre échelle macroscopique ni tel qu'il existe (localement) dans l'environnement d'une masse. Ces particules sont électrisées positivement ou négativement et s'ordonnent dynamiquement autour de l'électron par couches positives et négatives alternativement, écrantant ainsi le champ de la charge électrique à proximité de l'électron. Cela explique qu'aucune charge électrique ne peut s'approcher au point de toucher l'électron. Il y a toujours des couches de particules virtuelles entre deux particules « réelles ». Rappelons une fois de plus que les particules dites virtuelles sont tout aussi réelles que celles dites réelles mais sont situées à un autre niveau de réalité. Elles ne sont pas les seules puisqu'existent à un niveau encore inférieur le « virtuel de virtuel ». Ainsi deux particules virtuelles sont elles-mêmes entourées, à un niveau hiérarchique inférieur, de particules électrisées. Ces mondes ne sont pas seulement emboités. Les niveaux sont interactifs. Et même plus puisque chaque niveau émerge du niveau inférieur. Les particules « réelles » sont des structures portées par des particules virtuelles qui reçoivent un boson de Higgs. Lorsque la particule virtuelle devient porteuse de masse, elle construit autour d'elle un champ d'espace-temps, elle structure l'espace-temps désordonné du niveau virtuel.
Le nuage de polarisation tourne du fait du magnétisme par l'action du mouvement de l'électron. C'est ce que l'on appelle le spin de l'électron. Mais les couches positives et négatives ne tournent pas de la même manière car l'électron est chargé négativement. Cela explique qu'il faille de tour pour revenir à la situation de départ, ce que l'on appelle un spin ½.
La charge de l'électron est ponctuelle. Sa masse est ponctuelle. Pourtant, les expériences montrent également qu'elles ne sont jamais exactement au même endroit, d'où des propriétés de rotations internes de la structure électron. Cette différence provient du fait que le saut de l'électron ne produit pas la même réaction aux diverses échelles d'espace-temps. La masse bouge plus lentement que les bosons. Elle met plus de temps pour se déplacer. Elle va donc moins loin. Cela produit plusieurs mouvements différents. Le nuage de positions de la charge est beaucoup plus ample que celui de la masse : le rapport appelé « constante de structure fine » est le rapport d'échelle des différents mondes hiérarchiques emboîtés est donc aussi le rapport entre les temps ou les distances. C'est donc aussi le rapport entre les différents « rayons de l'électron ». Alors que la masse tremblote autour de sa position (propriété appelée « zitterbezegung »), la charge s'étend sur toute une zone.

L'une des bizarreries de la physique de l'électron est quantique : c'est la superposition d'états. Deux particules qui interagissent mettent en commun leurs états. Cela n'aurait aucun sens si on gardait l'image de la particule, objet indépendant. La « superposition d'états » ne peut être interprétée comme une onde physique, ce qui fait que les premiers physiciens quantiques ont parlé seulement d' « onde de probabilité de présence ». Mais quelle est la réalité physique du phénomène menant à cette probabilité de présence. Comment l'électron « sait-il » qu'il doit prendre telle ou telle position au sein de son nuage de probabilité de présence. La physique quantique a longtemps répondu qu'il n'existait pas de réponse et certains s'aventuraient même à dire qu'il n'y en aurait jamais. C'était logique pour la physique quantique : au sein de son formalisme la question ne pouvait pas être posée. Cependant, l'étude du vide a changé les données du problème. Elle nous a appris l'existence de tout un milieu du vide, milieu agité et plein d'énergie : les quanta positifs et négatifs qui apparaissent et disparaissent dans un temps très court. Les « particules virtuelles » ont d'abord servi de base de calcul avant que leur réalité soit reconnue. On admet aujourd'hui l'existence de plusieurs niveaux du vide. Il y a ainsi un virtuel de virtuel. Les particules n'interagissent pas à distance mais au travers du vide. Cependant, le vide quantique est un milieu aux propriétés très différentes de celles que nous connaissons au niveau de la matière que nous connaissons. Tout d'abord, il y a autant d'antiparticules que de particules. Ensuite, l'espace et le temps s'agitent en tout sens, sautent sans cesse, empêchant toute notion de trajectoire, de force. Les particules virtuelles n'ont pas de masse. L'énergie, le moment sont des notions qui ont cours mais elles sont utilisées différemment. Il n'y a pas conservation de l'énergie à tout instant. Dans la matière à notre échelle, de l'énergie ne peut pas brutalement apparaître là où elle n'existait pas. Au sein du vide quantique, l'énergie se conserve seulement globalement. Toute énergie qui apparaît au sein du vide doit disparaître dans un temps court, d'autant plus court que cette énergie est importante. C'est ce qui met en place la notion de quanta : le produit d'un temps et d'une énergie.
Il y a un lien entre le vide et la matière/lumière. Le vide n'est pas seulement le media des interactions matière-matière ou matière-lumière, il est le fondement de la matière et de la lumière. C'est le vide qui produit sans cesse les phénomènes « matière » et « lumière ». Le vide n'est pas seulement l'espace sur lequel photons et particules se déplacent. Ce déplacement n'est rien d'autre qu'une interaction avec le vide. Plus encore, le vide est le constituant de la matière et de la lumière.
Il en résulte une compréhension nouvelle de la matière et de la lumière. Les particules et les photons ont en commun … le vide qui les compose ! Les particules n'interagissent pas par des collisions mécaniques mais par des interaction entre les éléments à un échelon inférieur : celui du vide. Du coup, des particules peuvent échanger leurs composants virtuels : interagir. Ils peuvent ainsi constituer des superpositions d'états, des états corrélés.

Henri Poincaré écrit dans « Leçons sur le rayonnement thermique » :
« L'hypothèse des quanta d'action consiste à supposer que ces domaines, tous égaux entre eux ne sont plus infiniment petits, mais finis et égaux à h, h étant une constante. »

Théorème de Joseph Liouville, rapporté par Jean-Paul Auffray dans « L'atome » :

« La densité de points dans le voisinage d'un point donné dans l'extension de phase est constante dans le temps. »

Enoncé de Poincaré, dans « l'hypothèse des quanta » :

« L'énergie est égale au produit de la fréquence par l'élément d'action. (...) Le quantum d'action est une constante universelle, un véritable atome. (...) Un système physique n'est susceptible que d'un nombre fini d'états distincts ; et il saute d'un de ces états à l'autre sans passer par une série continue d'états intermédiaires. (...) l'ensemble des points représentatifs de l'état du système est une région (...) dans laquelle les points sont si serrés qu'ils nous donnent l'illusion de la continuité. (...) ces points représentatifs isolés ne doivent pas être distribués dans l'espace de façon quelconque (...) mais de telle sorte que le volume d'une portion quelconque de matière demeure constant. (...) L'état de la matière pondérable pourrait varier d'une manière discontinue, avec un nombre fini d'états possibles seulement. (...) L'univers sauterait donc brusquement d'un état à l'autre ; mais dans l'intervalle, il demeurerait immobile, les divers instants pendant lesquels il resterait dans le même état ne pourraient plus être discernés l'un de l'autre : nous arriverions ainsi à la variation discontinue du temps, à l'atome de temps. (...) Si plusieurs points représentatifs constituent un domaine élémentaire insécable dans l'extension en phase, alors les états du système que ces points représentent constituent nécessairement, eux aussi, un seul et même état. »

Jean-Paul Auffray dans « L'atome » :

« Richard Feynman demandait à son fils : « Lorsqu'un atome fait une transition d'un état à un autre, il émet un photon. D'où vient le photon ? » (…) Dans la terminologie de Feynman, le quantum est un photon virtuel. »

Extraits de "Entre le temps et l'éternité" de Prigogine et Stengers :

"La raison du chaos quantique est l'apparition des résonances. (...) Ces résonances, qui caractérisent l'ensemble des situations fondamentales de la mécanique quantique, correspondent à des interactions entre champs (c'est-à-dire aussi aux interactions matière-lumière). On peut affirmer que notre accès au monde quantique a pour condition l'existence des systèmes chaotiques quantiques. (...)
Nous avons surtout souligné les dimensions négatives du chaos dynamique, la nécessité qu'il implique d'abandonner les notions de trajectoire et de déterminisme. Mais l'étude des systèmes chaotiques est également une ouverture ; elle crée la nécessité de construire de nouveaux concepts, de nouveaux langages théoriques. Le langage classique de la dynamique implique les notions de points et de trajectoires, et, jusqu'à présent, nous-mêmes y avons eu recours alors même que nous montrions l'idéalisation – dans ce cas illégitime – dont elles procèdent. Le problème est maintenant de transformer ce langage, de sorte qu'il intègre de manière rigoureuse et cohérente les contraintes que nous venons de reconnaître.
Il ne suffit pas, en effet, d'exprimer le caractère fini de la définition d'un système dynamique en décrivant l'état initial de ce système par une région de l'espace des phases, et non par un point. Car une telle région, soumise à l'évolution que définit la dynamique classique, aura beau se fragmenter au cours du temps, elle conservera son volume dans l'espace des phases. C'est ce qu'exprime un théorème général de la dynamique, le théorème de Liouville. Toutes les tentatives de construire une fonction entropie, décrivant l'évolution d'un ensemble de trajectoires dans l'espace des phases, se sont heurtées au théorème de Liouville, au fait que l'évolution d'un tel ensemble ne peut être décrite par une fonction qui croîtrait au cours du temps.
Or, un argument simple permet de montrer l'incompatibilité, dans le cas d'un système chaotique, entre le théorème de Liouville et la contrainte selon laquelle toute description définit le « pouvoir de résolution » de nos descriptions ; il existera toujours une distance r telle que nous ne pourrons faire de différence entre des points plus proches l'un de l'autre (…) La nouvelle description des systèmes dynamiques chaotiques substitue au point un ensemble correspondant à un fragment de fibre contractante. Il s'agit d'une description non locale, qui tient compte de la contrainte d'indiscernabilité que nous avons définie. Mais cette description n'est pas relative à notre ignorance. Elle donne un sens intrinsèque au caractère fini de nos descriptions : dans le cas où le système n'est pas chaotique, où l'exposant de Lyapounov est de valeur nulle, nous retrouvons la représentation classique, ponctuelle, et les limites mises à la précision de nos mesures n'affectent plus la représentation du système dynamique.
Cette nouvelle représentation brise également la symétrie temporelle. (…) Là où une seule équation d'évolution permettait de calculer l'évolution vers le passé ou vers le futur de points eux-mêmes indifférents à cette distinction, nous avons maintenant deux équations d'évolution différentes. L'une décrirait l'évolution d'un système vers un équilibre situé dans le futur, l'autre décrirait l'évolution d'un système vers un équilibre situé dans le passé.
L'un des grands problèmes de l'interprétation probabiliste de l'évolution vers l'équilibre était que la représentation probabiliste ne donne pas sens à la distinction entre passé et futur. (…) La nouvelle description dynamique que nous avons construite incorpore, en revanche, la flèche du temps (…) Les comportements dynamiques chaotiques permettent de construire ce pont, que Boltzmann n'avait pu créer, entre la dynamique et le monde des processus irréversibles. La nouvelle représentation de l'objet dynamique, non locale et à symétrie temporelle brisée, n'est pas une description approximative, plus pauvre que la représentation classique. Elle définit au contraire cette représentation classique comme relative à un cas particulier. (…) Nous savons aujourd'hui que ces derniers (les systèmes non-chaotiques), qui dominèrent si longtemps l'imagination des physiciens, forment en fait une classe très particulière. (…) C'est en 1892, avec la découverte d'un théorème fondamental par Poincaré ( la loi des trois corps), que se brisa l'image homogène du comportement dynamique : la plupart des systèmes dynamiques, à commencer par le simple système « à trois corps » ne sont pas intégrables.
Comment comprendre cet énoncé ? Depuis les travaux de Hamilton, on sait qu'un même système dynamique peut être représenté de différentes manières équivalentes par une transformation dite canonique (ou unitaire) (…) L'hamiltonien du système est la grandeur qui détermine son évolution temporelle.
Parmi toutes les transformations unitaires, il en existe une qui permet d'aboutir à une représentation privilégiée du système. C'est celle qui fait de l'énergie, c'est-à-dire de l'hamiltonien, une fonction des seuls moments, et non plus des positions. Dans une telle représentation, les mouvements des différentes particules du système sont décrits comme s'ils ne dépendaient plus des positions relatives des particules, c'est-à-dire comme si elles n'étaient plus en interaction. (…) Les mouvements possibles de tels systèmes ont donc la simplicité des mouvements libres. (…)
Or, en 1892, Poincaré montra qu'en général il est impossible de définir la transformation unitaire qui ferait des « actions » des invariants du système. La plupart des systèmes dynamiques n'admettent pas d'invariants en dehors de l'énergie et de la quantité de mouvement, et dès lors ne sont pas intégrables.
La raison de l'impossibilité de définir les invariants du mouvement qui correspondent à la représentation d'un système dynamique intégrable tient à un mécanisme de résonance. (…) Le mécanisme de résonance peut être caractérisé comme un transfert d'énergie entre deux mouvements périodiques couplés dont les fréquences sont entre elles dans un rapport simple.
Ce sont ces phénomènes de résonance – mais, cette fois, entre les différents degrés de liberté qui caractérisent un même système dynamique – qui empêchent que ce système soit mis sous une forme intégrable. La résonance la plus simple entre les fréquences se produit quand ces fréquences sont égales, mais elle se produit aussi à chaque fois que les fréquences sont commensurables, c'est-à-dire chaque fois qu'elles ont entre elles un rapport rationnel. Le problème se complique du fait que de manière générale les fréquences ne sont pas constantes. (…) Ce qui fait que, dans l'espace des phases d'un système dynamique, il y aura des points caractérisés par une résonance, alors que d'autres ne le seront pas. L'existence des points de résonance interdit en général la représentation en termes de variables cycliques, c'est-à-dire une décomposition du mouvement en mouvements périodiques indépendants.
Les points de résonance, c'est-à-dire les points auxquels les fréquences ont entre elles un rapport rationnel, sont rares, comme sont rares les nombres rationnels par rapport aux nombres irrationnels. Dès lors, presque partout dans l'espace des phases, nous aurons des comportements périodiques de type habituel. Néanmoins, les points de résonance existent dans tout le volume fini de l'espace des phases. D'où le caractère effroyablement compliqué de l'image des systèmes dynamiques telle qu'elle nous a été révélée par la dynamique moderne initiée par Poincaré et poursuivie par les travaux de Kolmogoroff, Arnold et Moser.
Si les systèmes dynamiques étaient intégrables, la dynamique ne pourrait nous livrer qu'une image statique du monde, image dont le mouvement du pendule ou de la planète sur sa trajectoire képlérienne constituerait le prototype. Cependant l'existence des résonances dans les systèmes dynamiques à plus de deux corps ne suffit pas pour transformer cette image et la rendre cohérente avec les processus évolutifs étudiés précédemment. Lorsque le volume reste petit, ce sont toujours les comportements périodiques qui dominent. (…)
Cependant, pour les grands systèmes, la situation s'inverse. Les résonances s'accumulent dans l'espace des phases, elles se produisent désormais non plus en tout point rationnel, mais en tout point réel. (…) Dès lors, les comportements non périodiques dominent, comme c'est le cas dans les systèmes chaotiques. (…)
Dans le cas d'un système de sphères dures en collision, Sinaï a pu démontrer l'identité entre comportement cinétique et chaotique, et définir la relation entre une grandeur cinétique comme le temps de relaxation (temps moyen entre deux collisions) et le temps de Lyapounov qui caractérise l'horizon temporel des systèmes chaotiques. (…)
Or, l'atome en interaction avec son champ constitue un « grand système quantique » auquel, nous l'avons démontré, le théorème de Poincaré peut être étendu. (…) La « catastrophe » de Poincaré se répète dans ce cas : contrairement à ce que présupposait la représentation quantique usuelle, les systèmes caractérisés par l'existence de telles résonances ne peuvent être décrits en termes de superposition de fonctions propres de l'opérateur hamiltonien, c'est-à-dire d'invariants du mouvement. Les systèmes quantiques caractérisés par des temps de vie moyens, ou par des comportements correspondants à des « collisions », constituent donc la forme quantique des systèmes dynamiques au comportement chaotique (…)
L'abandon du modèle des systèmes intégrables a des conséquences aussi radicales en mécanique quantique qu'en mécanique classique. Dans ce dernier cas, il impliquait l'abandon de la notion de point et de loi d'évolution réversible qui lui correspond. Dans le second, il implique l'abandon de la fonction d'onde et de son évolution réversible dans l'espace de Hilbert. Dans les deux cas, cet abandon a la même signification : il nous permet de déchiffrer le message de l'entropie. (…)
La collision, transfert de quantité de mouvement et d'énergie cinétique entre deux particules, constitue, du point de vue dynamique, un exemple de résonance. Or, c'est l'existence des points de résonance qui, on le sait depuis Poincaré, empêche de définir la plupart des systèmes dynamiques comme intégrables. La théorie cinétique, qui correspond au cas d'un grand système dynamique ayant des points de résonance « presque partout » dans l'espace des phases , marque donc la transformation de la notion de résonance : celle-ci cesse d'être un obstacle à la description en termes de trajectoires déterministes et prédictibles, pour devenir un nouveau principe de description, intrinsèquement irréversible et probabiliste.
C'est cette notion de résonance que nous avons retrouvée au cœur de la mécanique quantique, puisque c'est elle qu'utilisa Dirac pour expliquer les événements qui ouvrent un accès expérimental à l'atome, l'émission et l'absorption de photons d'énergie spécifique, dont le spectre constitue la véritable signature de chaque type d'atome. (…) Le temps de vie, qui caractérise de manière intrinsèque un niveau excité, dépend, dans le formalisme actuel de la mécanique quantique, d'une approximation et perd son sens si le calcul est poussé plus loin. Dès lors, la mécanique quantique a dû reconnaître l'événement sans pouvoir lui donner de sens objectif. C'est pourquoi elle a pu paraître mettre en question la réalité même du monde observable qu'elle devait rendre intelligible. (…)
Pour expliquer les transitions électroniques spontanées qui confèrent à tout état excité un temps de vie fini, Dirac avait dû faire l'hypothèse d'un champ induit par l'atome et entrant en résonance avec lui. Le système fini que représente l'atome isolé n'est donc qu'une abstraction. L'atome en interaction avec son champ est, lui, un « grand système quantique », et c'est à son niveau que se produit la « catastrophe de Poincaré ».
L'atome en interaction avec le champ qu'il induit ne constitue pas, en effet, un système intégrable et ne peut donc pas plus être représenté par l'évolution de fonction d'onde qu'un système classique caractérisé par des points de résonance ne peut être caractérisé par une trajectoire. C'est là la faille que recélait l'édifice impressionnant de la mécanique quantique. (…) Il est significatif que, partout, nous ayons rencontré la notion de « brisement de symétrie ». Cette notion implique une référence apparemment indépassable à la symétrie affirmée par les lois fondamentales qui constituent l'héritage de la physique. Et, en effet, dans un premier temps, ce sont ces lois qui ont guidé notre recherche. (…) La description à symétrie temporelle brisée permet de comprendre la symétrie elle-même comme relative à la particularité des objets autrefois privilégiés par la physique, c'est-à-dire de situer leur particularité au sein d'une théorie plus générale. »

Michel Bitbol dans "Le corps matériel et l'objet de la physique quantique" :

"E. Schrödinger a sans doute été celui des créateurs de la théorie quantique qui a le plus insisté sur cette carence des critères d'identité dans l'espace ordinaire, et qui en a tiré les conclusions les plus radicales. Selon lui, en l'absence de critères d'identité ou de génidentité stricte, on doit aller jusqu'à refuser de faire référence à la moindre particule. "Selon moi, écrivait-il, abandonner la trajectoire équivaut à abandonner la particule" . L'indisponibilité principielle de toute trajectoire (principielle parce qu'ayant valeur légale en théorie quantique à travers les relations d'indétermination) conduit même à admettre que "(...) les particules, dans le sens naïf d'antan, n'existent pas" . Le discours du physicien s'en trouve complètement inversé. Au lieu d'admettre qu'à faible distance, des particules individuelles ont une "probabilité d'échange" non nulle, qu'on risque alors de les prendre l'une pour l'autre et de perdre les conséquences statistiques de leur individualité, Schrödinger n'hésite pas à affirmer qu'"(...) il n'y a pas d'individus qui pourraient être confondus ou pris l'un pour l'autre. De tels énoncés sont dénués de sens" . Plutôt que d'utiliser un formalisme impliquant des opérateurs de symétrie et d'anti-symétrie, avec ses états étiquetés par des noms de particules et ses permutations d'étiquettes, il préconise par conséquent de mettre en oeuvre le formalisme de la théorie quantique des champs, dans lequel il n'est plus du tout question de n particules dans un état, mais d'un état dans son n-ième niveau quantique. De plus, au lieu de considérer que des particules ont une trajectoire approximative, Schrödinger signale que tout ce dont on dispose, et tout ce que régit la mécanique quantique, ce sont "(...) de longs chapelets d'états successivement occupés (...)". La seule chose qui conduit bien des physiciens à parler de trajectoires de particules dans ce cas est que "(...) de tels chapelets donnent l'impression d'un individu identifiable (...)" . Il ne s'agit là que d'une impression, ou pire d'une illusion, surenchérit Schrödinger : "Quelques fois ces événements forment des chaînes qui donnent l'illusion d'entités permanentes" .

L'atome a été considéré comme l'élément insécable, c'est-à-dire que l'on ne peut diviser. L'atomisme considère, comme Zénon, que l'on ne peut pas diviser la réalité à l'infini et que l'on butte sur une limite.

On a considéré que l'atome devait être une petite boule. Puis on s'est aperçu que l'essentiel de l'espace qu'elle occupait était du vide. le reste était d'autres particules, plus petites, occupant une très petite part de l'espace de l'atome. On a pensé avoir trouvé l'insécable. Mais la conception d'une boule pour l'électron ou le proton posait problème. Ils auraient dû perdre de l'énergie et finir par tomber l'un sur l'autre au sein de l'atome puisqu'ils tournaient l'un autour de l'autre. On s'est aperçu qu'ils avaient également des propriétés de rotation interne non descriptibles en termes mécaniques.

La physique quantique a dû renoncer à ce type de description. la rotation dont il s'agissait était quantique, c'est-à-dire discontinue : en multiples d'un nombre entier.

Il ne s'agissait plus de boules de matière mais de particules considérées comme des points matériels. Cependant, il y avait une contradiction soulevée notamment par Manfred Mac Gregor : l'électron occupait cependant un espace qui était mis en évidence dans certaines expériences.

Donc la particule n'est pas un simple point.

D'autre part cette particule ne suit pas des trajectoires. Elle saute d'une position à une autre. C'est ce qui explique qu'elle est seulement probabiliste. On ne peut pas savoir où elle sera présente mais seulement connaitre une probabilité de présence dans une zone autour de la particule.

Enfin, on s'est aperçu que les problèmes de la physique quantique : les infinis en physique (comme l'interaction de l'électron avec lui-même) ou les fentes de Young posaient le problème de l'interaction entre l'électron et le vide autour de l'électron : le nuage de polarisation.

Finalement, l'électron n'est pas nu. il est entouré de son nuage. Il saute d'un point à un autre de ce nuage.

La physique quantique a également souligné que les éléments fondamentaux ne sont pas la masse ni l'énergie mais le quanta h et la charge électrique e. ce sont des constantes. Il y a les quanta qui sont constitués de matière ou quanta dits "réels" et les autres sont dits "virtuels" comme ceux qui constituent la lumière ou le vide.

Chacun sait que la physique a découvert que la matière, comme la lumière, est constituée de « grains » appelés particules. La matière serait appelée fermions, c'est-à-dire particules obéissant à la règle de Fermi qui empêche les particules de même état de s'agglomérer du fait du « principe de Pauli ». Les fermions sont de deux types : leptons (comme l'électron) ou quarks (constituant des neutrons et des protons). La lumière – expression employée ici pour regrouper toutes les particules dites d'interaction - serait formée de bosons, c'est-à-dire de particules qui obéissent à la règle de Bose qui concerne des particules qui ont tendance à s'agglomérer dans un état commun.

L'ensemble a semblé dans un premier temps fonctionner comme un jeu de construction : on additionne les particules pour former des ensemble plus importants comme l'atome, les molécules et les macromolécules. On additionne les neutrons et les protons pour former le noyau des atomes et on rajoute les électrons pour former l'entourage atomique qui permet à l'atome d'être globalement neutre électriquement.

Cette logique additive n'est pas entièrement fausse mais elle a atteint ses limites d'explication et depuis longtemps maintenant elle est abandonnée par les physiciens pour expliquer le fonctionnement de la matière/lumière. La première raison provient du fait que cette image additive supposait que les particules soient des objets statiques, individuels, existant en permanence ou au moins sur de longues durées. A chaque particule individuelle était attribuée une masse qui était considérée comme attachée à la chose matérielle. La physique actuelle est très différente. L'individualité de la particule n'est plus admise. La masse est une propriété qui se déplace et saute d'un point à un autre, sans être fixée à un objet. L'objet lui-même n'est plus une image reconnue. En fait, la matière ne s'explique plus par la fixité mais, au contraire, par une dynamique extraordinairement agitée : celle du vide qui n'est plus synonyme d'absence. Le fondement du caractère apparemment conservatif de la structure globalement conservée qu'est la matière est l'agitation permanente du vide !

Le vide est plein de quanta virtuels. Ces quanta apparaissent et disparaissent sous forme de couples matière virtuelle et antimatière virtuelle. La caractéristique virtuelle provient de l'apparition et de la disparition rapide. Cela fait du virtuel un univers fondamental qui fonde l'univers matériel. De même, le virtuel de virtuel fonde le virtuel, etc....

La lumière est constituée par un couple matière et antimatière virtuels.

La matière est une structure formée d'un grand nombre de quanta et des interactions émergentes qu'elles fondent. L'interaction principale est celle qui échange la propriété matière, pour le moment intitulée boson de Higgs. C'est ainsi que la particule "saute" d'un point à un autre. En fait, c'est seulement le boson qui saute d'une particule virtuelle à une autre et la rend "réelle".

La nature a longtemps été prise pour un ensemble d'objets fixes pouvant être mis en mouvement, modifiés ou cassés par une force externe. Cette image statique, stable, sans dynamique interne est morte. Dans tous les domaines, elle fait place à une image dynamique. Au lieu de "choses" fixes, on fait appel à des structures issues de l'agitation sous-jacente. La structure n'est qu'un mode selon lequel l'ensemble est globalement stable bien qu'en continuel changement. Les molécules du nuage changent, bougent, échangent de l'énergie, et cela même quand l'apparence extérieure du nuage reste inchangée. La stabilité de température n'est pas fondée sur l'absence d'agitation mais sur une agitation moyenne. Les éléments composants changent eux-même sans cesse, comme c'est le cas des cellules d'un être vivants, ou encore de ses molécules formant ses composants biochimiques. Il n'y a pas si longtemps, on voyait encore la matière comme une construction basée sur des objets fixes. Avec des atomes, on fabriquait des molécules. Avec des électrons et des noyaux, on fabriquait des atomes. Avec des neutrons et des protons, on fabriquait des noyaux atomiques. Les particules élémentaires semblaient des objets fixes, capables seulement de se déplacer, de s'attirer, de se repousser, de se rapprocher ou de se choquer. L'électron était un individu auquel arrivait des rencontres comme à n'importe quel individu, rencontres au travers desquelles il restait lui-même. On se demandait seulement si l'électron était élémentaire ou composite. Les caractéristiques de l'électron (masse, charge, vitesse, énergie, etc... ) semblaient être la preuve de la conservation d'un même objet au cours du temps.

Aujourd'hui, il en va tout autrement. L'électron n'est plus du tout vu comme un objet individuel, existant de manière stable à une seule échelle, mais comme un phénomène, une propriété qui se déplace, qui saut d'une particule à une autre au sein d'un nuage de points. C'est l'agitation du vide qui permet l'existence de l'électron comme des autres particules, agitation qui se manifeste par des apparitions et des disparitions de couples particule/antiparticule. Le noyau de l'atome lui-même n'existe que du fait d'une incroyable agitation formée non seulement par le vide mais par des myriades de particules éphémères et par des multiples échanges entre protons et neutrons et non par une fixité des neutrons et des protons.

Il apparaît donc aujourd'hui que la nature, à toutes les échelles, est formée de structures et non d'objets, des structures dissipatives donc fondées sur une agitation et tirant leur énergie du désordre sous-jacent, ces structures, espèces de membranes entourant des domaines, étant les seuils entre des désordres à plusieurs niveaux. Les désordres sont eux-mêmes le produit du combat permanent des forces contradictoires, des tendances opposées qui l'emportent ou s'inhibent mutuellement alternativement. Les constantes ne sont rien d'autre que les euils entre deux désordres.

Le nuage, la ville, l'homme, le noyau atomique, l'électron, la plante, la bactérie sont de telles structures dissipatives qui ne peuvent nullement être décrits comme des objets indépendants, individuels et fixes mais, au contraire, comme des produits d'une agitation extérieure permanente. Sans l'agitation du vide, pas de matière. Sans agitation des molécules, pas de structures des cristaux. Sans agitation des échanges commerciaux et de la production, pas de villes.

Voici se qu'écrit James Trefil de l'Université George Mason de Virginie : "Bien qu'on se représente habituellement le noyau comme un ensemble statique de protons et de neutrons, il est en réalité un lieu essentiellement dynamique. Des particules de toutes sortes s'y déplacent en tous sens et à toute allure, se percutant les une les autres, subissant créations et destructions selon que leur énergies sont converties en masse ou leurs masses en énergie. (...) Depuis les années cinquante, plus de deux cents de ces particules ont été découvertes à l'intérieur du noyau."

Dans cette dynamique, la notion d'individu isolé ou d'équilibre statique n'a pas de sens. Il n'y a pas plus de noyau fixe ou de proton fixe que d'électron fixe, envisageable en tant qu'individu égal à lui-même. L'individu particule n'existe pas plus que l'étoile isolée, sans galaxie et amas de galaxie. Pas plus que l'homme isolé de son univers humain, social, culturel et matériel.

Relation masse/charge de l'électron

La dynamique de l'électron

Qu'est-ce qu'un électron ?

Comment nous concevons l'atome

Qu'est-ce qu'un proton ?

Là où la matière physique reste une grande inconnue : la charge électrique

Robert Paris — 2020-11-29T23:02:00Z

Là où la matière physique reste une grande inconnue : la charge électrique

Ce qu'il y a de plus fondamental dans la matière, ce qui la fonde dans ses manifestations essentielles et notamment son instabilité, la charge électrique, est aussi fondamentalement… inconnu ! En effet, si nous connaissons bien les lois qui découlent de cette charge, celles de l'électromagnétisme par exemple, nous ignorons d'où vient la charge électrique, comment elle est liée à la particule, quelle est son origine.

Par exemple, nous ignorons pourquoi il n'existe qu'une seule charge électrique, celle de l'électron, et des multiples de celle-ci ou leur opposé. La charge du proton est l'opposée de celle de l'électron exactement. Proton et électron ont des masses au repos très différentes mais des charges exactement opposées, ce qui a un rôle fondamental dans la constitution d'atomes électriquement neutres, mais sans que l'on sache quelle est l'origine de cette particularité.

Le neutron est l'équivalent électrique d'un proton plus un électron et l'atome est une somme de protons et d'électrons ainsi que de neutrons. Que ce soit dans la matière ou dans le vide, il ne peut y avoir que des nombre entiers de fois la charge de l'électron, soit 1,6 fois dix puissance moins 19 Coulombs, ou leur opposé. Là non plus nous n'avons aucune interprétation de cette situation très particulière.

En fait, nous connaissons les propriétés qui découlent de l'existence des charges, mais ne savons pas du tout ce qu'est une charge électrique dans une particule, ni où la situer !!!

Il est notamment remarquable que la loi de conservation la mieux vérifiée est la conservation de la charge électrique. Dans toute transformation, il n'apparaît ni ne disparaît jamais de charge électrique ! Tout groupe de charges électriques a une charge totale qui en est la somme.

Une des propriétés très importantes de la matière, l'absence de stabilité de la matière, provient de ces charges électriques et elle a été découverte il y a bien longtemps. En effet, le théorème de Samuel Earenshaw indique que tout ensemble de charges électriques en équilibre ne peut qu'être en équilibre instable et ce théorème s'applique notamment à l'atome. Le caractère dynamique de la matière en découle…

Les charges électriques s'attirent ou se repoussent en fonction de leur charge et de l'inverse du carré de leur distance. Cela provient de l'énergie qu'elles échangent au travers de photons. L'une des énigmes des charges électriques, c'est justement la manière qu'elles ont d'émettre des photons.

Ces diverses énigmes ne peuvent être résolues par l'étude de la seule matière durable, dite réelle, mais par celle du vide quantique dite virtuelle alors qu'elle est tout à fait réelle…

Elie Lévy, « Dictionnaire de Physique » :

« Il est bien cependant de ne pas oublier que malgré ce foisonnement de découvertes concernant les diverses manifestations de l'électricité, nous ne savons toujours rien sur sa nature… »

Eh oui ! On pouvait lire cela en 1988 et aujourd'hui peut encore dire que nous ne savons toujours RIEN sur la nature de la charge électrique !

Gilles Cohen-Tannoudji dans « La Matière-espace-temps » :

« Une question lancinante persiste : pourquoi la charge électrique est-elle quantifiée et non continue, et pourquoi la charge électrique des protons, qui eux sont formés de quarks (qui à priori n'ont pas grand-chose en commun avec les électrons) est-elle juste opposée à la charge électrique de l'électron ? »

Leon Lederman ne se gêne pas pour exprimer son insatisfaction sur cette inconnue qu'est la charge électrique de la particule :

« Si l'électron est un point, où se trouve la masse, où se trouve la charge ? Comment savons-nous que l'électron est un point ? Peut-on me rembourser ? »
« Où se trouve la charge, où se trouve la masse ? « Sous quelle forme l'énergie est-elle « emmagasinée » dans l'électron ? »

Paul Davies dans "Les forces de la nature" :

« Les forces électrique et magnétique sont facilement visibles et étaient connues des civilisations anciennes. Des expériences de laboratoire ont démontré que les corps électriquement chargés pouvaient aussi bien s'attirer que se repousser. On a conclu de là que la charge électrique pouvait être aussi bien positive que négative, la règle étant que les charges de signes contraires s'attirent, et que les charges de même signe se repoussent. L'intensité de la force diminue avec la distance exactement comme dans la loi de la gravitation de Newton, selon l'inverse du carré de la distance. Pour les charges ponctuelles e et e' la force est F = K.e.e'/r². La constante K, analogue à la constante G de Newton, a une valeur qui dépend du système choisi pour mesurer la charge électrique. Dans le système international, il est habituel d'écrire K sous la forme K = 1/(4pi.e) où e est appelé la permittivité du vide et a pour valeur 8,85 . 10 puissance moins 12.
Une propriété fondamentale de l'électricité apparaît dans la loi de conservation de la charge, qui énonce que dans un système isolé la différence entre la quantité totale de charge positive et la quantité totale de charge négative ne change jamais. La charge ne peut être ni créée ni détruite : quand de l'électricité apparaît dans un système électriquement neutre, toute charge positive est accompagnée d'une quantité égale de charge négative.
Toute matière ordinaire contient des charges électriques, mais les propriétés électriques de matériaux différents varient énormément. certaines substances produisent de l'électricité quand on les frotte : les Grecs de l'Antiquité avaient remarqué que de l'ambre frotté avec une fourrure attirait de petits objets, et le mot "électricité" vient du mot grec pour ambre (électron). Certains matériaux laissent librement passer l'électricité : on les appelle des conducteurs. par contre les isolants empêchent le passage de l'électricité. »

Gilles Cohen-Tannoudji dans "La Matière-espace-temps" :

« En théorie quantique, la force exercée entre deux charges électriques est due à l'échange de photons virtuels. Le nombre de photons ainsi échangés étant proportionnel au produit des deux charges, on retrouve ainsi la loi de Coulomb. Une question lancinante persiste : pourquoi la charge électrique est-elle quantifiée et non continue, et pourquoi la charge des protons qui eux sont formés de quarks (qui a priori n'ont pas grand-chose en commun avec les électrons) est-elle juste opposée à la charge électrique des électrons ? »

Mark Silverman dans "And Yet it moves" (et pourtant elle bouge) :

« La conservation de la charge électrique est l'une des lois de conservation les plus strictement observée. A ma connaissance, aucune violation de cette loi n'a été observée. (...) La conservation de la charge est un phénomène local. (…)

L'un des attributs des particules qui sont en un sens à la fois familière et mystérieuse est celle de la charge électrique. La théorie de l'électrodynamique quantique apporte une description complète et correcte (autant que l'expérimentation ait pu le confirmer) de l'interaction entre matière chargée et champs électromagnétiques. Et pourtant, assez curieusement, nous ne savons pas exactement ce qu'est la charge électrique, mais nous connaissons seulement son effet. Ou, également significativement, nous savons ce qu'elle ne fait pas.
La charge électrique, par contre, ne change pas. La conservation de la charge est l'une des lois de conservation de la physique les plus strictement vérifiées. A ma connaissance aucun phénomène reproductible de violation de la conservation de la charge n'a été rapporté. De plus, ce n'est pas simplement une question de bilan global de la charge, comme dans le cas, par exemple, d'un électron créé à une extrémité d'un laboratoire et un positron à l'autre extrémité. La conservation de la charge est locale ; il n'y a aucune violation dans aucune région de l'espace-temps autant que les limites des incertitudes quantiques permettent de l'établir…
Il y a une autre propriété, peut-être encore plus profonde, c'est que la charge électrique ne change pas ; elle est indépendante de sa vitesse. Considérée comme parfaitement vérifiée, cette propriété est un fait remarquable de la nature, car de nombreuses propriétés de la particule dépendent, elles, de la vitesse. La masse apparente ou intertielle de la particule, par exemple, augmente avec la vitesse de la particule ; dès que la particule approche de la vitesse de la lumière, il faut un très grand accroissement de la force requise pour produire la même augmentation de vitesse. Accélérer une particule massive à la vitesse de la lumière nécessiterait une force infinie et cela n'est donc pas possible. Par contre, la charge de la particule n'est pas affectée par la vitesse ; on dit que c'est un invariant de Lorentz…
Pourtant, l'invariance de la charge, contrairement à la conservation de la charge, n'est pas considérée jusqu'à présent comme conséquence d'un principe plus fondamental, mais doit être considéré seulement comme une constatation expérimentale…
Dans une série d'expériences réalisées durant trente ans, J.G. King a établi que la différence entre les charges de l'électron et du proton au sein d'atomes d'hélium est nulle, avec une précision de 1 divisé par dix puissance vingt ! (…)
Mais l'invariance de la charge n'est-elle pas imputable au fait que la charge ne se déplace pas en réalité ? (…)
Si l'électron une particule chargée classique (non quantique) orbitant autour d'un centre de force, cela devrait se manifester par un effet Doppler de décalage des radiations émises en différents points de la trajectoire de l'électron… Bien entendu, l'électron n'est pas une particule classique – et la preuve immédiate de cela est l'existence même des atomes. Si l'électron émettait des radiations comme décrit plus haut, l'atome s'effondrerait sur lui-même au bout dix puissance moins onze secondes ! »
La conservation de la charge électrique est un principe physique. Il exprime que la charge électrique d'un système isolé est un invariant. La charge électrique ne peut donc être qu'échangée avec un autre système mais ni créée ni annihilée. On dit qu'il s'agit d'une grandeur conservative.
Cependant, on ignore complètement aujourd'hui ce qu'est la charge, comment elle est liée à la matière (une particule pouvant perdre sa masse mais pas sa charge électrique !), à la lumière et au vide, comment elle fait pour se conserver et pourquoi elle n'est pas modifiée par un mouvement, y compris un mouvement accéléré…
En effet, une charge en mouvement perd de l'énergie et produit une modification du vide (champ électromagnétique). Malgré la modification de son énergie due au mouvement de la charge, il n'y a aucune modification de la charge elle-même. C'est la propriété d'invariance de la charge électrique (pas de modification de la charge au cours d'un mouvement ou d'une transformation, par exemple une décomposition de particule, de noyau, d'atome ou de molécule) à ne pas confondre avec la propriété dite de conservation de la charge (pour laquelle tout système isolé ne change pas de charge électrique et tout système qui augmente sa charge doit avoir reçu exactement la même charge de l'extérieur).
Cette situation curieuse (à la fois invariance et conservation), la physique ne l'explique pas, ne l'interprète pas. C'est donc considéré comme un principe qui est, sans exception, vérifié au cours de toutes les expériences jusqu'à présent.
Même au sein du vide, ce principe ammène le fait qu'autant de charges négatives que de charges positives doivent être créées et que dans un volume donné, il y a égalité entre le gain de charges et l'entrée de ces charges venues de l'extérieur. Il ne peut donc se créer de charges d'un seul signe…
L'univers entier contient donc, à tous les niveaux, des charges électriques mais elles ne cessent jamais de s'équilibrer, que ce soit dans la matière, dans la lumière ou dans le vide.
Cela provient du fait que toutes les charges élémentaires sont identiques mis à part leur signe.
Toutes les charges électriques ne peuvent qu'être un multiple de la charge élémentaire e = 1.602 176 565(35) × 10−19 C. Il n'existe pas de charge un demi de e ou 1,23 e. Il existe seulement 2 e ou 3 e ou 4 e ou encore – 2 E ou – 3 e ou – 4 e.
L'exception des quarks, qui ont une charge 1/3 e ou 2/3 e ou – 1/3 e ou – 2/3 e, n'en est pas une car les quarks n'existant pas isolément mais par deux ou trois, tous les ensembles de quarks observés ont une charge globale e ou multiple de e.
Un électron étant chargé –e et un proton +e, il suffit qu'il y ait le même nombre d'électrons que de protons pour qu'un atome soit globalement neutre électriquement et que les molécules, elles-mêmes formées d'atomes neutres électriquement, le soient également.
Le fait que l'antiparticule de l'électron + e ait exactement la même charge que l'électron hormis le signe ( -e), permet à un couple électron-positron de s'annihiler mutuellement, ce qui est à la base de nombreux phénomènes au sein du vide quantique, lui-même fondement à la fois de la matière et de la lumière.
Cependant, la question du mouvement est un problème particulier pour les quantités physiques qui obéissent à la relativité. Les distances changent, les temps changent, les masses changent, l'énergie change mais pas la charge électrique et c'est un peu une énigme, même si le fait que la physique l'admette n'entraîne aucune contradiction avec la théorie ni avec l'expérience.
Si la charge électrique est quantifiée, cela n'empêche pas de pouvoir produire des charges apparentes continues. En effet, il suffit pour cela. En effet, le vide est rempli de paires de particules « virtuelles », comme des électrons et des positrons, qui se créent et s'annihilent rapidement ensuite. Le vide entourant une particule chargée est transformé par la présence de celle-ci. Dans la paire particule-antiparticule virtuelle du vide, l'une est attirée et l'autre repoussée par la particule électrique. Et c'est vrai de tous les couples vituels qui entourent la particule électrique. C'est ce que l'on appelle la polarisaiton du vide. Du coup, la charge globale de la particule, du moins celle que « ressent » une particule chargée qui l'approche, est modifiée. Ce n'est plus exactement e ou – e mais la charge apparente peut devenir un nombre décimal fois e. Ainsi, la discontinuité fondamentale de la charge a produit une continuité apparente, celle du champ électromagnétique qui entoure la particule chargée et qui va déterminer le mouvement d'une autre particule chargée à l'approche. »

Victor Weisskopf dans « La révolution des quanta » :

« Chaque fois qu'on construit une théorie quantique relativiste pour décrire une particule, la théorie fait apparaître la nécessité de postuler une « antiparticule » symétrique, de charge opposée. Ces antiparticules forment ce qu'on appelle l'antimatière, dénuée de tout le mystère dont on entoure parfois son nom : ce n'est en fait rien qu'une autre forme de la matière, composée d'antiparticules ayant des charges opposées à celles des particules ordinaires. »

Le caractère « quantique » (quantités toujours multiples d'une quantité élémentaire) de la charge électrique a une importance fondamentale dans notre univers puisque c'est lui qui permet à l'atome et à la matière constituée d'atomes (groupe de charges opposées en même nombre) ainsi qu'au photon (couple de deux charges opposées) et au vide (constitué de couples de particules et antiparticules de charges opposées) d'être globalement neutres électriquement.
Pour constater le caractère quantique de l'univers, c'est-à-dire de la matière/lumière/vide, on pense souvent au quanta de Planck h, tout étant constitué de tels quanta ou de leurs multiples. Un système isolé conserve toujours la même quantité de quanta, encore appelée quantité d'action (une action est le produit d'une énergie par un temps). Mais il faut aussi songer à la charge électrique e. Tout est également constitué de charges électriques e ou de leurs multiples (positifs ou négatifs). Les deux phénomènes physiques, charge électrique et quantité d'action, sont également des preuves du caractère fondamentalement discontinu, et même discret, de l'univers malgré les apparences de continuité que donnent les phénomènes ondulatoires. On remarquera qu'un grand nombre de quantités physiques ne sont pas, directement et de manière évidente, de type quantique comme la masse ou l'énergie. On ne se trouve pas, dans de nombreuses expériences, confronté à des multiples d'une masse élémentaire ni à des multiples d'une énergie élémentaire. Pas davantage à des multiples d'une distance élémentaire ni à des multiples d'un champ élémentaire. Pas davantage en ce qui concerne la fréquence pour laquelle il n'existe aps non plus de fréquence élémentaire dont toutes les autres ne seraient que des multiples.
Quelle est la base réelle de la matière, de la lumière et du vide ? Il s'agit de trouver des caractéristiques fondamentales du réel. Cela suppose des caractéristiques inchangées dans les chocs, dans les compositions/décompositions, dans les créations/annihilations et que l'on retrouve aussi bien dans le vide, dans la matière et dans la lumière, sous toutes leurs formes. Le seul paramètre qui réponde à ces demandes est celui de la charge électrique e : charge positive (par exemple celle de l'électron) ou charge négative (celle du proton). On trouve partout cette charge, y compris dans la particule de masse neutre électriquement comme le neutron. Ce dernier comprend un électron et un proton ainsi qu'une particule neutre. Chaque particule « neutre » peut ainsi être décomposée en un nombre égal de particules d'électricités opposées (un nombre entier de charges e) et en particules neutres. Cela signifie que la charge électrique est inchangée dans les transformations, chocs ou décompositions. Mais cette remarque n'est pas la seule qui nous amène à choisir la charge électrique comme élément de base. La lumière peut également se décomposer en particules de charges opposées, les particules dites virtuelles. Bien des expériences démontrent en effet que le photon, neutre électriquement est sensible au champ magnétique. Cela signifie qu'il se comporte comme un petit aimant, un dipôle électrique : électron et positon virtuels tous les deux. Le vide est également neutre électriquement mais la matière le décompose en dipôles virtuels (électrons/positons). Tout choc suffisamment énergétique en fait autant, produisant des dipôles virtuels.

Les atomes existent-ils ?

Robert Paris — 2020-03-16T23:05:00Z

Les atomes existent-ils ?

Bien des physiciens l'avaient nié et notamment Mach et Ostwald. Mais la physique de l'atome l'a emporté. Cependant la physique quantique a changé la notion d'atome.

Il faut préciser la question :

– les atomes sont-ils des objets au même titre que nos « choses matérielles » macroscopiques, comme une pierre, comme une chaise, comme une table ? La réponse est non !

– les atomes ont-ils des paramètres descriptifs du même type que les objets matériels classqiues ? La réponse est non !

– les atomes sont-ils positionnés précisément dans l'espace avec une vitesse précise ? La réponse est non !

– les atomes sont-ils des objets actuels ? La réponse est non !

– les atomes sont-ils indépendants du fond, c'est-à-dire du vide quantique ? La réponse est non !

– les atomes obéissent-ils aux lois de la mécanique classique du point ? La réponse est non !

– la atomes sont-ils en nombre fixe ? La réponse est non !

– les atomes sont-ils des objets individuels, séparés, isolés les uns des autres, reconnaissables l'un de l'autre au cas d'une interaction entre eux à proximité ? La réponse est non !

– les atomes ont-ils des trajectoires classiques ? La réponse est non !

– les atomes peuvent-ils interagir sans action du vide quantique, sans action de la lumière, de l'énergie ou des interactions ? La réponse est non !

Bernard Diu introduit pourtant son ouvrage « Les atomes existent-ils vraiment ? » par ceci :

« Que l'on se rassure, les atomes existent bel et bien. »

Eh bien, il ne va pas suffire de se rassurer : les atomes ont une existence matérielle tout autre que celle que l'on imaginait : une existence matérielle qui n'est nullement indépendante des particules d'interaction, d'énergie et de lumière…

L' « existence » des atomes est donc d'un autre caractère que notre existence à notre échelle dite macroscopique.

Qu'est-ce qui est particulier à l'échelle microscopique ? Tout d'abord, on ne peut pas être certain que la particule ou l'atome existent ou vont exister. Il n'y a qu'une « probabilité de présence » ! L'atome, ou la particule, qui a existé (été détectée) peut disparaître. Entre deux positions où elle a existé, on ne peut pas dire qu'elle existe en continu, ni dans l'espace ni dans le temps.

Ensuite, la position d'une particule ou d'un atome n'est pas fixe.

D'un état de la particule à un autre, il n'y a pas de transformation continue mais des sauts discontinus.

Enfin, il n'y a pas de conservation du nombre de particules.

Y a-t-il une séparation nette (avec indépendance totale) entre particule de matière et particule de lumière ? Non !

Y a-t-il une séparation nette (avec indépendance totale) entre particule de matière et particule d'interaction ? Non !

Y a-t-il une séparation nette (avec indépendance totale) entre particules de matière et particules virtuelles du vide ? Non !

Le niveau macroscopique des objets et celui microscopique ou quantique des particules et des atomes sont-ils disjoints et indépendants ? Non ! Au contraire, ils sont en interaction permanente !

Existe-t-il des particules matérielles qui ne sont pas des matérialisations de particules éphémères du vide ? La réponse est non !

Toutes les particules matérielles sont des particules virtuelles du vide qui ont été « matérialisées » par la réception d'un photon de Higgs qui leur transfert, en plus d'une énergie double de leur propre énergie, une masse au repos dont ils ne disposaient pas.

Des particules matérialisées peuvent-elles se dématérialiser ? Oui ! Elles le font toutes au bout d'un très court laps de temps.

Tout l'Univers est-il fait de particules et d'atomes ? Oui, à condition d'englober les particules virtuelles du vide, les particules de lumière, les particules d'interaction en plus des particules de matière, plus ou moins durables…

Qu'est-ce que l'atome ? Qu'est-ce que la particule ?

L'atome, l'élémentarité, l'insécable, dont tout serait composé et qui permettrait de tout expliquer des lois de la physique, de la matière, de la lumière et du vide, du niveau quantique à l'astrophysique en passant par notre échelle macroscopique, existe-t-il ?

Un monde à plusieurs niveaux hiérarchiques d'organisation...

Atomes en mouvement

Comment nous concevons l'atome

La dynamique de l'électron

A la fois onde et corpuscule

Aujourd'hui, qu'est-ce que la matière ?

Les particules sont-elles élémentaires ?

Que signifie le nombre d'Avogadro et pourquoi cela été un argument majeur en faveur de l'atomisme ou discontinuité de la matière

Robert Paris — 2019-01-28T23:49:00Z

Que signifie le nombre d'Avogadro et pourquoi cela été un argument majeur en faveur de l'atomisme ou discontinuité de la matière

Le nombre d'Avogadro n'indique pas seulement une manière de mesurer la quantité de matière mais il affirme l'existence d'entités discontinues qui fondent toute matière, quel que soit le type d'atomes et de molécules concernés et sont une affirmation d'une propriété universelle de la matière puisque c'est le même nombre qui caractérise les divers atomes et molécules. C'était donc une affirmation très osée à une époque où l'existence des molécules était peu admise en chimie et encore moins en physique…

Le nombre d'Avogadro indique la grande quantité de molécules dans un volume donné et la dimension et la petitesse l'occupation d'espace d'une molécule.

Bernard Diu dans « Les atomes existent-ils » :

« Le célèbre nombre d'Avogadro N vaut environ six fois dix puissance 23, c'est-à-dire un six suivi de 23 zéros ! Ce nombre est celui des molécules qui contiennent une certaine quantité macroscopique d'un corps pur quelconque : par exemple, c'est le nombre de molécules qui occupent dix-huit grammes d'eau. Pour ce qui nous occupe ici, il suffira de savoir qu'un échantillon macroscopique d'un corps englobe un nombre fabuleux de molécules. Précisons ce point, qui va s'avérer capital. Dans une pièce ordinaire d'un appartement ordinaire, chaque millimètre cube d'air renferme trois fois dix puissance seize molécules (soit un nombre constitué d'un chiffre trois suivi de seize zéros)… Imaginons que nous voulions repérer dans l'espace toutes ces molécules par leur position et leur vitesse (avec trois coordonnées chacune), il faudrait connaître deux suivi de dix-sept zéros nombres. C'est totalement exclu. Songez qu'un ordinateur qui écrivait quarante nombres par ligne et une ligne par centimètre devrait utiliser cinquante milliards de kilomètres de papier pour répertorier un seul état instantané ! »

Le nombre d'Avogadro donne un ordre de grandeur de la molécule.

Bernard Diu, dans « Traité de Physique » :

« Les dimensions d'un atome sont de l'ordre d'un angström soit dix puissance moins dix-sept mètres. C'est déjà fort petit… Dix-huit grammes d'eau comprennent 6 fois dix puissance vingt-trois (nombre d'Avogadro) molécules et leur volume est dix-huit centimètres-cube (la masse volumique de l'eau est très voisine d'un gramme par centimètre-cube). Une division toute simple accorde à chaque molécule en moyenne un espace de 3 fois dix puissance moins vingt-trois centimètres-cube. »

Le nombre d'Avogadro est NA = 6,02214129 fois 10 puissance 23 molécules pour une mole, soit 602.214.129.000.000.000.000.000 molécules pour une seule mole, soit plus de six cent mille milliards de milliards de molécules !!!

Cela signifie que, quel que soit le corps pur considéré, dans un gaz il y a toujours le même nombre de molécules dans une quantité donnée de matière et on prend pour unité de matière « une mole ».

Une mole contient donc toujours le nombre d'Avogadro en nombre d'atomes mais pèse bien sûr différemment suivant les types de molécules.

Qu'est-ce qu'une mole ?

Plutôt que « mole », on trouvera aussi dans le texte l'ancien terme des chimistes de « molécule-gramme » pour désigner la masse moléculaire (ou masse molaire). Le nom de « mole » date de 1897.

Notons aussi que la définition du nombre d'Avogadro comme étant le nombre d'atomes dans 12 grammes de Carbone 12, cet atome état choisi désormais par convention, ne date que de 1971. Mais, dans la définition du principe d'Avogadro, la remarque d'Avogadro n'implique aucune particularité du Carbone 12 et s'applique à tous les « gaz parfaits »

L'hypothèse avancée par Amedeo Avogadro en 1811, affirmait que, « Deux gaz dans les mêmes conditions de température et de pression contiennent sous le même volume le même nombre de molécules ».

Avogadro écrit en 1811 :

« L'hypothèse qui se présente la première à cet égard, et qui paraît même la seule admissible, est de supposer que le nombre de molécules intégrantes dans les gaz est toujours le même à volume égal ou est toujours proportionnel aux volumes. »

MM. Doucet commentent :

« Si maintenant on envisage le volume molaire qui, dans le système des chimistes actuellement en usage est celui de 32 g d'oxygène dans les conditions normales, c'est-à-dire 22414 cm², on arrive à une définition simple du nombre d'Avogadro : c'est le nombre de molécules contenues dans le volume molaire d'un gaz parfait.
Cette définition s'applique aux corps composés gazeux.
Si l'on admet que le nombre de molécules ne change pas par liquéfaction puis solidification, on peut dire d'une façon générale : le nombre d'Avagadro NA est le nombre de molécules contenues dans la masse molaire d'un corps quelconque. Nous écrirons : 1 Mole = NA molécules. »

source

Friedrich-Albert Lange, dans « Histoire du matérialisme, et critique de son importance à notre époque » :

« Avogadro trouva (1811) que l'on ne pouvait s'expliquer l'uniformité avec laquelle tous les gaz se comportaient sous la même pression, à la même température et dans les combinaisons chimiques, qu'en admettant que le nombre des plus petites parties, dans un volume égal de gaz divers, était le même, à température et pression égales. Mais pour rendre cette hypothèse incontestable, il dut non-seulement admettre pour des gaz combinés une réunion de plusieurs atomes dans les plus petites portions de la masse, mais encore regarder, du moins en partie, les portions infiniment petites des gaz comme des groupes de plusieurs atomes. De la sorte, les molécules remplacèrent les atomes sous plusieurs rapports ; seulement elles n'étaient pas simples, mais composées d'atomes. Les plus petites portions d'un corps déterminé chimiquement étaient appelées molécules, tandis qu'on donnait le nom d'atomes aux plus petites parcelles de la matière en général. Ce n'est que dans des combinaisons et décompositions chimiques que les atomes se montrent pour ainsi dire individuellement ; ils changent de place et se groupent en molécules de compositions différentes. »

source

Dans une lettre du 30 avril 1814 à Berthollet, Ampère émet, sans le savoir, à peu près la même hypothèse qu'Avogadro :

« Lorsqu'un corps solide devient gazeux, les molécules qui constituent le gaz ne sont plus en interaction, à température constante, leur nombre est proportionnel au volume du gaz. »

En fait, les scientifiques sont encore divisés : la matière est-elle vraiment discontinue et composée de molécules, ils n'en sont pas sûrs du tout…

La loi d'Avogadro est la plus ancienne de ces lois physico-chimiques qui reposent sur l'hypothèse explicite que les molécules sont des choses réelles. Le retard avec lequel cette loi a été acceptée par les chimistes indique clairement leur résistance généralisée à l'idée de réalité moléculaire.

Le nombre N d'Avogadro est le nombre des molécules contenues dans une molécule-gramme d'un corps pur quelconque.

Qu'est-ce qu'une « molécule-gramme » ? Cela dépend du nombre d'atomes contenus dans la valeur en grammes du « nombre de masse » d'un corps simple. Le nombre de masse de l'hydrogène est un, celui de l'oxygène est six. Une molécule-gramme d'hydrogène, c'est deux grammes puisque la molécule contient deux atomes. Une molécule-gramme d'oxygène est 32 puisque le nombre de masse est 16 et qu'il y a deux atomes d'oxygène. Ainsi de suite, la vapeur d'eau correspond à 18 molécules-grammes.

Résultat : quelque soit la nature du gaz, une molécule-gramme de n'importe quel gaz dans les mêmes conditions de température et de pression occupe toujours le même volume.

Cette idée fut admise par les scientifiques lors du sommet de Karlsruhe de 1860.

Dmitri Ivanovitch Mendeleev, trente ans plus tard, que « La loi d'Avogadro a reçu par le biais du congrès un développement plus large, et bientôt après a conquis tous les esprits. »

En 1869, voici comment cette découverte était rapportée :

« Un chimiste italien, Amedeo Avogadro, ne tarda point à formuler la conception générale qui embrasse à la fois la loi de Dalton et celle de Gay-Lussac. Ses vues sont exposées dans un mémoire qu'il publia en 1811. L'idée synthétique d'Avogadro consiste à regarder tous les gaz simples comme renfermant le même nombre d'atomes sous le même volume ; dans les composés, les atomes s'unissent quelquefois deux à deux, et dans ce cas la combinaison a lieu par volumes égaux ; quelquefois ce sont deux ou trois atomes de l'un des composants qui se portent sur un seul atome de l'autre, et cette circonstance détermine le rapport des volumes : ainsi une relation étroite se trouvait établie entre la densité et le poids atomique des gaz.
La théorie d'Avogadro eut peu de retentissement, soit qu'il n'eût pas comme chimiste un renom suffisant, soit qu'il eût compromis son hypothèse en voulant lui donner prématurément. une trop grande extension et notamment en l'étendant aux corps solides. Elle fut reprise en 1814 par Ampère, et elle obtint sous ce nouveau patronage un peu plus de succès sans arriver cependant tout de suite à un assentiment universel ; de graves difficultés qu'elle laissait subsister ou qu'elle tranchait trop facilement devaient pendant longtemps encore contribuer à l'obscurcir. »

source

Paul Langevin écrivait en 1904 :

« Cette hypothèse d'Avogadro et d'Ampère tellement singulière qu'on évite aujourd'hui bien souvent d'en parler malgré son importance essentielle… »

source

En 1908, c'est Jean Perrin qui devait découvrir la valeur précise du nombre d'Avogadro :

« J'ai, en effet, obtenu, pour le « Nombre d'Avogadro » N, suivant les émulsions, des valeurs qui se placent entre 65.1022 et 72.1022. Mes mesures les plus sûres donnent 68.1022. Pour l'émulsion correspondante, l'élévation qui doublait la raréfaction était d'environ 6 microns, soit 1 milliard de fois plus faible que celle (6 kilomètres) qui double la raréfaction dans l'air à 0°.
Pour comprendre à quel point est significative la concordance avec le nombre 60.1022 obtenu (sans précision) par la théorie cinétique, il faut songer qu'avant l'expérience on n'eût certainement pas osé affirmer que la chute de concentration ne serait pas négligeable sur la faible hauteur de quelques microns, ce qui eût donné pour N une valeur beaucoup plus petite, et que par contre on n'eût pas davantage osé affirmer que les grains ne se ressembleraient pas tous au voisinage immédiat du fond, ce qui eût indiqué pour N une valeur beaucoup plus grande.
En ce qui regarde la précision de cette détermination de N, ce sera celle des expériences ; aujourd'hui de quelques centièmes, elle atteindra le millième quand on le voudra. Il n'en est pas de même pour la valeur que tire actuellement de la viscosité des gaz la théorie cinétique ; ici le perfectionnement des mesures ne diminuera pas l'incertitude qui tient aux hypothèses simplificatrices introduites pour faciliter les calculs. »

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Perrin utilisait pour faire sa mesure l'article d'Einstein sur le mouvement brownien, lui-même déjà une manifestation du mouvement des molécules. Dans sa thèse doctorale d'avril 1905, Einstein se proposait déjà de déterminer les dimensions des molécules et le nombre d'Avogadro à partir des propriétés de viscosité et de diffusion de l'eau sucrée. Puis le 11 mai 1905, Einstein publiait dans Annalen der Physik un article visant donner une interprétation stochastique de la diffusion des particules en suspension et d'en déduire une manière d'atteindre la connaissance du nombre d'Avogadro.

Voici un exposé de la démarche d'Einstein

Jacobus Henricus van 't Hoff dans « La Chimie physique et ses applications » :

« La loi d'Avogadro exprime que si dans un volume égal, on introduit une quantité d'un autre gaz, telle qu'à la même température elle exerce la même pression, les deux volumes contiendront le même nombre de molécules. »

Jean Perrin dans « Mouvement brownien et grandeurs moléculaires » :

« En résumé, la théorie moléculaire cinétique du mouvement brownien se vérifie de façon rigoureuse et conduit ; soit par l'étude de la distribution des grains, soit par l'étude de leur agitation, à la même valeur précise de la constante d'Avogadro, invariant essentiel de la structure de la matière. »

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Jean Perrin dans « Mouvement brownien et réalité moléculaire » :

« Les atomes. La constante d'Avogadro. - Dès lors, comme on sait, on est conduit à admettre l'existence d'atomes par diverses considérations de Chimie et particulièrement par l'étude des substitutions. Quand par exemple on dissout du calcium dans l'eau, on chasse seulement la moitié de l'hydrogène qu'elle contient. L'hydrogène de cette eau, et, par suite, l'hydrogène de chaque molécule, se compose donc de deux parties distinctes. Aucune expérience ne conduisant à en distinguer davantage, il est raisonnable de penser que ces deux parties sont insécables par tous les moyens chimiques, ou, d'un mot, que ce sont des atomes. D'autre part, toute masse d'eau, et par suite toute molécule d'eau, pèse 9 fois autant que l'hydrogène qu'elle contient ; la molécule d'eau, qui contient 2 atomes d'hydrogène, pèse donc 18 fois plus que l'atome d'hydrogène. De semblable manière, on établirait, par exemple, que la molécule de méthane pèse 16 fois plus que ce même atome d'hydrogène. On peut atteindre ainsi, par voie purement chimique, en passant par la notion d'atome, le rapport 16/18 du poids de la molécule de méthane au poids de la molécule d'eau. Or, on arrive précisément à ce même rapport si l'on compare les masses de méthane et de vapeur d'eau qui occupent le même volume à l'état gazeux dans les mêmes conditions de température et de pression. Il faut donc que ces deux masses, qui ont même rapport que les molécules des deux sortes, contiennent l'une et l'autre autant de molécules. Ce résultat se généralise pour les divers gaz, en sorte que nous retrouvons, de façon expérimentale, la proposition célèbre énoncée sous forme d'hypothèse par Avogadro, il y a environ un siècle, et reprise un peu plus tard par Ampère : « Deux gaz quelconques, pris aux mêmes conditions de température et de pression, contiennent sous le même volume le même nombre de molécules. » Il est devenu habituel d'appeler molécule-gramme d'un corps la masse de ce corps qui, à l'état gazeux, occupe le même volume que 2 g d'hydrogène amenés à la même température et à la même pression. L'énoncé d'Avogadro équivaut alors au suivant :
Deux molécules-gramme quelconques contiennent le même nombre de molécules.
Ce nombre invariable N est une constante universelle qu'il semble juste d'appeler constante d'Avogadro. Si l'on connaissait cette constante, ou connaîtrait la masse d'une molécule quelconque ; on connaîtrait même la masse d'un atome quelconque, puisque nous pouvons savoir, par les divers moyens qui conduisent aux formules chimiques, combien il y a d'atomes de chaque sorte dans chaque molécule. Le poids de la molécule d'eau, par exemple, est 18/N, celui de la molécule d'oxygène est 32/N , et ainsi pour chaque molécule. De même, le poids de l'atome d'oxygène, obtenu en divisant par N l'atome-gramme d'oxygène, est 16/N, celui de l'atome d'hydrogène est (1,008)/N, et ainsi pour chaque atome. »

source

Paul Langevin dans « La notion de corpuscule et d'atomes » :

« Nous avons vu que la connaissance du nombre d'Avogadro N permet de calculer les dimensions des atomes, c'est-à-dire de la région occupée à l'intérieur de ceux-ci par les électrons ; on trouve ainsi pour les atomes supposés sphériques des rayons de l'ordre de 10 puissance moins 8 cm, et ce résultat est confirmé par diverses évaluations concordantes, en particulier par celles que fournit la diffraction des rayons de Röntgen dans les cristaux. L'extrême rareté des chocs exceptionnels capables de dévier notablement les particules alpha montre que la région où se trouve la plus grande partie de la masse de l'atome doit être beaucoup plus petite que l'atome lui-même. Du fait que les chocs exceptionnels sont cent millions de fois moins fréquents que les chocs ionisants, on déduit, en prenant la racine carrée de ce rapport pour tenir compte de ce que la section traversée est proportionnelle au carré du rayon, que le rayon de la région où se trouve concentrée la masse de l'atome est 10.000 fois plus petit que le rayon de l'atome lui-même, c'est-à-dire que les dimensions de ce noyau de l'atome sont de l'ordre de 10 puissance moins douze cm. »

Vingt grandes interrogations de la Physique : ce que nous savons… que nous ne savons pas !!!

Robert Paris — 2018-08-22T22:49:00Z

Vingt grandes interrogations de la Physique : ce que nous savons… que nous ne savons pas !!!

Avertissement : les questions posées ici ont parfois été jalonnées par des hypothèses et, dans certains cas quelques pistes intéressantes, mais dans aucun cas on ne peut dire que l'on ait de solution satisfaisante, et même souvent il n'y a pas d'hypothèse tout court ! Pourtant, ces questions sont fondamentales pour prétendre avoir une connaissance du fonctionnement naturel, des lois de la matière ! Cela ne signifie nullement que cela laisse place à toutes les élucubrations, en particulier à celles des divers mysticismes. Au contraire, les contraintes pour une théorie universelle sont énormes. Il y a un très grand nombre de faits et de théories qui doivent être vérifiés par une telle théorie et aucun candidat théorique, aucune hypothèse scientifique ni antiscientifique, n'est en état de prétendre y être arrivé. Cela ne laisse aucunement de place supplémentaire aux antisciences, aux mysticismes, aux agnosticismes, aux positivismes, aux antimatérialismes, aux dualismes, aux idéalismes, aux spiritismes, aux animismes, qui ne proviennent nullement des crises de la physique mais dont le retour provient de la crise économique, sociale et politique de la domination capitaliste sur le monde. Ce n'est pas ce monde en crise, autant idéologique qu'économique qui va être capable de développer la nouvelle compréhension du monde qui serait indispensable. Il y aurait de quoi étudier et explorer, il y aurait de quoi faire preuve d'imagination et de créativité, mais la recherche actuelle, aux mains du grand capital en déshérence, s'en détourne et ne s'intéresse qu'au profit immédiat et se centre sur les matériaux nouveaux et sur le tout informatique.

Léon Lederman : « Si l'Univers est la réponse, quelle est la question ? »

1°) Qu'est-ce qu'une charge électrique ? Imaginez-vous que personne n'en sait rien, que personne n'a même émis une hypothèse satisfaisante pour expliquer ce que c'est !!! Pourtant, l'électricité est connue de longue date et elle est utilisée sans cesse dans le monde actuel. Eh bien, nous n'avons aucune idée sur son origine, sur sa base. Que représente la charge dans la structure d'une particule, d'un atome ? Pas l'ombre du début d'une idée sur la question !!! A vos marques, les penseurs de demain !!!

2°) Quelle est la réalité physique du temps ? Là encore, si la physique manipule sans cesse le temps dans ses équations, cela ne signifie pas que l'on soit bien avancés dans la compréhension de ce qu'est le temps, d'où il vient dans le processus fondamental de la matière. Cette fois, les avis sur la questions sont nombreux mais rien n'est tranché, rien n'est tout à fait satisfaisant dans ces multiples hypothèses !

3°) Qu'est-ce que la matière noire ? Pourquoi ne comprenons-nous pas l'origine de l'essentiel de la masse des étoiles et des espaces inter-stellaires ?

4°) Qu'est-ce que l'énergie noire ? Pourquoi ne comprenons-nous pas que l'expansion, de l'Univers, loin de se ralentir, s'accélère ?

5°) Qu'est-ce que le vide ? La quantité d'énergie du vide semble incroyable et le mécanisme des liens entre vide quantique et matière/lumière a encore bien des secrets à nous révéler ! C'est probablement là que résident l'essentiel des réponses à toutes les autres questions… Nous savons dores et déjà que le vide quantique a des propriétés étonnantes puisque le temps n'a pas de sens d'écoulement, que la matière est couplée à autant d'antimatière, que les propriétés du vide sont tout à fait différentes de celles que nous connaissons de la matière et de la lumière à notre échelle. Là encore, bien des choses restent à explorer et à… penser… Par exemple, il faut mieux connaître le lien entre le virtuel du vide et le « réel » des particules de matière et d'interaction. Il faut se demander aussi quelles sont les particularités du niveau hiérarchique inférieur au virtuel, appelé le « virtuel de virtuel » et également s'il existe des niveaux encore inférieurs ?!!! Rappelons que le virtuel est fondé sur des particules et des antiparticules couplées et éphémères (elles ne sont pas perçues directement à notre échelle). Connaître le vide quantique est essentiel pour comprendre matière, lumière et espace-temps puisque tous semblent émerger du vide par des processus qui restent à bien comprendre.

6°) Et la petite échelle est un univers inconnu. Explorer le monde et le temps, c'est aussi descendre les échelles de l'observation très en dessous de la femtoseconde. Nous ne savons pas ce qui se passe dans ces univers des temps courts et des grandes énergies ! Il semble y avoir une agitation extraordinaire à ces petites échelles (et grandes pour l'énergie) mais nous n'avons même pas d'hypothèse sur ce que nous risquons d'y trouver…

7°) Comment expliquer la valeur des masses des particules ? Rappelons qu'aucune loi découverte jusqu'à présent n'en donne une interprétation. On remarque que chaque type de particule a toujours exactement la même masse, sans aucune différence individuelle semble-t-il mais nous ignorons d'où vient cette valeur fixe. Personne n'a suggéré un mécanisme qui détermine cette valeur, même si le boson de Higgs est une proposition d'interprétation de la formation générale des masses par l'interaction avec le vide quantique, plus exactement avec un champ de ce vide. On ne sait pas s'il existe plusieurs bosons de Higgs, à plusieurs niveaux d'énergie. Qu'est-ce que la masse des particules, reste une bonne question ! Et qui n'a pas le premier début d'une réponse.

8°) En fait, ce n'est pas seulement la valeur constante des masses des particules mais toutes les constantes de la physique, dont la vingtaine des constantes fondamentales, dont l'origine est absolument inconnue ! Là encore, aucune équation ne donne la valeur de la vitesse de la lumière c, la constante de Planck h, la charge de l'électron et du proton, la constante de Boltzmann, la constante de permittivité du vide, etc. Ce sont des nombres fixes, apparemment toujours exactement identiques à eux-mêmes et aucune procédure n'a été trouvée permettant à la nature de les retrouver. On cherche aussi le lien entre ces constantes et lesquelles seraient les constantes fondamentales et lesquelles en seraient dépendantes. Combien de constantes sont les piliers de l'Univers ? Pas de réponse !

9°) Combien de dimensions pour l'Univers ? Cette fois, il y a bien trop de propositions et il est difficile de trancher ! Depuis les quatre dimensions (trois d'espace et une de temps), on trouve de multiples autres hypothèses, depuis onze dimensions jusqu'à une infinité.

10°) Et l'Univers ? On sait quelques petites choses sur lui mais si peu… Est-il fini ou infini, quelle a été son histoire, quelles sont les transitions, comment expliquer le bruit de fond cosmique, d'expansion ? Les hypothèses de l'inflation et du Big Bang sont les plus connues et admises, mais aussi très contestées. Rien n'est encore sûr… Notre univers est-il seulement l'un des multiples univers. Est-il à l'intérieur d'un trou noir ou peut-il être happé par un trou noir, quel est le rôle de ces trous noirs das la dynamique de l'Univers ? L'Univers a-t-il eu un début et aura-t-il une fin ? Comment se forment les immenses bulles de vide et quelle relation avec la formation des galaxies reliées en filaments immenses ? Bien des hypothèses là encore mais rien de bien satisfaisant… Même nos hypothèses sur la formation des étoiles et des galaxies sont encore très insuffisantes.

11°) Rappelons que la première loi mathématique découverte en physique, celle de la gravitation n'a pas encore permis de trouver un mécanisme physique permettant de l'interpréter, contrairement aux autres lois physiques (électromagnétisme, force nucléaire forte et faible). Nous ne connaissons ni onde de gravitation, ni particule de gravitation ou graviton, ni aucun autre mécanisme de formation de la force de gravitation.

12°) La vitesse de la lumière reste à interpréter complètement. Est-elle véritablement une limite absolue, d'où vient ce nombre, que signifie-t-il ? Quel lien entre cette « vitesse » et le processus de formation de la matière et de la lumière dans le vide ? Comment les particules corrélées à distance peuvent-elles échanger de l'information plus vite que la lumière ? Comment la particule qui passe une barrière de potentiel par effet tunnel peut-elle le faire plus vite que la lumière ? Comment les transformations du vide quantique peuvent-elles se propager plus vite que la lumière ? Comment les transitions quantiques peuvent-elles plus rapides que la lumière, comme c'est le cas de la réduction brutale du paquet d'ondes dès que l'on capte le corpuscule ?

13°) La question précédente et bien d autres devraient trouver leur solution dans une unification de la physique quantique et de la relativité, unification qui fait plus que tarder à se produire ! Cependant, il est certain que nombre d'échelles hiérarchiques de l'univers nécessitent cette unification et on ne peut prétendre que la relativité serait pour la grande échelle et la quantique pour la petite échelle !!! A bien des échelles, les deux agissent conjointement et concurremment mais comment ? Découvrir la relativité quantique reste un programme d'avenir…

14°) Comment se fait-il que notre univers soit matériel alors qu'il découle d'un vide quantique qui semble symétrique du fait des couples de particules virtuelles de matière et antimatière ? L'antimatière remonte-t-elle le temps ? Comment fonctionnent les couples éphémères de matière et antimatière et comment permettent-ils la formation des photons ? Comment cela permet-il d'expliquer les propriétés étonnantes des relations matière-lumière ? Comment cela explique-t-il comment la matière-lumière produit et transforme l'espace-temps ? Là, on dispose de quelques éléments de compréhension mais pas d'une théorie d'ensemble.

15°) Curieusement, c'est le noyau de notre planète, la Terre, qui nous est encore le plus inconnu ! Les hypothèses précédentes ne semblent pas suffisantes pour expliquer la quantité d'énergie qui continue à provenir du centre de notre petit monde terrestre et les phases d'accroissement exponentiel de l'émission de chaleur issue du noyau. Le lien entre l'évolution du noyau radioactif et ce qui se passe en surface (volcanisme, tectonique des plaques, tremblements de terre, climat) reste à développer.

16°) Nous ne savons pas non plus exactement à quel stade d'évolution en est le Soleil, notre étoile centrale. Les théories de son fonctionnement sont insuffisantes à expliquer notamment le nombre de neutrinos émis. A moins que ce ne soient les neutrinos que l'on comprenne mal… Où en est la dynamique du noyau solaire est une bonne question puisque notre monde à nous, humains, en dépend !

17°) L'une des contraintes qui réduisent les possibilités d'une théorie physique de l'Univers est le fait que le proton ne se décompose pas, semble-t-il, en tout cas pas dans les durées envisagées, le fait que, contrairement ce qu'envisageaient toutes les théories, les neutrinos semblent avoir une masse. En fait, on ne sait même pas si le photon a une masse nulle ou très faible !

18°) Quel est le mécanisme physique qui permet de passer de l'inerte au vivant est une question toujours en suspens et nous ne savons pas non plus s'il serait possible à l'homme un beau jour (où un jour affreux !) de produire de la vie à partir de matière inerte, ce qui n'a jamais été fait jusqu'à présent.

19°) Le saut de l'univers quantique à l'univers macroscopique par la décohérence est un début d'interprétation des sauts de l'émergence causée par un grand nombre d'interactions. Mais bien d'autres sauts de ce type restent incompris. La théorie de l'émergence de structures, de paramètres et de lois reste à inventer.

20°) Un problème de la physique est plus lié à des questions d'ordre philosophique : existe-t-il un niveau hiérarchique de base dans lequel les phénomènes soient entièrement déterministes, existe-t-il un nombre fini ou infini de niveaux, comment sont-ils imbriqués, y a-t-il des origines et des fins ou des mécanismes d'émergence qui pilotent l'Univers ? La causalité, le déterminisme, le hasard, la discontinuité, l'entropie, l'ordre, la dialectique du monde posent de multiples problèmes, autant philosophiques que physiques, même si nombre de physiciens ont cru disjoindre définitivement les deux…

Le point de vue de Sheldon Glashow, dans « Le charme de la Physique » :

« La seule question qui m'ait toujours fasciné, qui a occupé l'esprit d'une génération de savants… c'est, suivant l'inimitable manière des scientifiques : « Qu'est-ce que tout ça veut dire ? »….Les questions les plus difficiles restent posées. Comment les étoiles se groupent-elles en galaxies, elles-mêmes rassemblées en amas et même en amas d'amas, le tout entourant d'immenses sphères de vide réparties comme des bulles de savon au fond d'un évier ? Nous ne savons pas ce qui constitue la véritable matière de l'univers, car les étoiles, la poussière et les nuages de gaz ne suffisent pas à rendre compte à eux seuls de sa masse. L'essentiel de la matière est invisible à nos yeux même si nous en connaissons les effets gravitationnels… Nous ne savons pas pourquoi les particules existent, pourquoi elles ont une masse donnée, ni pourquoi elles sont soumises à certaines forces. Notre modèle standard est honnête : il nous dit que, dans ce contexte, il n'existe pas de réponse. Plus encore, notre « théorie de complète unification » n'est ni complète (la durée de vie du proton est fausse), ni unifiée (la gravitation est laissée de côté), ni même vraiment une théorie (elle ne résout aucun des problèmes exposés plus haut). La théorie des champs quantiques, qui est issue du mariage de la mécanique et de la relativité, telle qu'elle a été définie par Dirac, Schwinger, Feynman, Tomonaga et d'autres, nous a bien servi pendant plus de quarante ans, nous aidant à établir notre modèle standard de la physique des particules. Mais elle est aujourd'hui dans une impasse : cette théorie est tout simplement incapable de décrire la gravitation, et donc d'expliquer les premiers instants de la création de l'univers. Elle ne parvient pas d'autre part à répondre à aucune des questions qui se posent aujourd'hui en physique des particules. Manifestement, il nous faut effectuer un pas de géant vers un cadre conceptuel beaucoup plus puissant. La théorie des supercordes est une tentative ambitieuse, et en vogue, de surmonter tous ces obstacles en supposant que les particules élémentaires sont en fait de minuscules boucles de corde, plutôt que des structures ponctuelles… Pour l'instant, la théorie des supercordes n'offre même pas un début de réponse à une question du type : « Qui a besoin du muon ? », mais cela n'a pas empêché toute une génération de brillants jeunes chercheurs de s'embourber dans les calculs les plus inextricables des espaces mathématiques à dix dimensions. Lors du colloque de 1989 de l'université d'été internationale de physique infranucléaire d'Erice, son fondateur et directeur Antonio Zichichi demandait à l'un des conférenciers, parmi les plus jeunes et les plus abstraits : « Existe-t-il une expérience, même imaginaire, qui pourrait permettre de prouver ce que vous avancez ? » La réponse fut négative… Nous tentons d'appréhender la naissance, l'évolution et le destin de notre Univers. Nous voulons savoir pourquoi les choses doivent être exactement ce qu'elles sont. Nous voulons dévoiler la profonde simplicité de la Nature, car il est dans la nature des physiciens des particules (et de quelques autres) d'avoir foi dans la simplicité, et de croire contre toute raison qu'en fait les lois fondamentales de la physique, de la Nature ou de la réalité sont tout à fait élémentaires et compréhensibles. »

Le point de vue de Lee Smolin, dans « Rien ne va plus en physique ! » :

« Les problèmes que les physiciens doivent résoudre aujourd'hui sont, en grande partie, des questions qui restent sans réponse, parce que la révolution scientifique du XXe siècle reste inachevée. Au cœur de notre échec à conclure la révolution scientifique actuelle se trouvent cinq problèmes, dont la solution nous échappe… Selon la théorie générale de la relativité d'Einstein, l'espace et le temps ne constituent plus un fond fixe et absolu. L'espace est aussi dynamique que la matière ; il bouge, il change de forme… Ces deux découvertes, la relativité et la quantique, nous ont, chacune, demandé de rompre définitivement avec la physique de Newton. Pourtant, malgré ce très grand progrès accompli au cours du siècle dernier, ces deux découvertes restent incomplètes. Chacune d'elles possède des faiblesses et des défauts, qui tendent à prouver l'existence d'une théorie plus fondamentale. Mais la raison la plus évidente pour laquelle chacune des deux théories est incomplète est l'existence de l'autre. Notre esprit nous incite à chercher une troisième théorie, qui unirait toute la physique, et la raison à l'origine de cette incitation est simple. Il est évident que la nature, elle, est « unifiée ». L'univers dans lequel nous nous trouvons est interconnecté, dans le sens où tout interagit avec tout le reste. Il ne peut pas y avoir de solution où nous aurions deux théories de la nature, qui décriraient des phénomènes différents, comme si l'une n'avait rien à voir avec l'autre. Toute prétendante au sacre de théorie ultime ne peut être qu'une théorie complète de la nature. Elle doit inclure l'ensemble de notre connaissance. La physique a survécu pendant longtemps sans cette théorie unifiée, parce que, en ce qui concerne l'expérience, nous avons toujours été capables de diviser le monde en deux royaumes. Dans le royaume atomique, où règne la physique quantique, on peut le plus souvent ignorer la gravité. On peut traiter l'espace et le temps comme le faisait Newton : en tant que fond invariant. L'autre royaume est celui de la gravitation et de la cosmologie. Dans ce monde, on peut souvent ignorer les phénomènes quantiques. Mais cette division ne peut être qu'une solution provisoire. La dépasser est le premier grand problème non résolu de la physique théorique…. La mécanique quantique, au moins dans la forme sous laquelle elle a été initialement proposée, n'était à l'aise avec le réalisme, parce qu'elle présupposait une partition de la nature en deux parties. D'un côté se trouve le système à observer. Nous, les observateurs, sommes de l'autre côté. De notre côté, se trouvent aussi les instruments que nous utilisons pour préparer les expériences et faire les mesures et les horloges qui enregistrent les instants où les événements ont lieu. On peut décrire la théorie quantique comme un nouveau langage dans notre dialogue avec les systèmes que nous étudions à l'aide de nos instruments. Ce langage quantique contient des verbes, qui se réfèrent à nos préparations et à nos mesures, et des noms qui se réfèrent à ce que nous observons à la suite de ces préparations. Il ne nous dit rien sur ce que serait le monde si nous en étions absents. Dès la création de la théorie quantique, un débat a fait rage entre ceux qui acceptaient cette façon de faire de la science et ceux qui la rejetaient. Beaucoup parmi les fondateurs de la physique quantique, y compris Albert Einstein, Erwin Schrödinger et Louis de Broglie, répugnaient à cette approche. C'étaient des réalistes. Quelle que soit l'efficacité de la théorie quantique, pour eux, elle est restée incomplète, parce qu'elle ne pouvait pas fournir une image de la réalité, en notre absence. De l'autre côté, se sont trouvés Niels Bohr, Werner Heisenberg et plusieurs autres. Au lieu d'en être scandalisés, ils ont accueilli à bras ouverts cette nouvelle façon de faire de la science. Depuis, les réalistes ont marqué quelques points en mettant en évidence des incohérences dans la formulation actuelle de la théorie. Certaines de ces apparentes incohérences surgissent grâce au fait que, si elle est universelle, la théorie quantique doit également s'appliquer à « nous ». Les problèmes viennent alors de la division du monde, nécessaire pour donner un sens à la théorie quantique. En particulier, une difficulté consiste à savoir où l'on met la ligne de division, celle-ci étant dépendante de celui qui fait l'observation… Toute cette thématique est connue sous le nom de « problème des fondements de la mécanique quantique ». C'est le deuxième grand problème de la physique contemporaine… Je dois avouer que je suis un réaliste. Je me place du côté d'Einstein et des autres, qui croient que la mécanique quantique est une description incomplète de la réalité. Mais alors, où devons-nous chercher ce qui manque à la mécanique quantique ? Il m'a toujours semblé clair que la solution demandera bien plus qu'une compréhension plus approfondie de la mécanique quantique elle-même… Il reste deux forces fondamentales dans la nature (dont nous connaissons l'existence) qui échappent à l'unification avec les champs électromagnétique et faible. Ce sont la gravité et les interactions nucléaires fortes (qui tiennent ensemble les particules appelées quarks et qui sont ainsi responsables de la formation des protons et des neutrons constituant le noyau atomique). Ces quatre forces peuvent-elles être unifiées ? C'est notre troisième grand problème. J'appellerai ce problème : « problème d'unification des particules et des forces », pour le distinguer de l'unification des lois dont nous avons parlé plus haut… Malgré son efficacité, le modèle standard se trouve confronté à un grand problème : il contient une longue liste de constantes à ajuster. Lorsqu'on énonce les lois de la théorie, on doit spécifier les valeurs de ces constantes. Ces valeurs pourraient être n'importe lesquelles, car la théorie reste mathématiquement cohérente quelles que soient les valeurs choisies. Celles-ci spécifient les propriétés des particules. Certaines nous fournissent les masses des quarks et des leptons, tandis que d'autres donnent les intensités des forces. Nous n'avons aucune idée de l'origine de ces nombres ; tout ce que nous avons à faire, c'est de les déterminer au début des expériences et de les insérer ensuite dans la théorie… Il existe environ vingt constantes de ce type, et la présence d'autant de paramètres libres dans ce que l'on suppose être la théorie fondamentale cause un grand embarras. Chacune de ces constantes représente un fait capital que nous ignorons : une cause ou un mécanisme physique responsable de la valeur observée de cette constante. C'est notre quatrième grand problème…. Ces dernières années, les astronomes ont réalisé une expérience très simple, au cours de laquelle ils ont mesuré la distribution des masses dans une galaxie de deux façons différentes et ont comparé les résultats. Premièrement, les astronomes ont mesuré la masse en observant les vitesses orbitales des étoiles ; deuxièmement, ils ont fait une mesure plus directe de la masse en comptant les étoiles, le gaz et la poussière qu'ils voyaient dans la galaxie… Or les deux mesures ne sont pas d'accord…. Et la divergence entre les deux valeurs est loin d'être petite, mais plutôt de l'ordre d'un facteur dix. De plus, l'erreur va toujours dans le même sens : on a toujours besoin de plus de masse pour expliquer le mouvement observé des étoiles que ce que l'on calcule par comptage direct de toutes les étoiles, du gaz et de la poussière… On appelle cette mystérieuse matière manquante « matière noire »… Puis les choses sont devenues encore plus mystérieuses. Récemment, on a découvert que selon des observations à des échelles encore plus grandes, qui correspondent à des milliards d'années-lumière, les équations de la relativité générale ne sont pas satisfaisantes même en rajoutant la matière noire. L'expansion de l'univers, démarrée avec le Big Bang il y a quelque 13,7 milliards d'années, s'accélère, tandis que, si l'on tient compte de toute la matière observée, plus la quantité calculée de la matière noire, l'univers devrait au contraire ralentir… Les mystères cosmologiques sont à la source du cinquième grand problème… L'idée qui présidait à la grande unification était non seulement de mettre ensemble toutes les forces, mais aussi d'inventer une symétrie qui pourrait transformer les quarks (particules régies par les interactions fortes) en leptons (les particules régies par les interactions électrofaibles) et, par conséquent, d'unifier deux principaux types de particules, en en faisant un seul type de particules et un seul champ de jauge. Le candidat le plus simple pour cette grande unification était connu sous le nom de symétrie SU(5)… La décomposition du quark en électrons et neutrinos a des conséquences visibles. Un proton contenant ce quark n'est plus un proton ; il se décompose en particules plus simples. Ainsi, les protons ne seraient plus des particules stables – ils seraient assujettis à une espèce de décomposition radioactive… Bien que cet effet soit extrêmement rare, il est réalisable expérimentalement, puisque le nombre de protons dans le monde est énorme… Le monde scientifique attendait les résultats avec impatience. Vingt-cinq ans plus tard, il les attend toujours. Aucun proton ne s'est décomposé. Nous avons attendu déjà assez longtemps pour nous assurer que la grande unification SU(5) est fausse. C'est une belle idée, mais une de celles que la nature n'a pas voulu réaliser… Il y a une différence énorme entre les puissances des différentes forces. La répulsion électrique entre deux protons est plus forte que leur attraction gravitationnelle par un facteur énorme, de l'ordre de dix puissance trente-huit. Il existe également de grosses différences entre les masses des particules. Par exemple, la masse de l'électron représente 1800 fois moins que la masse du proton… Pourquoi la nature est-elle à ce point hiérarchisée ? Pourquoi la différence entre le plus faible et le plus fort est-elle si grande ? Pourquoi les masses du proton et de l'électron sont-elles si minuscules comparées à la masse de Planck ou à l'échelle de l'unification ? On évoque habituellement ce problème en tant que « problème de la hiérarchie »… Le problème de la hiérarchie contient deux défis. Le premier est de trouver ce qui détermine les valeurs des constantes et ce qui fait que les rapports entre elles sont si grands. Le second est de comprendre pourquoi ces valeurs restent là où elles sont. Leur stabilité est étonnante et presque miraculeuse, puisque la mécanique quantique a une étrange tendance à tirer toutes les masses vers la masse de Planck… La leçon principale de la relativité générale est que la géométrie de l'espace n'est pas fixe. Elle évolue de façon dynamique, en se modifiant dans le temps lorsque la matière se déplace. Il existe même des ondes – les ondes gravitationnelles – qui voyagent à travers la géométrie de l'espace… Cela signifie que les lois de la nature doivent s'exprimer sous une forme qui ne présuppose pas que l'espace ait une géométrie fixe. C'est le cœur de la leçon einsteinienne. Cette forme se traduit en un principe, déjà décrit plus haut, celui d' « indépendance par rapport au fond ». Ce principe énonce que les lois de la nature peuvent être décrites dans leur totalité sans présupposer la géométrie de l'espace… L'espace et le temps émergent de ces lois plutôt que de faire partie de la scène où se joue le spectacle. Un autre aspect de l'indépendance par rapport au fond est qu'il n'existe pas de temps privilégié. La relativité générale décrit l'histoire du monde au niveau fondamental en termes d'événements et de relations entre eux. Les relations les plus importantes concernent la causalité : un événement peut se trouver dans une chaîne causale qui mène à un autre événement. De ce point de vue, l'espace est un concept secondaire, totalement dépendant de la notion de temps. Prenons une horloge. Nous pouvons penser à tous les événements qui se déroulent simultanément lorsqu'elle sonne midi. Ce sont lesdits événements qui constituent l'espace… La question fondamentale pour la théorie quantique de la gravitation est, par conséquent, celle-ci : peut-on étendre à la théorie quantique le principe selon lequel l'espace n'a pas de géométrie fixe ? C'est-à-dire peut-on faire de la théorie quantique indépendante du fond, au moins en ce qui concerne la géométrie de l'espace ? Si la réponse est oui, on aura alors automatiquement trouvé la façon de fusionner la gravité et la théorie quantique, car celle-ci a déjà été interprétée comme étant un aspect de la géométrie dynamique de l'espace-temps… La première thèse de doctorat jamais écrite sur le problème de la gravité quantique a été, selon toute vraisemblance, la dissertation soutenue en 1935 par le physicien russe Matveï Petrovitch Bronstein. Ceux qui l'ont connu se souviennent de lui comme de l'un des physiciens soviétiques les plus brillants de sa génération. En 1936, il a écrit dans un article que « l'élimination des inconsistances logiques demande qu'on rejette nos concepts d'espace et de temps ordinaires, en les remplaçant par des concepts plus profonds et moins évidents »… Aujourd'hui, presque tous ceux qui réfléchissent sérieusement au problème de la gravité quantique sont d'accord avec Bronstein ; mais cela a pris soixante-dix ans… Un an après la publication par Bronstein de l'article que je viens de citer, il a été arrêté par le NKVD et fusillé le 18 février 1938… Le travail de Bronstein a été oublié, et la plupart des physiciens sont retournés à l'étude de la théorie quantique des champs… Deux camps se sont formés, en opposition l'un à l'autre. L'un d'eux suivit Bronstein en prenant au sérieux l'idée de l'indépendance par rapport au fond. L'autre l'a ignorée et choisit le chemin d'Heisenberg et de Pauli, en essayant d'appliquer la théorie quantique aux ondes gravitationnelles, considérées comme se déplaçant sur un fond fixe… Les approches les plus réussies, à ce jour, de la gravité quantique utilisent la combinaison de trois idées fondamentales : que l'espace-temps est « émergent », que la description la plus fondamentale est « discrète » et que cette description fait intervenir la « causalité » de façon cruciale… A ce jour, il est devenu clair qu'on ne pourra résoudre les cinq grands problèmes qu'à condition de réfléchir véritablement sur les fondements de notre compréhension de l'espace, du temps et du monde quantique, et de ne plus considérer les programmes de recherche vieux de dizaines d'années telles la théorie des cordes et la gravité quantique à boucles comme des paradigmes établis. On a besoin de jeunes chercheurs, ayant le courage, l'imagination et la profondeur conceptuelle pour initier des directions nouvelles. Comment peut-on trouver et soutenir ce type de scientifiques, au lieu de les décourager comme on l'a fait jusqu'à ce jour ? (…) Notre mission doit être de chercher les faux présupposés, de poser des questions nouvelles, de trouver des réponses nouvelles et d'être à la hauteur de la révolution… »

Problèmes non résolus de la physique

Quelles révolutions restent nécessaires en physique

Lire encore

Etonnante matière !!!

Robert Paris — 2018-08-09T22:40:00Z

Pourquoi la matière s'est révélée, au niveau microscopique, très différente de celle qui nous apparaît ou que nous imaginions à notre échelle ?

Nous avons longtemps considéré que nous connaissions la matière par nos sens et par nos expériences, tout cela se déroulant toujours à une seule échelle, la nôtre, que l'on appelle aussi le niveau macroscopique, par opposition à l'échelle microscopique, celle qui est immédiatement inférieure. Depuis, nos capacités scientifiques et techniques ont considérablement changé et plusieurs niveaux d'échelle ont été accessibles à l'expérience et au raisonnement.

En étudiant le niveau microscopique de la matière, se sont révélés divers niveaux d'organisation de structure comme les molécules, les atomes, les noyaux, les particules dites élémentaires, les particules fugitives, les états éphémères de la matière, les photons (plus généralement les bosons et particules d'interaction), etc.

On avait commencé à envisager la matière à notre échelle comme un grand édifice de construction, attachant entre eux les éléments précédemment cités. On a parlé d' « atomes crochus » avec de vrais crochets pour les lier entre eux au sein des molécules et de liaisons intermoléculaires utilisant des forces dites de van der Waals. On a parlé de systèmes planétaires pour concevoir comment les électrons se maintenaient autour du noyau atomique, en pensant que la force électromagnétique qui reliait les électrons électriquement négatifs au noyau électriquement positif (du fait de la présence de protons électriquement positifs).

Cependant, il s'avère que la notion de « liaisons » ne peut pas être semblable aux liaisons telles que nous les connaissons à notre échelle (ou que nous croyons les connaître). Il s'avère également que nous ne pouvons absolument pas concevoir les particules, les atomes, les molécules comme de « petits objets » au sens que nous donnons à la notion d'objet, à notre échelle.

L'échelle microscopique a produit notamment la physique quantique qui donne une image profondément différente de la matière qui n'est plus aussi inerte, aussi figée, aussi stable, aussi durable ni aussi palpable, ni aussi suivable continûment sur des trajectoires. En somme, l'image d'une matière compacte, solide, fondée sur des objets fixes, durables, ayant une individualité, des particularités propres à chaque objet, ayant des histoires individuelles (aucun rocher n'est identique à un autre, ni aucun cristal, ni aucun liquide, ni aucun gaz). Tout cela a disparu avec le niveau microscopique. Personne n'est capable de distinguer deux photons ou deux particules de matière ayant les mêmes caractéristiques. il n'y a plus d'individu. Et il n'y a plus de trajectoire. Il n'y a plus non plus de trajectoire exacte et pas même de position ou de vitesse entièrement définies et connaissables. Il y a seulement une probabilité de présence du corpuscule.

Et, bien entendu, aucun objet au sens classique ne pourrait, comme cela se passe au niveau quantique, être à la fois de type ondulatoire et corpusculaire. Plus exactement, au niveau macroscopique, aucune apparence ne présente ce curieux mélange d'ondulatoire et de corpusculaire qui fait que dans toute onde il y a un corpuscule et avec tout corpuscule une onde !!!

La logique causale elle-même est profondément perturbée car l'histoire au sens quantique ne passe pas d'un état à un autre mais d'une superposition d'états potentiels à une autre superposition d'états potentiels, chacun disposant d'une certaine probabilité de devenir réel. Cette situation ne se présente apparemment jamais au niveau macroscopique en considérant les objets matériels tels que nous croyons les percevoir.

Les liaisons entre particules, au sein du noyau, entre particules et champs, entre particule et noyau, entre atomes, entre molécules, sont très loin de ressembler en physique quantique aux « crochets » des atomes crochus !!! En fait, les liaisons sont des échanges permanents de bosons, durables ou éphémères, dits virtuels ou réels.

Il n'y a même pas de barrière infranchissable entre particules de matière durables et éphémères. Et pas plus entre bosons durables et éphémères. C'est seulement une question d'énergie. Donnez suffisamment d'énergie à un corpuscule virtuel (c'est-à-dire éphémère) qu'il soit boson ou fermion (particule d'interaction ou de matière) et celui-ci devient durable (on le dit alors réel).

La physique quantique n'a pas changé l'image donnée par le niveau où nous existons, l'image du monde macroscopique, mais elle explique comment l'univers quantique, si différent du nôtre, produit, par un grand nombre d'interactions entre les quanta, l'univers classique avec ses objets apparemment fixes, ses liaisons apparemment solides, son apparente durabilité, son apparence de trajectoires définies, continues, avec une position et une vitesse définies en chaque point d'une trajectoire, toutes les propriétés que nous connaissons bien par exemple en mécanique classique, etc. Le passage du niveau quantique au niveau classique est appelé la décohérence.

Il résulte de cette image nouvelle, quantique, de la matière, de la lumière, de leurs interactions et de celles qu'elles ont avec l'espace-temps du vide, de multiples changements radicaux dont nous allons citer quelques exemples.

Et d'abord, cette absence d'individualité, très difficile à imaginer quand on raisonne à notre échelle. Dans notre vie quotidienne, nous avons autour de nous des objets que nous pouvons identifier, suivre, observer en continu, sans interruption, apparemment sans discontinuité. Il n'y a pas de « trou » dans la perception que nous avons de ces objets. Ils n'apparaissent pas et ne disparaissent pas !!! Sinon, cela nous semblerait de la magie ou un gag comique !!! Nous n'avons même pas d'interruption dans l'information que nous avons de ces objets. Il n'y a rien qui nous semble éphémère dans ce que nous voyons, touchons ou percevons, mesurons, sur lequel nous pouvons raisonner à notre échelle. La lune est observable en continu, n'apparaît pas ni ne disparaît. Nous pouvons savoir à l'avance quelle sera pas position, comme nous pouvons suivre la trajectoire d'un boulet et elles est prédictible.

Rien de tout cela n'existe à l'échelle quantique, même si cela nous dérange énormément de le penser !

Un exemple : la notion d'individualité des objets. Même deux objets fabriqués le plus identiquement possible sont différents, ont des traces légères qui les distinguent, peuvent être suivis séparément dans leurs parcours. On peut dire : celui de droite a viré, est passé par ici, puis est venu par là pendant que l'autre qui lui ressemble énormément est passé plus à gauche puis s'est arrêté et est reparti plus à droite. A aucun moment deux objets macroscopiques sont devenus indistinguables, sauf à une grande distance.

Pire même, au niveau quantique, ce qui tiendrait lieu d'objet, les particules, les noyaux, les atomes, les molécules sont complètement impossibles à ditsinguer si elles ont quelques paramètres identiques, comme si deux êtres humains étaient indistinguables si seulement ils avaient le même poids et la même taille !!!

Si deux particules quantiques de même type s'approchent l'une de l'autre et interagissent, personne (aucune expérience) ne peut les distinguer, savoir laquelle était celle qui venait de la droite et laquelle celle qui venait de la gauche, pour parler en langage macroscopique.

On ne peut pas nommer une particule et la suivre au point d'être sûr que c'est elle qu'on va revoir un peu plus tard. Personne ne peut dire : « tiens, c'est la particule Arthur que j'avais déjà rencontré ».

Autre remarque tout aussi désarmante pour nous, objets macroscopique, les particules quantiques n'ont pas à proprement parler d'histoire, pas vraiment d'âge, pas d'usure, pas de traces. Rien ne permet de dire que l'on a affaire à un atome ancien ou jeune, à une particule toute récente ou très ancienne, car ce genre de notion ne décrit absolument rien à l'échelle quantique, alors que tous les objets à notre échelle, dite classique, ont une histoire, un âge, s'usent, se décomposent progressivement, etc.

La particule semble inusable, éternelle, sans histoire, sans aucun changement dans le temps. Il semble qu'il ne lui soit rien arrivé du tout, entre deux moments où on la mesure, où on mesure des interactions avec elle.

L'atome participe sans cesse à des interactions et on verra que la particule aussi et pourtant ils semblent rester inchangés, leurs paramètres étant identiques à eux-mêmes. Les étoiles vieillissent, les matériaux vieillissent, les êtres vivants vieillissent mais les particules ne vieillissent pas ! Le paramètre temps n'est pas le même au niveau microscopique qu'au niveau macroscopique et nous verrons qu'il est encore différent au niveau du vide quantique !

Un grand nombre de paramètres qui sont significatifs à l'échelle macroscopique ne le sont absolument pas au niveau quantique ou ont une autre signification. Par exemple, la notion de position et de vitesse qui perdent leur sens en tout point et leur précision absolue. Par exemple aussi, les paramètres dits corrélés dont la précision est interdépendante, ce qui n'existe absolument pas au niveau classique.

Même le nombre de particules n'est pas fixe. Des particules apparaissent et disparaissent. Voilà bien une propriété totalement inexistante apparemment au niveau macroscopique !!! Personne ne voit des objets apparaitre et disparaitre !!!

Il est remarquable qu'on puisse enlever un électron à l'atome ou à la molécule, puis le remplacer par un autre, sans que l'on puisse dire que cela ait changé quoique ce soit. Personne ne peut dire quel électron était là et quel électron l'a remplacé. Tous les électrons peuvent se remplacer mutuellement, comme tous les corpuscules de matière et de lumière. Ils ne possèdent pas d'individualité. On dit « un » électron comme on dit une chaise, mais la chaise, elle, est unique, pas l'électron qui n'est que le nom générique d'une famille d'éléments tous identiques !!! Voilà qui n'a absolument rien de classique : nous n'avons jamais une telle situation dans notre univers macroscopique !!! Quand les physiciens sont tombés sur ce fait, ils en ont été tourneboulés !!! Et ce n'est pas ce constat quantique qui est une illusion d'observation, c'est notre monde macroscopique qui produit l'illusion d'un monde fait de choses fixes, d'objets pleins, compacts, lisses, continus, figés, toujours identiques à eux-mêmes, qui ne disparaissent jamais. En fait, ils changent sans cesse de composants mais on ne s'en rend pas compte parce que ces composants sont tous identiques entre eux… Les seuls changements de la matière que nous percevons sont des changements d'un tellement grand nombre de quanta qu'ils ont un caractère beaucoup plus lisse, plus continu, plus compact, plus régulier, plus linéaire que n'est la réalité sous-jacente.

Mais la réalité est autre. Le photon lumineux (ou boson en général) et la particule de matière (ou fermion) ont en commun non seulement d'être à la fois ondulatoire et corpusculaire mais aussi de ne pas avoir d'individualité, pas d'histoire particulière du corpuscule ou de l'onde, pas de particularités propres, pas de possibilités de se distinguer d'autre individus ayant les mêmes caractéristiques et d'obéir seulement à des logiques probabilistes et ne répondant pas individuellement à des critères de causalité. Enfin, ils ont en commun de ne pas pouvoir être suivis en continus sur des trajectoires. Quelle en est la raison fondamentale ? Eh bien, ce ne sont pas des objets individuels mais des structurations du vide.

Quand un corpuscule disparaît à un niveau, c'est parce qu'il manque d'énergie et devient un élément de structure du niveau inférieur. Les corpuscules réels qui disparaissent deviennent virtuels (des structurations du vide). Les corpuscules virtuels sont le niveau supérieur du vide quantique et, en disparaissant, ils repassent au niveau dit « virtuel de virtuel ». Inversement, en recevant de l'énergie, en recevant par exemple un boson de Higgs, le corpuscule virtuel devient réel.

On remarquera que ce sont en fait les mêmes corpuscules qui sont réels, virtuels ou virtuels de virtuel. En effet, pour une particule réelle ayant une énergie suffisante, la particule qu'on croirait virtuelle apparaît réelle. Ce n'est donc pas une différence de nature entre corpuscules qui oppose les différents niveaux de la matière, de la lumière et du vide.

Ces sauts d'un niveau à l'autre des structures du vide sont la base de tous les phénomènes étonnants de la physique quantique : les apparitions et disparitions de corpuscules, la discontinuité fondamentale de la matière et de la lumière.

L'un des phénomènes les plus importants est le mécanisme de Higgs par lequel la propriété « particule réelle » saute d'une particule virtuelle à une autre.

Un autre point fondamental est la formation d'un nuage de corpuscules virtuels autour de la particule réelle. C'est la base du caractère à la fois ondulatoire et corpusculaire de la matière/lumière quantiques. Le nuage donne les effets « onde » et la particule l'effet « corpuscule ».

Le point fondamental, c'est que dans le vide quantique, contrairement à notre monde macroscopique, il y a autant de matière que d'antimatière, qu'elle est éphémère par rapport à la propriété « corpuscule réel », que la matière est toujours couplée à l'antimatière, les deux disparaissant en même temps pour donner de la lumière. Un autre point fondamental du vide quantique, c'est que le temps passe dans les deux sens et pas seulement dans le sens passé -> futur.

L'apparence, ce n'est pas ce qui se passe au niveau quantique, mais c'est ce qui se passe au niveau macroscopique et qui est une construction, appelé la décohérence. Ce phénomène se produit dès qu'il y a un très grand nombre de quanta en interaction. Le monde que nous connaissons est une apparence produite par les échanges entre quanta. Dès qu'il y a un petit nombre de quanta, la réalité (qui contient aussi bien les corpuscules réels que virtuels ou virtuels de virtuel) est quantique et non classique. Notre monde apparent n'est produit qu'à notre échelle. C'est le très grand nombre d'interactions qui produit l'illusion de fixité, de régularité, de continuité, de compacité de la matière, de la lumière.

Il nous est certes difficile d'admettre que nous vivions dans un monde de l'illusion mais il n'y a pas d'autre option possible. Les phénomènes quantiques n'existent pas seulement à petite échelle, ils sont perceptibles dans de nombreux cas à notre échelle. Ils sont le fondement de tout l'Univers, de la très grande échelle de l'astrophysique jusqu'à la plus petite échelle connue jusque là du virtuel de virtuel. La discontinuité a un caractère fondamental puisqu'elle détermine y compris l'apparence ondulatoire de certains phénomènes. Ce sont toujours des grains qui en sont le fondement.

C'est notre pensée humaine qui est la plus en retard sur les progrès de la science, puisque nous avons du mal, bien longtemps après cette découverte, à l'intégrer dans notre pensée sur le monde. Nous cherchons à tout prix à placer de la continuité là où il n'y en a manifestement pas !

Le fait même que l'Univers soit bâti sous la forme de multiples niveaux de structure, qui ne sont pas des copies de plus ou moins grande taille les uns des autres, devrait pourtant déterminer notre mode de pensée.

Si nous examinons l'univers à diverses échelles de l'espace et du temps, nous ne voyons absolument pas les mêmes objets, ni les mêmes lois, ni les mêmes mécanismes à l'œuvre, et pourtant toutes ces échelles sont interdépendantes, sans cesse interactives, interpénétrées à l'extrême, inséparables autant que contradictoires.

C'est ce qui explique que la prédictibilité absolue n'existe pas, que l'indétermination coexiste avec les lois, que les niveaux de structures soient émergents et non préexistants. Les lois ne permettent de prédire que les potentialités mais pas l'histoire qui va se réaliser effectivement, pas plus dans le domaine de la physique qu'au niveau de la vie des êtres vivants.

Tous les passages d'une échelle à une autre, qui déterminent les valeurs des « constantes » de la physique, sont dus à ces interactions non-linéaires, discontinues, non graduelles, émergentes, qui appartiennent au domaine dit du « chaos déterministe » qui mêle déterminisme et apparent désordre.

Au final, tout cela ne signifie pas que la matière et la lumière ne seraient que « virtuels » au sens où ils n'existeraient pas réellement. Pas du tout ! Virtuel ne signifie pas irréel mais signifie éphémère, ce qui est très différent. Le virtuel est également le premier niveau où la matière n'existe qu'en collectivité avec l'antimatière, en nombre égal et toujours en couple.

Les particules de matière et de lumière existent vraiment et ce sont les particules, dites « réelles » parce que leurs propriétés sont durables, qui n'existent pas vraiment car elles sont portées par des particules virtuelles qui changent sans cesse, à grande vitesse. Ce sont les propriétés et les caractéristiques qui se maintiennent mais pas l'identité de la particule qui les porte.

Et les propriétés des particules dites « réelles » (à l'apparence durable) ne seraient pas possibles sans les antiparticules virtuelles qui sont présentes elles aussi dans le nuage virtuel qui accompagne toutes ces particules réelles. Et parmi ces propriétés, il y a le fait que la matière ne s'écrase pas l'une sur l'autre, ne se tasse pas complètement. En effet, sans l'antimatière qui entoure une particule de matière, deux particules d'électricité opposées seraient irrémédiablement attirées au point de s'écraser l'une sur l'autre. Mais, bien entendu, à notre échelle nous n'avons aucune conscience de l'existence de ces particules d'antimatière car il n'existe pas dans notre monde d'antimatière durable comme il existe de la matière durable !!!

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