samedi 14 février 2015

A travers le plancher

Je m'étais promis de répondre à la question suivante, arrivée par internet, parce que je sais combien elle est importante : 

Dès lors que la matière c'est du vide à 99,99 % (?), comment se fait-il que les récipients et contenants de toute sorte ne laissent pas échapper leur contenu (heureusement) ?



Oui, la matière est pleine de vide : elle est faite d'atomes, qui sont principalement vide. Par exemple, pour l'atome d'hydrogène, il faut imaginer (en très petit) une orange sur la place de la Concorde (le noyau de l'atome d'hydrogène est composé d'un seul "proton"), à Paris, et un petit pois (l'électron, qui est en mouvement autour du proton) à Versailles (20 kilomètres de là). Les autres atomes de carbone, d'oxygène, d'azote, etc. sont du même type. Bref, la matière est essentiellement vide. 

Peut-on calculer de combien ? Pour 28 grammes de diazote (l'essentiel de notre atmosphère), à la pression ambiante et à la température de 20 degrés, non seulement les atomes sont vides... mais, de surcroît, il y a du vide entre les molécules de diazote (deux atomes d'azote liés). Peut-on estimer quelle proportion de l'espace est "matérielle" ? Le "rayon atomique" de l'azote est de 65 picomètres (millionième de millionième de mètre). Or 28 grammes de diazote occupent environ 22,4 litres d'atmosphère. Sachant que la taille des électrons est négligeables par rapport à celle des noyaux, on peut calculer que le volume occupé par la matière est de deux dix millième de litre environ. Soit un cent millième de litre pour un litre d'atmosphère ! 

On m'objectera que c'est là de la matière gazeuse, et non solide. Et pour de l'eau ? Cette fois, 18 grammes d'eau occupent un litre, seulement, soit environ 20 fois moins... mais ça reste de l'ordre du  dix millième. 

Dont acte, la  matière est essentiellement faite de vide. 



Pourquoi, alors, les récipients, faits de vide, ne laissent-ils pas passer les liquides, également vides en majorité ? La réponse est que la matière est moins importante parce qu'elle est que par son influence. Or les particules  subatomiques que  sont les protons ou les électrons sont électriquement chargées, et les forces électriques s'exercent à distance. Autrement dit, nous ferions mieux  de nous représenter la matière par sa sphère d'influence (ce n'est pas une sphère, disons son domaine d'influence). Et là, la matière occupe bien l'espace. Entre deux morceaux solides, supposons d'abord du vide. Si l'on approche les deux  morceaux, viendra un moment où les répulsions électriques seront considérables : ces forces, pour une charge ponctuelle tel qu'un électron, à l'"extérieur" d'un solide, varient comme l'inverse du carré de la distance. 

Cela signifie que, à longue distance, la force est comme la voix, qui s'atténue rapidement, raison pour laquelle on entend mal ce que dit quelqu'un dans un amphithéâtre, quand il est devant nous et qu'il parle au conférencier   : sa voix doit faire l'aller jusqu'au  mur, puis revenir, s'atténuant largement. 

En revanche, quand les solides sont rapprochés, alors les forces deviennent considérables, infinies, et l'impossibilité de rapprocher les deux solides s'apparente à celle qui consiste à approcher deux pôles analogues d'aimants... mais en infiniment plus fort. 

Bref, les solides ou les liquides ne s’interpénètrent pas : les liquides ne traversent pas les carafes, et nous ne passons pas au travers du plancher !