| LES QUATRE ELEMENTS
D'EMPEDOCLE D'AGRIGENTE
De sa belle ville sicilienne d'Agrigente, le Grec Empédocle (vers
492-432 av. J.-C.) divisa la matière en quatre éléments,
qu'il
appela aussi "racines": - L'eau
-La terre
-L'air
-Le feu
Ces éléments sont mus par les forces de l'amour et de
la haine.
Dans l'amour absolu, ils forment une unité homogène,
alors que la haine les sépare. Lorsque ces deux forces entrent en
conflit, le
mélange des éléments fait surgir les choses matérielles.
Cette vision de la matière préfigure déjà
un peu la nôtre par la notion d'éléments liés
par des forces attractives et répulsives.
LES GRECS
ATOMISTES
Le mot "atome" vient du grec "a-tomos" et signifie "insécable".
Cette notion fut inventé par
Leucippe de Milet en 420 avant J.C.
Son disciple, Démocrite d'Abdère (vers
460-370 av. J.-C.), expliquait que la matière était
constituée de corpuscules en perpétuel mouvement et dotés
de qualités idéales; Ces corpuscules
étaient:
- invisibles à cause de
leur extrême petitesse
- insécables ou indivisibles
comme leur nom l'indique
- pleins (pas de vide à
l'intérieur)
- éternels car parfaits
- entourés d'un espace
vide (pour expliquer le mouvement et les changements de densité)
- ayant une infinité de
formes (pour expliquer la diversité observée dans la nature)
L'atome
est-il d'origine grecque?
Il semble qu'à la même époque que celle de
Leucippe, il existait en Inde une philosophie (système Vaiseshika)
qui enseignait déjà que la matière était formée
d'atomes indestructibles: Leur assemblage en choses visibles est dégradable
et, au terme d'une période du monde, les liaisons atomiques se dissolvent,
puis après une phase de repos, se réunissent en un nouveau
monde...Donc pas de monopole atomiste grec...
La doctrine atomiste greque sombra dans l'oubli pendant de longs siècles
et laissa place au triomphe durable de la théorie des
quatre éléments d'Empédocle.
L'ALCHIMIE
DU MOYEN-AGE
Née au Moyen-Age, l'alchimie est née des progrès
de la métallurgie et de l'insuffisance de la théorie des
4 éléments à
représenter la diversité de la matière.
Le grand dessein de l'alchimie était d'obtenir la transmutation
des métaux "vils" (tels que le cuivre) en métaux "nobles"
tels que l'or. Sans doute parce que le succès du "Grand Oeuvre"
(la transmutation) ouvrait des perspectives de richesse et de pouvoir,
l'activité des alchimistes s'entourait de secret et s'inscrivait
dans une démarche très ancienne d'ésotérisme
et d'occultisme.
La démarche de l'alchimie (comme celle de l'astrologie
d'ailleurs) établissait des liens symboliques qui unissaient le
microcosme au macrocosme (monde des planètes). Par exemple, l'élément
Plomb était associé à la planète Saturne car
celle-ci nous apparaît d'une couleur jaune "plombée".
Malgré leur croyance ésotérique, les alchimistes
développèrent l'observation, l'expérimentation, la
mesure et la classification des
éléments: l'alchimie est donc un précurseur respectable
de la chimie. D'ailleurs n'oublions pas que Newton en fut adepte et que
la physique actuelle a réalisé le vieux rêve de la
transmutation en transformant certains atomes en d'autres.
LE TABLEAU DE
MENDELEIEV
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En 1869, le chimiste russe Dimitri Mendeleïev
construit un tableau qui classe tous
les éléments chimiques alors connus d'après leurs
propriétés chimiques. Ce tableau servira plus tard à
classer méthodiquement tous les atomes naturels et artificiels d'après
leur numéro atomique (c'est-à-dire le nombre de leurs protons). |
DECOUVERTE
DE L'ELECTRON
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Et 1897, Thompson découvre le premier composant de l'atome:
l'électron, particule de charge électrique négative.
En 1904, il propose un premier modèle d'atome, surnommé
depuis "le pudding de Thompson". Il imagine l'atome comme une sphère
remplie d'une sustance électriquement positive et fourrée
d'électrons négatifs "comme des raisins dans un cake". |
DECOUVERTE
DU NOYAU
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En 1912, Rutherford (physicien néo-zélandais) découvre
le noyau atomique.
Son nouveau modèle d'atome montre que sa charge électrique
positive et que l'essentiel de sa masse est concentré en un noyau
quasi-ponctuel.
Les électrons de l'atome se déplacent autour de ce noyau
tels des planètes autour du Soleil, et la force électrique
attractive (la charge - de l'électron attirant la charge + du noyau)
joue le rôle de la force de gravitation pour les planètes;
d'où le nom de modèle d'atome planétaire.
A noter que contrairement à l'atome des Grecs, celui de
Rutherford n'est ni indivisible (puisque composite), ni plein puisqu'il
contient essentiellement du vide: La distance noyau-électrons est
100.000 fois plus grande que le diamètre du noyau lui même
(diamètre du noyau = 10-15 mètre = 1 Fermi). |
DECOUVERTE
DES NUCLEONS
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Rutherford comprend que le noyau est lui-même composé
de nucléons. Ces nucléons sont de deux sortes:
de charge positive, c'est un proton.
de charge neutre, c'est un neutron
Le neutron sera effectivement découvert en 1932 par Chadwick. |
Le modèle planétaire de l'atome a un gros défaut.
Les électrons peuvent émettre de la lumière sous certaines
conditions (dans une ampoule électrique par exemple); ce faisant,
ils perdent de l'énergie et devraient donc se rapprocher dangereusement
du noyau jusqu'à s'y écraser!
Un tel atome ne serait donc pas stable.
L'ATOME
DE BOHR
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Afin de rendre compte de cette stabilité atomique, Niels Bohr
crée en 1913 un nouveau modèle d'atome:
Les orbites des électrons ne sont pas quelconques mais
"quantifiées"; seules certaines orbites particulières sont
permises pour l'électron. Ce n'est que lorsque celui-ci saute d'une
orbite à l'autre qu'il peut émettre (ou absorber) de la lumière. |
VERS LA
PHYSIQUE QUANTIQUE
Le modèle de Bohr est le dernier modèle obéissant
à la physique classique, c'est-à-dire la physique qui explique
les mouvements
et les phénomènes existant à notre échelle
humaine. Ces modèles d'atomes sont donc faciles à comprendre
et à se représenter.
Quel plaisir intellectuel (et quelle paresse!) que de se représenter
les atomes sous forme de petites boules tournant les unes autour des autres...
Ce modèle est d'ailleurs toujours celui que le grand public
affectionne!
Eh bien ce modèle est faux car à l'échelle atomique,
de nouvelles lois s'appliquent! Ces lois appartiennent à une étrange
physique très éloignée de nos concepts courant: la
physique quantique.
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