Les forces qui animent la matière

Ce qui constitue la matière, c’est le mouvement - La mécanique quantique qui se propose de décrire les mouvements des particules.

La force qui contrôle le système n’est pas la force de gravitation comme dans le cas du système solaire, mais la force électromagnétique découverte par Maxwell.

À l’aide de ce modèle, Bohr explique quantitativement de nombreux phénomènes, aussi bien physiques que chimiques, les rayons X, l’émission de lumière, la liaison chimique, les cristaux, etc.
Mieux, il permet de prévoir certains comportements. C’est donc un immense succès : les physiciens pensent même qu’ils ont découvert le secret de l’harmonie du monde, puisque le même type d’organisation semble gérer les galaxies, les systèmes planétaires, l’atome…

Pourtant, en quelques années, ce modèle va être transformé et dépassé, non pas dans sa structure de base, son essence, mais dans la nature des forces qui l’animent. On découvre que les électrons tournant autour de l’atome ne sont pas soumis aux règles simples de la mécanique électromagnétique mais aux lois totalement nouvelles de la mécanique quantique.

Les lois totalement nouvelles
de la mécanique quantique.

Selon la conception moderne de l’atome, l’énorme volume dans lequel évoluent les électrons est occupé par leurs déplacements. Et ce qui constitue la matière, c’est le mouvement.
La mécanique quantique qui se propose de décrire ces mouvements est une théorie mathématique très abstraite dont la réalité n’est soutenue que par ses résultats, c’est-à-dire ses succès à expliquer les faits expérimentaux.

Dans cette mécanique, les particules, que ce soient les électrons ou les grains de lumière qu’on appelle photons, ont un double visage : ce sont tantôt de minuscules grains de matière, tantôt des ondes. Cette « onde-particule », qui explique le comportement des électrons autour du noyau atomique, a des propriétés totalement nouvelles et très singulières. On ne peut savoir exactement où elle est, on ne peut établir qu’une probabilité de présence, ici ou là. Ce que la théorie calcule, c’est une « densité de probabilité de présence », terme complexe qui, sous son aspect savant, masque un flou conceptuel.

Le fameux principe d’incertitude de Heisenberg

Plus décourageant encore pour le sens commun, la mécanique quantique nous dit que, même avec des moyens d’observation précis et rapides, on ne pourra jamais connaître à la fois la position et la vitesse d’une particule, d’un électron. d’un photon. C’est le fameux principe d’incertitude de Heisenberg. L’incertitude est au cœur de la matière. Mieux, toute observation de la matière perturbe cette dernière. Certains vont même jusqu’à dire que notre perception de la matière ne se conçoit que perturbée. Le hasard règle le comportement de ces étranges ondes-particules, mais c’est un hasard ingénieux, structuré donc plus « étrange » que le « hasard ordinaire ».

Grâce à ce modèle, on a expliqué la structure intime" de la matière, la structure des atomes, la manière dont ils se lient pour donner des molécules ou des cristaux, les propriétés physiques des solides, c’est-à-dire la façon dont ils transmettent ou non l’électricité et la chaleur, les relations entre lumière et matière, comme la couleur, et beaucoup d’autres choses encore.

(Claude Allègre, Dieu face à la Science, p 103)