L’information inutile du vendredi: tout est presque vide!

Il y a plus de cent ans, une découverte étonnante a été faite par Ernest Rutherford.

C’était plus précisément l’année 1909 à l’université de Manchester que cet infatigable et brillant scientifique a découvert que l’atome (le plus petit composant de la matière connu à l’époque) était 99.9% vide!. Pour nous donner une idée, les scientifiques nous l’expliquent avec cette analogie: si nous pouvions agrandir un atome d’hydrogène (le plus simple des atomes avec un seul proton dans son centre et un seul électron autour) et le faire de la taille de la terre, son proton serait de la taille d’un ballon de basket-ball et son électron serait quelque part dans l’atmosphère terrestre (entre le proton et l’électron il y a tout simplement du vide). Si on pouvait compresser les atomes et utiliser cet espace vide, on pourrait mettre toute la masse d’un être humain dans un minuscule grain de sable!, difficile à croire mais c’est vrai…

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seru

11 commentaires

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  • Tiens, un nouveau contributeur ! Bienvenu seru.
    Bon article !
    Par contre, une coquille: « si nous pourrions » => « si nous pouVions ».

  • Pour cette raison qu’il est difficile de comprendre pourquoi et comment les objets peuvent être palpables.
    Pourquoi notre main ne passe-t-il pas au travers du crayon quand nous voulons nous en saisir ? Pourquoi arrivons-nous à l’attraper ?

  • Notons que 6*10^23 atomes d’hydrogène (fait principalement de vide donc) pèsent 1 gramme.

    Si nous pouvions remplir tout ce vide par des protons ou des neutrons, nous obtiendrions une matière sacrément plus dense.

    C’est ce qui se passe dans les étoiles à neutrons (résidus hyper-denses des supernovas) : il n’y a que des neutrons, donc c’est comme si notre atome était non pas vide, mais plein.

    La densité d’une étoile à neutron est de : 10^15 gramme (soit 1 milliard de tonnes) par centimètre cube (le même volume d’eau pèse 1 gramme).

  • @sapher : à confirmer, mais j’ai lu que c’était du au principe d’exclusion de Pauli.

    Ce que tu te demandes, c’est pourquoi cet ensemble lacunaire qu’est ta main ne passe pas au travers de cet ensemble lacunaire qu’est la table (comme deux nuages peuvent s’auto-traverser).

    Le principe de Pauli (en physique quantique) dit que deux électrons (ou autre particule) ne peuvent pas se trouver dans le même état énergétique en même temps.

    Pour simplifier, nous dirons que l’état énergétique d’une particule dépend de sa position vis à vis des autres particules qui l’entourent.

    Un niveau d’énergie est comparable à une position autour du noyau, sur une orbite.

    Lorsque maintenant tu approches ta main de la table, les orbites des électrons en périphérie de ta main vont fatalement « croiser » les orbites des électrons périphériques de la table.
    Lorsque les orbites entrent en contact, ils ne peuvent pas se croiser (car les positions sur des orbites ne peuvent êtres les mêmes pour deux électrons en même temps = principe de Pauli).

    En gros : deux systèmes de particules ne peuvent se croiser, même s’il y’a du vide entre chaque particule de chacun des systèmes.

    (j’espère que tu arrives à comprendre, c’est hyper-vulgarisé, mais j’éssaie de ne pas trop dire de conneries en même temps.)

  • Ce n’est pas le principe de pauli qui est responsable, c’est le fait que ta main et le crayon sont dans l’état solide de la matière.
    Cela se caractérise par l’absence de liberté entre les atomes/molécules/ions. Cette solidité est maintenu par des liaisons qui peuvent être de différents types (covalentes, ioniques, métalliques, hydrogène). Les forces qui empêchent les réseaux d’atomes des deux objets de s’interpénétrer sont les mêmes que celle qui maintiennent la solidité des liaisons.
    La mécanique est différente selon les type de liaison mais la stabilité est toujours due à un équilibre électrostatique (attraction +/- entre les atomes et électrons). D’ailleurs la matière perds son état solide quand la chaleur augmente l’excitation des électrons au point de rompre l’équilibre électrostatique.
    Bref, la main ne traverse pas le crayon car les réseaux électrostatique sont plus ou moins rigide. Avec un liquide ou un gaz l’effet ne serait pas le même.

  • Bon, alphee a été plus rapide qu moi. Excellente réponse !
    Très bonne idée de donner une analogie pour se faire une intuition de la chose. L’un des premiers à s’être escrimé à ce sport concernant l’atome est Feynman, expliquant à ses étudiants que le rapport entre la taille d’un l’atome et d’un de ses électrons est sensiblement le même que celui de la Terre comparée à une pomme.

  • D’ailleurs autocorrection : je me suis planté dans l’analogie. C’est plutôt la comparaison de la taille d’un atome entier (noyau + électrons) dans un quelconque objet, et par le rapport noyau / électron.

    L’analogie de Feynman est donc la suivante : le rapport de la taille de la Terre par rapport à celle d’une pomme est sensiblement le même que celle de la pomme par rapport à un atome qui la compose.

    Voilà, là c’est mieux. ^^

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