L’infiniment petit / Physique

Changeons de perspective. Passons de l’infiniment grand (macrocosme) à l’infiniment petit (microcosme) . Laissons les télescopes et regardons maintenant la matière au microscope. Autour du noyau de chaque atome, comme un petit soleil, gravitent aussi (à la vitesse de la lumière) de minuscules électrons. Ils arrivent à faire chaque seconde 500.000 millions de tours !

Tu sais sans doute déjà que les molécules sont composées d’atomes. Par exemple une molécule d’eau (H2 O) est composée de deux atomes d’hydrogène et d’un d’oxygène. Combien y a-t-il de molécules dans une petite goutte d’eau ? Environ 1.000 milliards de milliards ! On pourrait dire ainsi qu’il y a autant de molécules dans cette goutte… qu’il y a de gouttes d’eau dans la mer Méditerranée !

Ces nombres énormes sont difficiles à se représenter. Essaye simplement de remplir un petit dé à coudre avec un peu d’eau, et imagine que tu sois capable d’en retirer toutes les molécules d’H2 O à la vitesse d’un milliard par seconde. Tu devines où je veux en venir… quelques années ne suffiront pas à le vider en comptant à ce rythme. Les calculs montrent en effet qu’il faudrait 24.000 ans pour achever le compte !Pour prendre une autre comparaison selon la distance : les nombreuses molécules contenues dans 1 cm3 d’air et séparées seulement par un angström (c’est à dire 100 million ième de centimètre !) formeraient -si on pouvait les mettre bout à bout- une chaîne reliant la terre au soleil… Et tout cela dans un seul cm3 d’air !Et dans la matière d’un petit grain de sel, je ne pourrais même pas dénombrer le nombre d’atomes contenus. Même si j’étais capable d’en compter un milliard à la seconde, il me faudrait à ce rythme là plus de 50 siècles pour arriver au bout du compte…Et fait les atomes sont tellement petits que si on pouvait les agrandir à la grosseur d’une tête d’épingle, avec ceux qui forment un simple grain de sel, il y aurait de quoi couvrir, sur une épaisseur de 20 cm., la surface de l’Europe entière ! Et tout cela dans le moindre petit grain de sel…

Chaque atome est lui même composé d’un noyau entouré d’électrons. Si je te dis qu’un noyau atomique n’est pas plus gros que 10 –14 m., cela ne te dira pas grand chose. Car on a du mal à s’imaginer de telles échelles, comme les distances entre le noyau et les électrons tournant autour. Si on voulait apercevoir ce noyau à l’œil nu (à la taille d’un grain de poussière), il faudrait grossir l’atome au volume d’un ballon qui aurait 200 m. de haut. Par rapport à l’atome, le noyau tient moins de place qu’une petite hostie au milieu d’une cathédrale. Donc ne t’étonne pas si, dans les dessins de tes livres, on a été obligé de tricher beaucoup sur les proportions et les distances, pour les faire tenir sur une page. Pour prendre une autre comparaison, si on agrandissait le proton du noyau d’un atome d’oxygène à l’échelle d’une tête d’épingle à quelle distance tourneraient ses électrons autour ?

Et bien si cette tête d’épingle est placée là, sur cette table en France, les électrons tourneraient à cette échelle selon une circonférence passant par la Hollande, l’Allemagne, et l’Espagne !Ou bien encore, si on grossissait un atome d’hydrogène à l’échelle de la taille du globe terrestre, son noyau au centre n’aurait qu’un diamètre de 760 m., mais on trouverait son électron sur une orbite de 6.400 kilomètres de rayon. En fait tu vois que, comme pour les étoiles, il y a un vide immense entre ces particules élémentaires. Pour obtenir un seul millimètre de matière, il ne faut pas moins que 10 millions d’atomes côte à côte. Mais si tous les atomes qui forment mon corps (et je t’épargne leur nombre !) pouvaient se serrer jusqu’à se toucher, on ne me verrait même plus à l’œil nu, je serais gros comme une infime poussière d’à peine quelques millièmes de millimètre. Pourtant le noyau d’un atome pèse un poids énorme par rapport à sa taille minuscule. Si on arrivait à remplir une toute petite boite de 1 cm3 en n’y rangeant côte à côte que des noyaux d’atomes, sais tu combien pèserait cette boite pleine ? Une grue de chantier ne suffirait pas à lever ce petit cm3 : son poids serait de près de 100 millions de tonnes !Inversement les électrons sont extrêmement légers. Pour en obtenir 1 milligramme seulement, il faudrait rassembler plus d’1 million de milliards d’électrons…

Comment un hasard aveugle aurait il pu créer de telles merveilles ?Les électrons sont si petits qu’aucun microscope n’a jamais réussi à les photographier, ce ne sont que leurs « traces » qu’on repère. Et maintenant les scientifiques essayent d’arriver à soupeser la masse infinitésimale des neutrinos, plus petits encore. Mais cela, « c ‘est une autre histoire » …

© Riaumont.net, collège saint Jean Bosco ; utilisation de cet article paru en 2002 / 2003 dans « Citadelle de l’Espérance » est autorisée, sous réserve de mentionner clairement la source.

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