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Accueil du site > 02 - Livre Deux : SCIENCES > Atome : lois de la Physique ou rétroaction de la matière/lumière et du vide (...) > 18- Qu’est-ce que l’atome ? Qu’est-ce que la particule ? Qu’est-ce que (...)

18- Qu’est-ce que l’atome ? Qu’est-ce que la particule ? Qu’est-ce que l’électron ?

mercredi 4 février 2009, par Robert Paris

L’image de l’atome

"L’électron n’est pas pensable sans son cortège de photons potentiels."

Gilles Cohen-Tannoudji dans "La Matière-espace-temps"

On a longtemps cherché l’"atome" c’est-à-dire l’objet insécable, fondamental, brique élémentaire de tout un édifice de construction de l’univers. La physique quantique a montré qu’il n’y a pas d’objet élémentaire dans l’absolu et même pas du tout d’objets fixes, parce que l’atome (ou la particule comme l’électron ou le proton) n’est pas pensable sans les échanges de photons qui permettent aux électrons de changer de couche atomique par exemple. Ou encore qui permettent aux diverses particules d’interagir. La matière n’a pas de relation directe avec la matière sans passer par des particules dites d’interactions. Elle les absorbe et les émet. Et elle le fait parce, potentiellement, elles font partie de son environnement appelé nuage. Le proton, le neutron ou les quarks ne sont pas plus des particules individuelles qui existent sans un nuage qui est un cortège de gluons par exemple. Cette propriété est fondamentale dans l’interprétation quantique de l’atome et de ses sauts d’un état à un autre. C’est le fondement de l’étude de l’atome par celle des émissions lumineuses, ou spectre d’émission. C’est également le fondement d’une nouvelle compréhension de la stabilité de la matière qui n’est pas fondée sur la fixité en tant qu’objets individuels mais sur des phénomènes dynamiques qui permettent la conservation de certaines propriétés grâce à des changements à grande vitesse appelés virtuels du fait que le monde à notre échelle ne les voit pas directement. Ils apparaissent et disparaissent dans un temps plus court que les temps caractéristiques des interactions de la matière et de la lumière.

Même si le virtuel n’est directement "visible" ou "sensible" pour nous et nos appareils d’observation, les expériences de toutes sortes sur les particules imposent son existence qui seule peut permettre de les expliquer.

La particule est "habillée" par son nuage virtuel constitué par la transformation à proximité de la particule du vide quantique qui l’entoure. Cela signifie que toutes les caractéristiques de la particule, comme la masse ou la charge, et toutes les expériences d’interaction de la particule ne peuvent s’interpréter si on considère le corpsucule "nu" sans nuage virtuel autour.

Virtuel signifie fugitif mais signifie aussi potentiel parce que la particule peut sauter d’un point de son nuage à un autre.

Quand la particule interfère avec elle-même comme dans l’expérience des fentes de Young, la seule interprétation possible est qu’elle a à la fois traversé les deux fentes. ce n’est pas le corpuscule mais le nuage qui traverse les deux et qui interfère avec lui-même en modifiant ainsi les probabilités de présence.

Quand la particule est à la fois onde et corpuscule, c’est-à-dire avant mesure ou observation, c’est parce qu’elle est un corpuscule habillé.

Quand il y a "réduction du paquet d’ondes", cela signifie que la disparition du corpuscule entraîne instantanément celle du nuage.

Quand une charge "sent" la charge e de l’électron, c’est le produit de l’action de l’ensemble des charges virtuelles du nuage car il y a dans le nuage des particules et des antiparticules virtuelles chargées électriquement qui se positionnent en couches autour de la particule et "écrantent" celle-ci.

Quand deux particules de charges opposées ne tombent pas l’une sur l’autre, cela provient encore une fois de la dynamique que représente le corpuscule et son nuage.

Quand une particule passe dans un trou suffisamment petit, elle perd momentanément son nuage et du coup son orientation. C’est la diffraction.

Quand la particule passe dans un "tunnel", elle se déplace quasi instantanément car elle perd momentanément son nuage.

C’est son nuage qui freine la particule, définissant ainsi sa masse et sa vitesse.

et, etc....

Ce que sont pour nous aujourd’hui la matière et la lumière :

La matière et la lumière sont deux phénomènes dialectiquement opposés, c’est-à-dire des inverses inséparables. Pas de communication entre matières sans échange de lumière (les physiciens disent des photons ou des bosons pour "lumière" ou encore des particules d’interaction). Pas de matière sans entourage de photons dits virtuels. Pas de perception de ces photons sans matière. Matière et lumière manifestent d’autre part une unité impressionnante. Ils sont tous deux faits de quanta d’action. La matière émet et absorbe de la lumière. Ils obéissent identiquement aux lois quantiques avec notamment cette étonnante propriété de dualité onde/corpuscule, cette non moins étonnante propriété de pluralité des états et enfin celle des sauts quantiques. Cependant, matière et lumière s’opposent. les uns obéissent à une logique attractive (les bosons) et les autres à une logique répulsive dite principe de Pauli (les particules matérielles). Cela signifie que les particules de lumière ont tendance à se grouper entre photons qui sont en phase et les particules ne peuvent exister dans un même état.

Tous deux sont des structures et des rythmes issus des interactions en tous sens et en permanence d’un grand nombre d’oscillateurs dipolaires couplés que sont les couples de particules et de leurs antiparticules virtuelles du vide quantique.

Ni la lumière ni la matière, même dans leurs manifestations dites élémentaires (un seul corpuscule) ne sont des objets. Ce sont des phénomènes d’émergence de structure et de rythme. Ils sont fondés sur un grand nombre de particules virtuelles et de photons virtuels.

On a longtemps cru que la réalité était décrite par des objets, les atomes ou les particules. Il s’agissait de « choses », c’est-à-dire d’éléments fixes qui étaient caractérisés par des paramètres constants. On parlait de charge de l’électron, de masse de l’atome ou de trajectoire (vitesse et position) d’une particule. Tout cela a dû être abandonné devant les découvertes de la physique quantique. Quelle image ressort finalement de ce grand chambardement ? Aucune, diront certains. Pour le site « Matière et révolution », ce n’est pas le cas.

Il s’avère que les paramètres et les structures qui apparaissent doivent leur durabilité à une dynamique extraordinairement animée et fondée sur des chocs. Les attributs qui semblaient attachés à chaque corpuscule ne sont pas des propriétés appartenant en fixe à celui-ci. Tout corpuscule peut changer brutalement de nature et le fait sans cesse. Si on conserve un certain type de corpuscule dans une zone donnée, ce n’est pas dû à une conservation individuelle de chaque corpuscule. Le nombre d’un certain type de corpuscules peut même changer.

La propriété de masse, loin d’être attachée à une particule, saute sans cesse d’une particule à une autre, d’un électron matériel à un électron virtuel qui sera ainsi matérialisé. La propriété « matière » saute donc d’une particule virtuelle du vide à une autre. Tout électron virtuel est destiné à devenir éventuellement réel et inversement. La réalité en question est seulement une existence à un certain niveau, le virtuel une existence non moins véritable mais à une échelle beaucoup plus courte. Tout proton virtuel peut également devenir réel et inversement. D’autre part, un proton peut se changer en neutron au sein du noyau de l’atome, et inversement. Là encore, les oppositions peuvent se changer en leur contraire. Proton en neutron comme précédemment matière en vide et vide en matière. De même le quanta d’interaction n’est pas fixe. Tout photon peut également se changer en couple matière et antimatière, par exemple électrons et positrons virtuels. Du coup, le photon peut se « mélanger » avec la matière pour produire une nouvelle matière et de nouveaux photons en échangeant des particules virtuels. Les particules peuvent aussi échanger des photons. Toutes ces interactions changent la matière et la lumière et se font par des chocs, interactions à une échelle beaucoup plus rapides que les temps caractéristiques des phénomènes sur lesquels ils agissent. De même, un quark peut se changer en un autre. La couleur n’est pas un paramètre attaché au quark mais une propriété pouvant sauter d’un quark à un autre. Un neutrino peut également se changer spontanément en un autre. Un noyau d’atome peut se changer dans un ou plusieurs autres, tout aussi spontanément.

Donc toutes les caractéristiques qui étaient attribuées autrefois à l’objet sautent et toute la dynamique est le produit de ces sauts.

L’apparition de structures et de « constantes » n’est que le produit de ces échanges de propriétés ou de moyennes sur un grand nombre de particules.

La propriété électron peut se maintenir mais seulement en sautant d’un corpuscule à un autre. Si on cherche à suivre individuellement un électron, on s’aperçoit qu’il disparaît et réapparaît plus loin. Et, plus étonnant, un corpuscule peut réapparaître avant de disparaître. Il y a eu distorsion du temps. Dans ces sauts, le temps ne ressemble plus du tout à son ancienne image bien tranquille se déplaçant comme sur une ligne continue parcourue régulièrement. Dans la dynamique, le temps ne parcourt pas une succession linéaire d’instants successifs ressemblant à des points alignés comme des instants.

Là encore, le temps, mais aussi l’espace, ne ressemblent pas au monde dans lequel nous croyons vivre à notre échelle : celui des objets macroscopiques qui ne semblent pas subir des apparitions et des disparitions brutales.

Maurice Jacob dans "Au coeur de la matière" :

"Au coeur de la matière et à l’échelle du cosmos

La nature est plus riche que notre imagination. On peut démonter les molécules en atomes. On peut arracher les électrons d’un atome et séparer les protons et les neutrons qui constituent son noyau. On découvre les différents niveaux de la matière qui mettent en jeu des constituants de plus en plus élémentaires. (...) La masse, cette propriété que l’on pensait intrinsèquement associée à un objet et qui résultait de l’addition des masses de ses constituants, une masse que l’on associait à chaque particule avant de considérer les forces auxquelles elles pouvaient être soumises, cette masse devient un effet dynamique des actions auxquelles les constituants fondamentaux sont soumis. (...) Les particules élémentaires sont les quarks (qui forment notamment les protons et les neutrons) et les leptons (comme l’électron). (...) Les forces qui leur permettent d’interagir entre eux sont toutes du même type : elles prennent la forme particulière d’un échange de bosons. (...) L’un de ces bosons est le "grain de lumière", le photon. (...) Deux particules chargées s’attirent ou se repoussent en échangeant des photons. Au cours d’un choc, ou simplement accélérée, une particule chargée peut émettre un photon (...) dont la fréquence est proportionnelle à son énergie. (...) L’atome est formé d’un tout petit noyau entouré d’un "nuage" d’électrons. Le rayon du noyau est cent mille fois plus petit que celui de l’atome, mais il contient pratiquement toute la masse. l’atome est donc pratiquement vide mais son volume, extrêmement vaste par rapport à celui du noyau, est rempli par le mouvement incessant des électrons qui se concentrent sur des couches successives. Le noyau a une charge positive et les électrons ont une charge négative. Ils sont tous attirés par le noyau mais tournoient à une distance respectable. L’atome est globalement neutre, la charge totale des électrons étant compensée par celle des protons qui se trouvent dans son noyau. (....) En physique quantique, il faut renoncer à considérer une particule comme parfaitement localisable. (...) Ce flou quantique peut heurter l’intuition naturelle (...) ne peut-on envisager l’observation d’un électron pendant un temps très court durant lequel il ne pourrait parcourir qu’une petite partie de la distance associée à ce flou quantique ? C’est possible mais on ne peut plus distinguer dans ce cas l’électron des multiples autres particules (paires d’électrons et de positrons fugitifs du vide) qui peuvent être librement émises et réabsorbées durant ce temps très court. (...) Le vide est animé par la création continuelle et la disparition rapide de paires électron-positron (le positron est l’antiparticule de l’électron). Ce sont des paires virtuelles (...) L’électron de charge négative va attirer les positrons de ces paires virtuelles en repoussant leurs électrons. En approchant de l’électron, le photon va se voir entouré d’un "nuage" de charge positive dû aux positrons virtuels attirés. Il aura l’impression que la charge de l’électron est plus faible que celle annoncée. (...) la masse des particules vient de la structure du vide qui s’est figé au début de l’évolution de l’Univers (...) La diversité de la matière sort de la structure du vide. (...) le vide bouillonne d’activité, il peut même exister sous plusieurs formes et manifester une structure. (...) Ce bouillonnement d’activité est de nature quantique."

Les états et de l’atome et de ses couches électroniques

L’atome n’est pas un objet que l’on puisse appréhender comme une bille ou une autre "chose" c’est-à-dire une matière attraper ou suivre dans un mouvement régulier dans l’espace. Cela a été une déception pour bien des physiciens mais il faut bien admettre que la nature ne se ramène pas à ce type de notion comme celle que l’on appelait "la particule élémentaire". Ce réductionnisme n’a plus cours en physique. Nous allons tenter de montrer que s’y est substituée une notion beaucoup plus fascinante et dynamique qui allie l’existence de la matière mais comme émergence de structure durable, d’un ordre, au sein d’un univers extraordinairement agité. Et c’est ordre est fractal, coexiste à plusieurs niveaux hiérarchiques ayant entre eux des rétroactions étonnantes.

L’électron, le film

Qu’est-ce qu’une particule, le film

Qu’est-ce que la matière ?

Qu’est-ce que l’atome, le film

On a ici la dernière "image classique" du monde quantique de l’atome : un noyau autour duquel tourneraient des électrons. Mais cette image a depuis longtemps montré ses limites. Et d’abord, si un tel ensemble existait il ne durerait pas le temps pour le dire ! Il n’aurait aucune stabilité. Comment remplacer cette image ? Cela nécessite plusieurs révolutions conceptuelles. Les problèmes proviennent d’une vision macroscopique du monde mais ce n’est pas le seul problème. Il y a aussi des images fausses de la stabilté, de l’espace-temps, des images réductionnistes, continuistes, linéaires du monde. Car la conception du monde n’a pas avancé aussi vite que nos connaissances et nos techniques.

Louis de Broglie écrit dans "La physique nouvelle et les quanta" : "Si la théorie électromagnétique sous la forme de Lorentz était réellement applicable aux particules élémentaires d’électricité, elle permettrait de calculer sans aucune ambiguïté les rayonnements émis par un atome du modèle planétaire de Rutherford-Bohr. (...) l’atome perdant constamment de l’énergie sous forme de radiation, ses électrons viendraient tous très rapidement tomber sur le noyau et la fréquence des rayonnements émis varierait constamment d’une façon continue. l’atome serait instable et il ne pourrait exister des raies spectrales à fréquences bien définies, conclusions absurdes. Pour éviter cette difficulté essentielle, M. Bohr a admis que l’atome dans ses états stationnaires ne rayonne pas, ce qui revient à nier la possibilité d’appliquer la théorie électromagnétique du rayonnement au mouvement orbital des électrons sur leurs trajectoires stables. (..) Bohr a résolu la question des fréquences des raies spectrales grâce à l’hypothèse que chaque transition entre états quantifiés s’accompagne de l’émission d’un quantum d’énergie radiante. (...) En d’autres termes, d’après la théorie quantique, l’émission des raies spectrales d’un corps simple est discontinue et procède par actes individuels isolés."

L’élémentarité est une notion qui doit être bouleversée. La "chosification" du monde doit aussi être remise en question. Il n’y a plus d’objets fixes en physique microscopique. Enfin, la place du vide doit être revue.

Les trajectoires continues de l’électron autour du noyau n’existent pas.

Le "objets" électron, neutron ou proton n’existent pas en tant que choses indépendantes de l’espace où ils se meuvent.

Shakespeare dans "Hamlet" Acte I :

"Il suffit d’un atome pour troubler l’oeil de l’esprit."

Le physicien Erwin Schrödinger :

« Les particules ne sont pas des objets identifiables. (..) elles pourraient être considérées comme des événements de nature explosive (..) On ne peut pas arriver – ni dans le cas de la lumière ni dans celui des rayons cathodiques - à comprendre ces phénomènes au moyen du concept de corpuscule isolé, individuel doué d’une existence permanente. »

Le physicien Léon Léderman :

« Si l’électron est un point, où se trouve la masse, où se trouve la charge ? Comment savons-nous que l’électron est un point ? Peut-on me rembourser ? »

Le physicien Manfred Mac Gregor dans « L’électron énigmatique » :

« Il y a un monde dans l’électron »

Michel Paty dans « Nouveaux voyages au pays des quanta » :

« L’électron interagit avec les « paires virtuelles » de son propre champ électromagnétique. (…) Le vide quantique contient de telles paires virtuelles et cet effet a été observé sous le nom de « polarisation du vide ». L’électron se trouve interagir avec la charge d’un des éléments de la paire virtuelle, en sorte qu’un électron quantique n’est jamais « nu » mais « habillé » d’un essaim ou nuage de paires virtuelles qui polarisent son environnement immédiat et modifient, par voie de conséquence, ses niveaux d’énergie. (…) La procédure dite de renormalisation considère que la masse et la charge physique de l’électron sont celles de l’électron « habillé » et non celles de l’électron « nu ». ce dernier n’existe pas réellement, puisqu’il est toujours impensable sans son champ. »

L’électron n’a pas une position fixe : sa charge tremble, sa masse saute d’un point à un autre, son nuage de polarisation interagit avec le voisinage.... Cela définit diverses "dimensions" de l’électron. S’il est capté, il est ponctuel. Sa masse est ponctuelle. Sa charge est ponctuelle. S’il interagit, il est considéré par l’autre objet comme une zone de dimension non nulle. les diverses dimensions ont entre elles un rapport égal à la constante de structure fine alpha. Voilà les résultats de la physique quantique sur la "particule élémentaire".

Qu’est-ce que l’atome, l’élémentaire, l’ « insécable » ? Un nuage de points à de nombreuses échelles ! Ces points sont les particules électrisées, dites virtuelles, qui composent le vide. La propriété de masse de l’électron saute d’une particule virtuelle du nuage à une autre.

La lumière est constituée par deux (ou un nombre pair) particules virtuelles d’électricité opposées.

Le vide, avec ses divers niveaux hiérarchiques, est donc le constituant de base de l’univers matière/lumière.

Le caractère probabiliste de l’électron provient du fait qu’il n’est pas un seul objet mais un ensemble de niveaux emboîtés fondés sur l’agitation du vide.

La propriété de dualité de la particule élémentaire (se comportant à la fois comme un corpuscule et comme une onde) a été l’une des interrogations les plus difficiles de la physique quantique. L’onde et le corpuscule sont deux descriptions très opposées de la réalité et pourtant la matière comme la lumière se sont révélés être à la fois corpusculaires et ondulatoires. A la fois ne signifie pas que l’on peut effectuer en même temps une expérience qui donne les deux résultats. Par contre, dès que l’on effectue une expérience donnant un résultat du type onde, on obtient une onde. Et, à chaque fois que l’on effectue une expérience du type corpuscule, on obtient un corpuscule. De là a découlé une interprétation selon laquelle c’était l’observation par l’homme qui décidait de la nature du réel…

En fait, la dualité provient du caractère fractal de la particule. Celle-ci existe à plusieurs échelles. Si l’on mesure à une échelle, on obtient un résultat à cette échelle. On perd, du coup, le résultat trouvé à une autre échelle.

Si l’expérience effectue une mesure sur le nuage de polarisation, on obtient un résultat ondulatoire. Si on interagit avec le point matériel, on obtient un résultat corpusculaire qui prouve que l’électron est bien ponctuel et est bien un seul être. Mais cet être existe simultanément aux différents niveaux. Par contre, dès que le corpuscule est capté, dans un temps extrêmement court, le nuage disparaît. En effet, au niveau où se situent les particules virtuelles, la limite de vitesse de la lumière n’a plus cours. C’est la « réduction du paquet d’ondes » qui a tellement compliqué la vie des physiciens quantiques.

On peut interpréter ainsi l’ensemble des propriétés, souvent apparemment étranges, de la particule dite élémentaire, l’électron. Les physiciens avaient, depuis longtemps, remarqué qu’il y avait un problème pour en comprendre la nature. Comme le relève Abraham Pais dans « Subtle is the lord », probablement la meilleure biographie d’Einstein, « Tout ce qui reste de ceci (des travaux de Abraham, Lorentz, Poincaré, Einstein,… sur l’auto-énergie de électron), c’est que nous ne comprenons toujours pas ce problème. » Certains physiciens théorisent même l’impossibilité de se le représenter Margenau (1961) : « Les électrons ne sont ni des particules, ni des ondes (…) Un électron est une abstraction, qui ne peut plus être décrite par une image intuitive correspondant à notre espérance de tous les jours mais déterminé au travers de formules mathématiques. » Mais, comme Einstein le disait à Wheeler : « Si je ne peux pas l’imaginer, je ne peux pas le comprendre. » Et Einstein affirmait : « Vous savez, il serait suffisant de réellement comprendre l’électron. » En 1991, la conférence internationale sur l’électron de Antigonish écrivait encore : « Nous sommes réunis ici pour discuter de nos connaissances actuelles sur l’électron. (…) Il est étrange de constater quelle masse énorme de technologie est fondée sur l’électron sans que nous soyons capable de comprendre cette particule. » Ce pessimisme des physiciens devant les contradictions de l’électron a un fondement réel : il est impossible de donner une seule image cohérente de son fonctionnement si on considère que l’électron est un seul objet à une seule échelle.

Ces remarques provenaient en effet de nombreuses difficultés théoriques pour interpréter les phénomènes observés. L’interprétation qui en est donnée ici est celle du caractère fractal de l’électron. Elle explique notamment les sauts quantiques de la particule et de l’atome. Il y a un saut à chaque interaction entre niveaux de réalité de la particule. Le saut d’échelle explique le saut du phénomène. Par exemple, l’électron ne suit pas une trajectoire, mais saute d’une position à une autre. Cette discontinuité provient du fait que l’électron ne se déplace pas dans un espace continu, mais interagit avec les particules virtuelles du vide. Le « simple » déplacement est déjà le produit de ce caractère fractal. Il en va de même sur les interaction entre particules de matière, entre matière et lumière, et, plus généralement, entre matière et vide. Quant au caractère probabiliste de la particule, si étrange que son découvreur Einstein n’arrivait à l’accepter, il n’existerait pas si on était capable d’étudier simultanément la réalité à toutes les échelles. On a beaucoup disserté sur l’ « incertitude » inhérente à la physique quantique, limite prétendue des capacités de l’homme de connaître le monde ou même, disent certains, preuve que le réalisme matérialiste devrait être abandonné. En fait, c’est bien le caractère fractal du réel qui cause cette indétermination quand on mesure à une échelle. Ce que les physiciens ont remarqué, c’est qu’en mesurant ou raisonnant à une échelle, on ne doit pas chercher à dépasser une certaine précision. Sinon on n’améliore pas notre image, on la détériore mais ils se demandaient pourquoi. On a dit bien souvent que c’était contraire à notre expérience quotidienne et au bon sens. Je ne le crois pas. Quand on lit un texte, on se rapproche un peu pour lire correctement, mais si on se rapproche trop, on voit moins bien. Il y a une échelle favorable pour lire et on ne peut pas lire à la fois à toutes les échelles. De même, on ne peut pas avoir une carte à l’échelle qui permette à la fois d’indiquer plusieurs villes éloignées et les rues de ces villes. Il faut choisir. Est-ce que cela signifie que la carte choisit ce que sera la réalité ? Non, cela signifie seulement que la réalité existe à plusieurs échelles suffisamment différentes pour ne pas pouvoir être examinées simultanément. Le nuage de polarisation qui entoure l’électron est constitué d’éléments d’un monde inférieur qui est le monde des particules virtuelles caractérisées par deux propriétés liées entre elles : pas de masse et pas d’espace-temps tel que nous le connaissons à notre échelle macroscopique ni tel qu’il existe (localement) dans l’environnement d’une masse. Ces particules sont électrisées positivement ou négativement et s’ordonnent dynamiquement autour de l’électron par couches positives et négatives alternativement, écrantant ainsi le champ de la charge électrique à proximité de l’électron. Cela explique qu’aucune charge électrique ne peut s’approcher au point de toucher l’électron. Il y a toujours des couches de particules virtuelles entre deux particules « réelles ». Rappelons une fois de plus que les particules dites virtuelles sont tout aussi réelles que celles dites réelles mais sont situées à un autre niveau de réalité. Elles ne sont pas les seules puisqu’existent à un niveau encore inférieur le « virtuel de virtuel ». Ainsi deux particules virtuelles sont elles-mêmes entourées, à un niveau hiérarchique inférieur, de particules électrisées. Ces mondes ne sont pas seulement emboités. Les niveaux sont interactifs. Et même plus puisque chaque niveau émerge du niveau inférieur. Les particules « réelles » sont des structures portées par des particules virtuelles qui reçoivent un boson de Higgs. Lorsque la particule virtuelle devient porteuse de masse, elle construit autour d’elle un champ d’espace-temps, elle structure l’espace-temps désordonné du niveau virtuel. Le nuage de polarisation tourne du fait du magnétisme par l’action du mouvement de l’électron. C’est ce que l’on appelle le spin de l’électron. Mais les couches positives et négatives ne tournent pas de la même manière car l’électron est chargé négativement. Cela explique qu’il faille de tour pour revenir à la situation de départ, ce que l’on appelle un spin ½. La charge de l’électron est ponctuelle. Sa masse est ponctuelle. Pourtant, les expériences montrent également qu’elles ne sont jamais exactement au même endroit, d’où des propriétés de rotations internes de la structure électron. Cette différence provient du fait que le saut de l’électron ne produit pas la même réaction aux diverses échelles d’espace-temps. La masse bouge plus lentement que les bosons. Elle met plus de temps pour se déplacer. Elle va donc moins loin. Cela produit plusieurs mouvements différents. Le nuage de positions de la charge est beaucoup plus ample que celui de la masse : le rapport appelé « constante de structure fine » est le rapport d’échelle des différents mondes hiérarchiques emboîtés est donc aussi le rapport entre les temps ou les distances. C’est donc aussi le rapport entre les différents « rayons de l’électron ». Alors que la masse tremblote autour de sa position (propriété appelée « zitterbezegung »), la charge s’étend sur toute une zone.

L’une des bizarreries de la physique de l’électron est quantique : c’est la superposition d’états. Deux particules qui interagissent mettent en commun leurs états. Cela n’aurait aucun sens si on gardait l’image de la particule, objet indépendant. La « superposition d’états » ne peut être interprétée comme une onde physique, ce qui fait que les premiers physiciens quantiques ont parlé seulement d’ « onde de probabilité de présence ». Mais quelle est la réalité physique du phénomène menant à cette probabilité de présence. Comment l’électron « sait-il » qu’il doit prendre telle ou telle position au sein de son nuage de probabilité de présence. La physique quantique a longtemps répondu qu’il n’existait pas de réponse et certains s’aventuraient même à dire qu’il n’y en aurait jamais. C’était logique pour la physique quantique : au sein de son formalisme la question ne pouvait pas être posée. Cependant, l’étude du vide a changé les données du problème. Elle nous a appris l’existence de tout un milieu du vide, milieu agité et plein d’énergie : les quanta positifs et négatifs qui apparaissent et disparaissent dans un temps très court. Les « particules virtuelles » ont d’abord servi de base de calcul avant que leur réalité soit reconnue. On admet aujourd’hui l’existence de plusieurs niveaux du vide. Il y a ainsi un virtuel de virtuel. Les particules n’interagissent pas à distance mais au travers du vide. Cependant, le vide quantique est un milieu aux propriétés très différentes de celles que nous connaissons au niveau de la matière que nous connaissons. Tout d’abord, il y a autant d’antiparticules que de particules. Ensuite, l’espace et le temps s’agitent en tout sens, sautent sans cesse, empêchant toute notion de trajectoire, de force. Les particules virtuelles n’ont pas de masse. L’énergie, le moment sont des notions qui ont cours mais elles sont utilisées différemment. Il n’y a pas conservation de l’énergie à tout instant. Dans la matière à notre échelle, de l’énergie ne peut pas brutalement apparaître là où elle n’existait pas. Au sein du vide quantique, l’énergie se conserve seulement globalement. Toute énergie qui apparaît au sein du vide doit disparaître dans un temps court, d’autant plus court que cette énergie est importante. C’est ce qui met en place la notion de quanta : le produit d’un temps et d’une énergie. Il y a un lien entre le vide et la matière/lumière. Le vide n’est pas seulement le media des interactions matière-matière ou matière-lumière, il est le fondement de la matière et de la lumière. C’est le vide qui produit sans cesse les phénomènes « matière » et « lumière ». Le vide n’est pas seulement l’espace sur lequel photons et particules se déplacent. Ce déplacement n’est rien d’autre qu’une interaction avec le vide. Plus encore, le vide est le constituant de la matière et de la lumière. Il en résulte une compréhension nouvelle de la matière et de la lumière. Les particules et les photons ont en commun … le vide qui les compose ! Les particules n’interagissent pas par des collisions mécaniques mais par des interaction entre les éléments à un échelon inférieur : celui du vide. Du coup, des particules peuvent échanger leurs composants virtuels : interagir. Ils peuvent ainsi constituer des superpositions d’états, des états corrélés.


Henri Poincaré écrit dans « Leçons sur le rayonnement thermique » : « L’hypothèse des quanta d’action consiste à supposer que ces domaines, tous égaux entre eux ne sont plus infiniment petits, mais finis et égaux à h, h étant une constante. »

Théorème de Joseph Liouville, rapporté par Jean-Paul Auffray dans « L’atome » :

« La densité de points dans le voisinage d’un point donné dans l’extension de phase est constante dans le temps. »

Enoncé de Poincaré, dans « l’hypothèse des quanta » :

« L’énergie est égale au produit de la fréquence par l’élément d’action. (...) Le quantum d’action est une constante universelle, un véritable atome. (...) Un système physique n’est susceptible que d’un nombre fini d’états distincts ; et il saute d’un de ces états à l’autre sans passer par une série continue d’états intermédiaires. (...) l’ensemble des points représentatifs de l’état du système est une région (...) dans laquelle les points sont si serrés qu’ils nous donnent l’illusion de la continuité. (...) ces points représentatifs isolés ne doivent pas être distribués dans l’espace de façon quelconque (...) mais de telle sorte que le volume d’une portion quelconque de matière demeure constant. (...) L’état de la matière pondérable pourrait varier d’une manière discontinue, avec un nombre fini d’états possibles seulement. (...) L’univers sauterait donc brusquement d’un état à l’autre ; mais dans l’intervalle, il demeurerait immobile, les divers instants pendant lesquels il resterait dans le même état ne pourraient plus être discernés l’un de l’autre : nous arriverions ainsi à la variation discontinue du temps, à l’atome de temps. (...) Si plusieurs points représentatifs constituent un domaine élémentaire insécable dans l’extension en phase, alors les états du système que ces points représentent constituent nécessairement, eux aussi, un seul et même état. »

Jean-Paul Auffray dans « L’atome » :

« Richard Feynman demandait à son fils : « Lorsqu’un atome fait une transition d’un état à un autre, il émet un photon. D’où vient le photon ? » (…) Dans la terminologie de Feynman, le quantum est un photon virtuel. »

Extraits de "Entre le temps et l’éternité" de Prigogine et Stengers :

"La raison du chaos quantique est l’apparition des résonances. (...) Ces résonances, qui caractérisent l’ensemble des situations fondamentales de la mécanique quantique, correspondent à des interactions entre champs (c’est-à-dire aussi aux interactions matière-lumière). On peut affirmer que notre accès au monde quantique a pour condition l’existence des systèmes chaotiques quantiques. (...) Nous avons surtout souligné les dimensions négatives du chaos dynamique, la nécessité qu’il implique d’abandonner les notions de trajectoire et de déterminisme. Mais l’étude des systèmes chaotiques est également une ouverture ; elle crée la nécessité de construire de nouveaux concepts, de nouveaux langages théoriques. Le langage classique de la dynamique implique les notions de points et de trajectoires, et, jusqu’à présent, nous-mêmes y avons eu recours alors même que nous montrions l’idéalisation – dans ce cas illégitime – dont elles procèdent. Le problème est maintenant de transformer ce langage, de sorte qu’il intègre de manière rigoureuse et cohérente les contraintes que nous venons de reconnaître. Il ne suffit pas, en effet, d’exprimer le caractère fini de la définition d’un système dynamique en décrivant l’état initial de ce système par une région de l’espace des phases, et non par un point. Car une telle région, soumise à l’évolution que définit la dynamique classique, aura beau se fragmenter au cours du temps, elle conservera son volume dans l’espace des phases. C’est ce qu’exprime un théorème général de la dynamique, le théorème de Liouville. Toutes les tentatives de construire une fonction entropie, décrivant l’évolution d’un ensemble de trajectoires dans l’espace des phases, se sont heurtées au théorème de Liouville, au fait que l’évolution d’un tel ensemble ne peut être décrite par une fonction qui croîtrait au cours du temps. Or, un argument simple permet de montrer l’incompatibilité, dans le cas d’un système chaotique, entre le théorème de Liouville et la contrainte selon laquelle toute description définit le « pouvoir de résolution » de nos descriptions ; il existera toujours une distance r telle que nous ne pourrons faire de différence entre des points plus proches l’un de l’autre (…) La nouvelle description des systèmes dynamiques chaotiques substitue au point un ensemble correspondant à un fragment de fibre contractante. Il s’agit d’une description non locale, qui tient compte de la contrainte d’indiscernabilité que nous avons définie. Mais cette description n’est pas relative à notre ignorance. Elle donne un sens intrinsèque au caractère fini de nos descriptions : dans le cas où le système n’est pas chaotique, où l’exposant de Lyapounov est de valeur nulle, nous retrouvons la représentation classique, ponctuelle, et les limites mises à la précision de nos mesures n’affectent plus la représentation du système dynamique. Cette nouvelle représentation brise également la symétrie temporelle. (…) Là où une seule équation d’évolution permettait de calculer l’évolution vers le passé ou vers le futur de points eux-mêmes indifférents à cette distinction, nous avons maintenant deux équations d’évolution différentes. L’une décrirait l’évolution d’un système vers un équilibre situé dans le futur, l’autre décrirait l’évolution d’un système vers un équilibre situé dans le passé. L’un des grands problèmes de l’interprétation probabiliste de l’évolution vers l’équilibre était que la représentation probabiliste ne donne pas sens à la distinction entre passé et futur. (…) La nouvelle description dynamique que nous avons construite incorpore, en revanche, la flèche du temps (…) Les comportements dynamiques chaotiques permettent de construire ce pont, que Boltzmann n’avait pu créer, entre la dynamique et le monde des processus irréversibles. La nouvelle représentation de l’objet dynamique, non locale et à symétrie temporelle brisée, n’est pas une description approximative, plus pauvre que la représentation classique. Elle définit au contraire cette représentation classique comme relative à un cas particulier. (…) Nous savons aujourd’hui que ces derniers (les systèmes non-chaotiques), qui dominèrent si longtemps l’imagination des physiciens, forment en fait une classe très particulière. (…) C’est en 1892, avec la découverte d’un théorème fondamental par Poincaré ( la loi des trois corps), que se brisa l’image homogène du comportement dynamique : la plupart des systèmes dynamiques, à commencer par le simple système « à trois corps » ne sont pas intégrables. Comment comprendre cet énoncé ? Depuis les travaux de Hamilton, on sait qu’un même système dynamique peut être représenté de différentes manières équivalentes par une transformation dite canonique (ou unitaire) (…) L’hamiltonien du système est la grandeur qui détermine son évolution temporelle. Parmi toutes les transformations unitaires, il en existe une qui permet d’aboutir à une représentation privilégiée du système. C’est celle qui fait de l’énergie, c’est-à-dire de l’hamiltonien, une fonction des seuls moments, et non plus des positions. Dans une telle représentation, les mouvements des différentes particules du système sont décrits comme s’ils ne dépendaient plus des positions relatives des particules, c’est-à-dire comme si elles n’étaient plus en interaction. (…) Les mouvements possibles de tels systèmes ont donc la simplicité des mouvements libres. (…) Or, en 1892, Poincaré montra qu’en général il est impossible de définir la transformation unitaire qui ferait des « actions » des invariants du système. La plupart des systèmes dynamiques n’admettent pas d’invariants en dehors de l’énergie et de la quantité de mouvement, et dès lors ne sont pas intégrables. La raison de l’impossibilité de définir les invariants du mouvement qui correspondent à la représentation d’un système dynamique intégrable tient à un mécanisme de résonance. (…) Le mécanisme de résonance peut être caractérisé comme un transfert d’énergie entre deux mouvements périodiques couplés dont les fréquences sont entre elles dans un rapport simple. Ce sont ces phénomènes de résonance – mais, cette fois, entre les différents degrés de liberté qui caractérisent un même système dynamique – qui empêchent que ce système soit mis sous une forme intégrable. La résonance la plus simple entre les fréquences se produit quand ces fréquences sont égales, mais elle se produit aussi à chaque fois que les fréquences sont commensurables, c’est-à-dire chaque fois qu’elles ont entre elles un rapport rationnel. Le problème se complique du fait que de manière générale les fréquences ne sont pas constantes. (…) Ce qui fait que, dans l’espace des phases d’un système dynamique, il y aura des points caractérisés par une résonance, alors que d’autres ne le seront pas. L’existence des points de résonance interdit en général la représentation en termes de variables cycliques, c’est-à-dire une décomposition du mouvement en mouvements périodiques indépendants. Les points de résonance, c’est-à-dire les points auxquels les fréquences ont entre elles un rapport rationnel, sont rares, comme sont rares les nombres rationnels par rapport aux nombres irrationnels. Dès lors, presque partout dans l’espace des phases, nous aurons des comportements périodiques de type habituel. Néanmoins, les points de résonance existent dans tout le volume fini de l’espace des phases. D’où le caractère effroyablement compliqué de l’image des systèmes dynamiques telle qu’elle nous a été révélée par la dynamique moderne initiée par Poincaré et poursuivie par les travaux de Kolmogoroff, Arnold et Moser. Si les systèmes dynamiques étaient intégrables, la dynamique ne pourrait nous livrer qu’une image statique du monde, image dont le mouvement du pendule ou de la planète sur sa trajectoire képlérienne constituerait le prototype. Cependant l’existence des résonances dans les systèmes dynamiques à plus de deux corps ne suffit pas pour transformer cette image et la rendre cohérente avec les processus évolutifs étudiés précédemment. Lorsque le volume reste petit, ce sont toujours les comportements périodiques qui dominent. (…) Cependant, pour les grands systèmes, la situation s’inverse. Les résonances s’accumulent dans l’espace des phases, elles se produisent désormais non plus en tout point rationnel, mais en tout point réel. (…) Dès lors, les comportements non périodiques dominent, comme c’est le cas dans les systèmes chaotiques. (…) Dans le cas d’un système de sphères dures en collision, Sinaï a pu démontrer l’identité entre comportement cinétique et chaotique, et définir la relation entre une grandeur cinétique comme le temps de relaxation (temps moyen entre deux collisions) et le temps de Lyapounov qui caractérise l’horizon temporel des systèmes chaotiques. (…) Or, l’atome en interaction avec son champ constitue un « grand système quantique » auquel, nous l’avons démontré, le théorème de Poincaré peut être étendu. (…) La « catastrophe » de Poincaré se répète dans ce cas : contrairement à ce que présupposait la représentation quantique usuelle, les systèmes caractérisés par l’existence de telles résonances ne peuvent être décrits en termes de superposition de fonctions propres de l’opérateur hamiltonien, c’est-à-dire d’invariants du mouvement. Les systèmes quantiques caractérisés par des temps de vie moyens, ou par des comportements correspondants à des « collisions », constituent donc la forme quantique des systèmes dynamiques au comportement chaotique (…) L’abandon du modèle des systèmes intégrables a des conséquences aussi radicales en mécanique quantique qu’en mécanique classique. Dans ce dernier cas, il impliquait l’abandon de la notion de point et de loi d’évolution réversible qui lui correspond. Dans le second, il implique l’abandon de la fonction d’onde et de son évolution réversible dans l’espace de Hilbert. Dans les deux cas, cet abandon a la même signification : il nous permet de déchiffrer le message de l’entropie. (…) La collision, transfert de quantité de mouvement et d’énergie cinétique entre deux particules, constitue, du point de vue dynamique, un exemple de résonance. Or, c’est l’existence des points de résonance qui, on le sait depuis Poincaré, empêche de définir la plupart des systèmes dynamiques comme intégrables. La théorie cinétique, qui correspond au cas d’un grand système dynamique ayant des points de résonance « presque partout » dans l’espace des phases , marque donc la transformation de la notion de résonance : celle-ci cesse d’être un obstacle à la description en termes de trajectoires déterministes et prédictibles, pour devenir un nouveau principe de description, intrinsèquement irréversible et probabiliste. C’est cette notion de résonance que nous avons retrouvée au cœur de la mécanique quantique, puisque c’est elle qu’utilisa Dirac pour expliquer les événements qui ouvrent un accès expérimental à l’atome, l’émission et l’absorption de photons d’énergie spécifique, dont le spectre constitue la véritable signature de chaque type d’atome. (…) Le temps de vie, qui caractérise de manière intrinsèque un niveau excité, dépend, dans le formalisme actuel de la mécanique quantique, d’une approximation et perd son sens si le calcul est poussé plus loin. Dès lors, la mécanique quantique a dû reconnaître l’événement sans pouvoir lui donner de sens objectif. C’est pourquoi elle a pu paraître mettre en question la réalité même du monde observable qu’elle devait rendre intelligible. (…) Pour expliquer les transitions électroniques spontanées qui confèrent à tout état excité un temps de vie fini, Dirac avait dû faire l’hypothèse d’un champ induit par l’atome et entrant en résonance avec lui. Le système fini que représente l’atome isolé n’est donc qu’une abstraction. L’atome en interaction avec son champ est, lui, un « grand système quantique », et c’est à son niveau que se produit la « catastrophe de Poincaré ». L’atome en interaction avec le champ qu’il induit ne constitue pas, en effet, un système intégrable et ne peut donc pas plus être représenté par l’évolution de fonction d’onde qu’un système classique caractérisé par des points de résonance ne peut être caractérisé par une trajectoire. C’est là la faille que recélait l’édifice impressionnant de la mécanique quantique. (…) Il est significatif que, partout, nous ayons rencontré la notion de « brisement de symétrie ». Cette notion implique une référence apparemment indépassable à la symétrie affirmée par les lois fondamentales qui constituent l’héritage de la physique. Et, en effet, dans un premier temps, ce sont ces lois qui ont guidé notre recherche. (…) La description à symétrie temporelle brisée permet de comprendre la symétrie elle-même comme relative à la particularité des objets autrefois privilégiés par la physique, c’est-à-dire de situer leur particularité au sein d’une théorie plus générale. »

Michel Bitbol dans "Le corps matériel et l’objet de la physique quantique" :

"E. Schrödinger a sans doute été celui des créateurs de la théorie quantique qui a le plus insisté sur cette carence des critères d’identité dans l’espace ordinaire, et qui en a tiré les conclusions les plus radicales. Selon lui, en l’absence de critères d’identité ou de génidentité stricte, on doit aller jusqu’à refuser de faire référence à la moindre particule. "Selon moi, écrivait-il, abandonner la trajectoire équivaut à abandonner la particule" . L’indisponibilité principielle de toute trajectoire (principielle parce qu’ayant valeur légale en théorie quantique à travers les relations d’indétermination) conduit même à admettre que "(...) les particules, dans le sens naïf d’antan, n’existent pas" . Le discours du physicien s’en trouve complètement inversé. Au lieu d’admettre qu’à faible distance, des particules individuelles ont une "probabilité d’échange" non nulle, qu’on risque alors de les prendre l’une pour l’autre et de perdre les conséquences statistiques de leur individualité, Schrödinger n’hésite pas à affirmer qu’"(...) il n’y a pas d’individus qui pourraient être confondus ou pris l’un pour l’autre. De tels énoncés sont dénués de sens" . Plutôt que d’utiliser un formalisme impliquant des opérateurs de symétrie et d’anti-symétrie, avec ses états étiquetés par des noms de particules et ses permutations d’étiquettes, il préconise par conséquent de mettre en oeuvre le formalisme de la théorie quantique des champs, dans lequel il n’est plus du tout question de n particules dans un état, mais d’un état dans son n-ième niveau quantique. De plus, au lieu de considérer que des particules ont une trajectoire approximative, Schrödinger signale que tout ce dont on dispose, et tout ce que régit la mécanique quantique, ce sont "(...) de longs chapelets d’états successivement occupés (...)". La seule chose qui conduit bien des physiciens à parler de trajectoires de particules dans ce cas est que "(...) de tels chapelets donnent l’impression d’un individu identifiable (...)" . Il ne s’agit là que d’une impression, ou pire d’une illusion, surenchérit Schrödinger : "Quelques fois ces événements forment des chaînes qui donnent l’illusion d’entités permanentes" .

L’atome a été considéré comme l’élément insécable, c’est-à-dire que l’on ne peut diviser. L’atomisme considère, comme Zénon, que l’on ne peut pas diviser la réalité à l’infini et que l’on butte sur une limite.

On a considéré que l’atome devait être une petite boule. Puis on s’est aperçu que l’essentiel de l’espace qu’elle occupait était du vide. le reste était d’autres particules, plus petites, occupant une très petite part de l’espace de l’atome. On a pensé avoir trouvé l’insécable. Mais la conception d’une boule pour l’électron ou le proton posait problème. Ils auraient dû perdre de l’énergie et finir par tomber l’un sur l’autre au sein de l’atome puisqu’ils tournaient l’un autour de l’autre. On s’est aperçu qu’ils avaient également des propriétés de rotation interne non descriptibles en termes mécaniques.

La physique quantique a dû renoncer à ce type de description. la rotation dont il s’agissait était quantique, c’est-à-dire discontinue : en multiples d’un nombre entier.

Il ne s’agissait plus de boules de matière mais de particules considérées comme des points matériels. Cependant, il y avait une contradiction soulevée notamment par Manfred Mac Gregor : l’électron occupait cependant un espace qui était mis en évidence dans certaines expériences.

Donc la particule n’est pas un simple point.

D’autre part cette particule ne suit pas des trajectoires. Elle saute d’une position à une autre. C’est ce qui explique qu’elle est seulement probabiliste. On ne peut pas savoir où elle sera présente mais seulement connaitre une probabilité de présence dans une zone autour de la particule.

Enfin, on s’est aperçu que les problèmes de la physique quantique : les infinis en physique (comme l’interaction de l’électron avec lui-même) ou les fentes de Young posaient le problème de l’interaction entre l’électron et le vide autour de l’électron : le nuage de polarisation.

Finalement, l’électron n’est pas nu. il est entouré de son nuage. Il saute d’un point à un autre de ce nuage.

La physique quantique a également souligné que les éléments fondamentaux ne sont pas la masse ni l’énergie mais le quanta h et la charge électrique e. ce sont des constantes. Il y a les quanta qui sont constitués de matière ou quanta dits "réels" et les autres sont dits "virtuels" comme ceux qui constituent la lumière ou le vide.

Chacun sait que la physique a découvert que la matière, comme la lumière, est constituée de « grains » appelés particules. La matière serait appelée fermions, c’est-à-dire particules obéissant à la règle de Fermi qui empêche les particules de même état de s’agglomérer du fait du « principe de Pauli ». Les fermions sont de deux types : leptons (comme l’électron) ou quarks (constituant des neutrons et des protons). La lumière – expression employée ici pour regrouper toutes les particules dites d’interaction - serait formée de bosons, c’est-à-dire de particules qui obéissent à la règle de Bose qui concerne des particules qui ont tendance à s’agglomérer dans un état commun.

L’ensemble a semblé dans un premier temps fonctionner comme un jeu de construction : on additionne les particules pour former des ensemble plus importants comme l’atome, les molécules et les macromolécules. On additionne les neutrons et les protons pour former le noyau des atomes et on rajoute les électrons pour former l’entourage atomique qui permet à l’atome d’être globalement neutre électriquement.

Cette logique additive n’est pas entièrement fausse mais elle a atteint ses limites d’explication et depuis longtemps maintenant elle est abandonnée par les physiciens pour expliquer le fonctionnement de la matière/lumière. La première raison provient du fait que cette image additive supposait que les particules soient des objets statiques, individuels, existant en permanence ou au moins sur de longues durées. A chaque particule individuelle était attribuée une masse qui était considérée comme attachée à la chose matérielle. La physique actuelle est très différente. L’individualité de la particule n’est plus admise. La masse est une propriété qui se déplace et saute d’un point à un autre, sans être fixée à un objet. L’objet lui-même n’est plus une image reconnue. En fait, la matière ne s’explique plus par la fixité mais, au contraire, par une dynamique extraordinairement agitée : celle du vide qui n’est plus synonyme d’absence. Le fondement du caractère apparemment conservatif de la structure globalement conservée qu’est la matière est l’agitation permanente du vide !

Le vide est plein de quanta virtuels. Ces quanta apparaissent et disparaissent sous forme de couples matière virtuelle et antimatière virtuelle. La caractéristique virtuelle provient de l’apparition et de la disparition rapide. Cela fait du virtuel un univers fondamental qui fonde l’univers matériel. De même, le virtuel de virtuel fonde le virtuel, etc....

La lumière est constituée par un couple matière et antimatière virtuels.

La matière est une structure formée d’un grand nombre de quanta et des interactions émergentes qu’elles fondent. L’interaction principale est celle qui échange la propriété matière, pour le moment intitulée boson de Higgs. C’est ainsi que la particule "saute" d’un point à un autre. En fait, c’est seulement le boson qui saute d’une particule virtuelle à une autre et la rend "réelle".

La nature a longtemps été prise pour un ensemble d’objets fixes pouvant être mis en mouvement, modifiés ou cassés par une force externe. Cette image statique, stable, sans dynamique interne est morte. Dans tous les domaines, elle fait place à une image dynamique. Au lieu de "choses" fixes, on fait appel à des structures issues de l’agitation sous-jacente. La structure n’est qu’un mode selon lequel l’ensemble est globalement stable bien qu’en continuel changement. Les molécules du nuage changent, bougent, échangent de l’énergie, et cela même quand l’apparence extérieure du nuage reste inchangée. La stabilité de température n’est pas fondée sur l’absence d’agitation mais sur une agitation moyenne. Les éléments composants changent eux-même sans cesse, comme c’est le cas des cellules d’un être vivants, ou encore de ses molécules formant ses composants biochimiques. Il n’y a pas si longtemps, on voyait encore la matière comme une construction basée sur des objets fixes. Avec des atomes, on fabriquait des molécules. Avec des électrons et des noyaux, on fabriquait des atomes. Avec des neutrons et des protons, on fabriquait des noyaux atomiques. Les particules élémentaires semblaient des objets fixes, capables seulement de se déplacer, de s’attirer, de se repousser, de se rapprocher ou de se choquer. L’électron était un individu auquel arrivait des rencontres comme à n’importe quel individu, rencontres au travers desquelles il restait lui-même. On se demandait seulement si l’électron était élémentaire ou composite. Les caractéristiques de l’électron (masse, charge, vitesse, énergie, etc... ) semblaient être la preuve de la conservation d’un même objet au cours du temps.

Aujourd’hui, il en va tout autrement. L’électron n’est plus du tout vu comme un objet individuel, existant de manière stable à une seule échelle, mais comme un phénomène, une propriété qui se déplace, qui saut d’une particule à une autre au sein d’un nuage de points. C’est l’agitation du vide qui permet l’existence de l’électron comme des autres particules, agitation qui se manifeste par des apparitions et des disparitions de couples particule/antiparticule. Le noyau de l’atome lui-même n’existe que du fait d’une incroyable agitation formée non seulement par le vide mais par des myriades de particules éphémères et par des multiples échanges entre protons et neutrons et non par une fixité des neutrons et des protons.

Il apparaît donc aujourd’hui que la nature, à toutes les échelles, est formée de structures et non d’objets, des structures dissipatives donc fondées sur une agitation et tirant leur énergie du désordre sous-jacent, ces structures, espèces de membranes entourant des domaines, étant les seuils entre des désordres à plusieurs niveaux. Les désordres sont eux-mêmes le produit du combat permanent des forces contradictoires, des tendances opposées qui l’emportent ou s’inhibent mutuellement alternativement. Les constantes ne sont rien d’autre que les euils entre deux désordres.

Le nuage, la ville, l’homme, le noyau atomique, l’électron, la plante, la bactérie sont de telles structures dissipatives qui ne peuvent nullement être décrits comme des objets indépendants, individuels et fixes mais, au contraire, comme des produits d’une agitation extérieure permanente. Sans l’agitation du vide, pas de matière. Sans agitation des molécules, pas de structures des cristaux. Sans agitation des échanges commerciaux et de la production, pas de villes.

Voici se qu’écrit James Trefil de l’Université George Mason de Virginie : "Bien qu’on se représente habituellement le noyau comme un ensemble statique de protons et de neutrons, il est en réalité un lieu essentiellement dynamique. Des particules de toutes sortes s’y déplacent en tous sens et à toute allure, se percutant les une les autres, subissant créations et destructions selon que leur énergies sont converties en masse ou leurs masses en énergie. (...) Depuis les années cinquante, plus de deux cents de ces particules ont été découvertes à l’intérieur du noyau."

Dans cette dynamique, la notion d’individu isolé ou d’équilibre statique n’a pas de sens. Il n’y a pas plus de noyau fixe ou de proton fixe que d’électron fixe, envisageable en tant qu’individu égal à lui-même. L’individu particule n’existe pas plus que l’étoile isolée, sans galaxie et amas de galaxie. Pas plus que l’homme isolé de son univers humain, social, culturel et matériel.

Relation masse/charge de l’électron

Atome : rétroaction de la matière/lumière et du vide (de la microphysique à l’astrophysique)

* 01- Les contradictions des quanta

* 02- La matière, émergence de structure au sein du vide

* 03- Matière et lumière dans le vide

* 04- Le vide, … pas si vide

* 05- Le vide destructeur/constructeur de la matière

* 06- La matière/lumière/vide : dialectique du positif et du négatif

* 07- La construction de l’espace-temps par la matière/lumière

* 08- Lumière et matière, des lois issues du vide

* 09- Matière noire, énergie noire : le chaînon manquant ?

* 10- Les bulles de vide et la matière

* 11- Où en est l’unification quantique/relativité

* 12- La symétrie brisée

* 13- Qu’est-ce que la rupture spontanée de symétrie ?

* 14- De l’astrophysique à la microphysique, ou la rétroaction d’échelle

* 15- Qu’est-ce que la gravitation ?

* 16- Big Bang ou pas Big Bang ?

* 17- Qu’est-ce que la relativité d’Einstein ?

* 18- Qu’est-ce que l’atome ?

* 19- Qu’est-ce que l’antimatière ?

* 20- Qu’est-ce que le vide ?

* 21- Qu’est-ce que le spin d’une particule ?

* 22- Qu’est-ce que l’irréversibilité ?

* 23- Qu’est-ce que la dualité onde-corpuscule

* 26- Le quanta ou la mort programmée du continu en physique

* 25- Lumière quantique

* 26- La discontinuité de la lumière

* 27- Qu’est-ce que la vitesse de la lumière c et est-elle indépassable ?

* 28- Les discontinuités révolutionnaires de la matière

* 30- Qu’est-ce qu’un système dynamique ?

* 31- Qu’est-ce qu’une transition de phase ?

* 32- Quelques notions de physique moderne

* 33- Qu’est-ce que le temps ?

* 34- Henri Poincaré et le temps

* 35- La physique de l’état granulaire

* 36- Aujourd’hui, qu’est-ce que la matière ?

* 37- Qu’est-ce que la rupture de symétrie (ou brisure spontanée de symétrie) ?

* 38- Des structures émergentes au lieu d’objets fixes

* 39- Conclusions provisoires sur la structure de la matière

* 40- L’idée du non-linéaire

*41- Univers fractal

*42- Qu’est-ce qu’un photon ?

*43- Physique quantique et philosophie

*44- Qu’est-ce que la masse d’une particule de matière ?

Qu’est-ce que la matière au point de vue quantique ?

12 Messages de forum

  • point de vue 4 mars 2009 18:14

    c’set toujours Bill et S de Bamako. élèves au lycée .
    nous voudrions savoir pertinemment le sens des mots : communisme, socialisme.ensuite savoir comment une société peut-être communiste, socialiste.

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    • point de vue 4 mars 2009 19:52, par Robert Paris

      Qu’est-ce que l’atome semble vous avoir rappelé une question brûlante d’actualité : qu’est-ce que le socialisme et le communisme !!

      Engels répondait que les révolutionnaires n’avaient pas de modèle idéalisé à présenter et que le communisme est l’enseignement des leçons de la lutte des prolétaires, ce qui signifie que cette lutte ne cesse de nous apprendre quelque chose.

      Cela signifie aussi que nous n’avons pas de réponse toute faite à imposer aux luttes actuelles mais que nous voulons apprendre quelque chose du passé pour ne pas commettre les mêmes erreurs.

      Ne pas avoir de modèle de société ne signifie pas n’avoir aucune idée du type de société qui va être nécessaire et de celui qui est un objectif.

      Le pouvoir aux travailleurs est la première étape, le socialisme est le type de société qui va être nécessaire et le communisme le type de société qui est l’objectif à plus long terme.

      Nous ne sommes pas des rêveurs et nous ne prétendons pas que d’un sel coup l’Humanité peut passer à l’objectif final. Nous voyons donc des transitions dans lesquels les prolétaires, à condition d’avoir mené la lutte des classes victorieusement, pourraient trransformer la société.

      Quels objectifs finaux tout d’abord, avant de voir quels objectifs transitoires ?

      Les objectifs communistes peuvent être résumés ainsi :

      - fin de toute forme d’oppression et d’exploitation

      - suppression de toute propriété privée des moyens de production, suppression du capital et de l’"économie de marché", c’est-à-dire de l’investissement en vue du profit

      - suppression de toute forme de division en classes sociales

      - suppression de l’Etat

      - suppression de la rémunération salariale du travail et de toute exploitation salariée et son remplacement par la satisfaction de tous les besoins matériels et moraux des êtres humains

      - suppression de toute oppression : celle des races, sexes, des conceptions, des jeunes, etc...

      - suppression de la domination des paysans par les villes

      - suppression du mode de gouvernement actuel et son remplacement par le libre choix de la population

      Mais la première étape de cette révolution comprend déjà :

      - l’organisation des opprimés en classe dominante et le désarmement militaire, matériel, financier et moral des classes dominantes

      - la mise en place des comités des masses populaires permettant cette prise du pouvoir par les opprimés

      - la liberté pour les opprimés de l’expression et des décisions publiques

      - le contrôle de toute la vie économique par les opprimés

      - l’obligation pour tous de travailler et la fin des privilèges des classes dominantes et de leurs défenseurs

      Il est bien évident que de telles généralités ne signifient pas que nous avons d’avance et sans les travailleurs révolutionnaires la solution des problèmes qui se poseront mais elle donne une orientation vers laquelle doivent se positionner les révolutionnaires.

      Elle signifie que les tâches d’une révolution sont les suivantes :

      - organisation des exploités de manière indépendante

      - désarmement des classes exploiteuses et organisation des petits soldats aux côtés des travailleurs avec la fin de l’obéissance aux officiers

      - extension de la révolution au reste du monde et combat pour en finir avec l’impérialisme en vue de son renversement définitif

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      • point de vue 5 mars 2009 17:39

        Je suis très ravi de voir des reponses à mes questions. De plus les réponses étaient lucides et portables, je suis très ravi.
        Voici une question qui me taraude, si vous pouviez me repondre comme d’habitude. " Toute philosophie est fille de son temps".
        Mais si le monde sensible est le monde où nous sommes, que serait alors le monde intelligible ? Dieu ?
        Pourquoi la philosophie est-elle une reflexion critique ? Qu’est ce qui a donné soleil à la Philo ? Pourquoi la philo d’Aristote était scolastique ? avait il peur d’être comme Jordano Bruno Gallilé qui fût contraint de renoncer à ses pensées ? bil de bko.

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        • point de vue 7 juin 2009 21:25

          c’est une question qui a faillit me dépasser.si les sciences et ses lois universelles soutiennent la création du monde par les atômes,comment peut-on expliquer la naissance des atômes ? S DE BKO.

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          • point de vue 8 juin 2009 11:00, par MOSHE POUR. S DE BKO

            bonsoir S DE BKO c’est tres simple sur certain poin si tu ouvre le site tu vera le moteur de recherche et tu tape par exemple et tu lit l’article et tu vera que il ya toujour une tentative de réponse a tes problèmes posés en plus on a essayé de répondre sur tout tes questions donc il faut regardé toute tes réponses et lire toute le page du haut en bas de toute la page.cela étant toute tes problèmes posé son des problèmes de tout les penseurs du mondes depuis des siecle donc c’est important de lire les tentative de réponses qu’on t’a fait et lire les articles qui l’accompagne sur le site.porte toi bien. sur d’autre sujet.

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          • point de vue 18 juin 2009 10:13, par Robert Paris

            Robert Paris à S de Bko

            cher lecteur,

            comment est née une structure, voilà une question qui dépaasse, je pense, chacun d’entre nous.

            Il y a à cela de mutliples raisons.

            La première est que la naissance d’une structure nouvelle du type l’atome ou la vie ou encore une ville ou une civilisation est une discontinuité.

            La seconde est qu’une fois que cette structure est née, les conditions de son apparition son éteintes.

            la troisième est que la structure joue un rôle qui n’est pas identique aux causes de son apparition.

            La quatrième est que nous avons tendance à faire comme si l’apparition de cette structure était une fatalité, ce qui n’est jamais le cas.

            La dernière est que l’émergence n’est pas une notion évidente. Nous avons longtemps admis la causalité continue comme mode d’évolution des choses.

            Pour revenir à l’atome ou plus généralement aux particules de matière, elles n’existent pas dans le vide mais leur base y existe. Ce sont des particules dites virtuelles. Et c’est sans doute la base de la naissance de la matière pesante que nous connaissons.

            Lire là dessus les chapites sur matière et lumière dans le vide

            amicalement

            Robert Paris

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  • 18- Qu’est-ce que l’atome ? Qu’est-ce que l’électron ? 30 septembre 2009 15:29, par Robert Paris

    On a longtemps cru que la réalité était décrite par des objets, les atomes ou les particules. Il s’agissait de « choses », c’est-à-dire d’éléments fixes qui étaient caractérisés par des paramètres constants. On parlait de charge de l’électron, de masse de l’atome ou de trajectoire (vitesse et position) d’une particule. Tout cela a dû être abandonné devant les découvertes de la physique quantique. Quelle image ressort finalement de ce grand chambardement ? Aucune dirons certains. A « Matière et révolution », ce n’est pas notre point de vue.

    Il s’avère que les paramètres et les structures qui apparaissent doivent leur durabilité à une dynamique extraordinairement animée et fondée sur des chocs. Les attributs qui semblaient attachés à chaque corpuscule ne sont pas des propriétés appartenant en fixe à celui-ci. Tout corpuscule peut changer brutalement de nature et le fait sans cesse. Si on conserve un certain type de corpuscule dans une zone donnée, ce n’est pas dû à une conservation individuelle de chaque corpuscule. Le nombre d’un certain type de corpuscules peut même changer.

    La propriété de masse, loin d’être attachée à une particule, saute sans cesse d’une particule à une autre, d’un électron matériel à un électron virtuel qui sera ainsi matérialisé. La propriété « matière » saute donc d’une particule virtuelle du vide à une autre. Tout électron virtuel est destiné à devenir éventuellement réel et inversement. La réalité en question est seulement une existence à un certain niveau, le virtuel une existence non moins véritable mais à une échelle beaucoup plus courte. Tout proton virtuel peut également devenir réel et inversement. D’autre part, un proton peut se changer en neutron au sein du noyau de l’atome, et inversement. Là encore, les oppositions peuvent se changer en leur contraire. Proton en neutron comme précédemment matière en vide et vide en matière. De même le quanta d’interaction n’est pas fixe. Tout photon peut également se changer en couple matière et antimatière, par exemple électrons et positrons virtuels. Du coup, le photon peut se « mélanger » avec la matière pour produire une nouvelle matière et de nouveaux photons en échangeant des particules virtuels. Les particules peuvent aussi échanger des photons. Toutes ces interactions changent la matière et la lumière et se font par des chocs, interactions à une échelle beaucoup plus rapides que les temps caractéristiques des phénomènes sur lesquels ils agissent. De même, un quark peut se changer en un autre. La couleur n’est pas un paramètre attaché au quark mais une propriété pouvant sauter d’un quark à un autre. Un neutrino peut également se changer spontanément en un autre. Un noyau d’atome peut se changer dans un ou plusieurs autres, tout aussi spontanément.

    Donc toutes les caractéristiques qui étaient attribuées autrefois à l’objet sautent et toute la dynamique est le produit de ces sauts.

    L’apparition de structures et de « constantes » n’est que le produit de ces échanges de propriétés ou de moyennes sur un grand nombre de particules.

    La propriété électron peut se maintenir mais seulement en sautant d’un corpuscule à un autre. Si on cherche à suivre individuellement un électron, on s’aperçoit qu’il disparaît et réapparaît plus loin. Et, plus étonnant, un corpuscule peut réapparaître avant de disparaître. Il y a eu distorsion du temps. Dans ces sauts, le temps ne ressemble plus du tout à son ancienne image bien tranquille se déplaçant comme sur une ligne continue parcourue régulièrement. Dans la dynamique, le temps ne parcourt pas une succession linéaire d’instants successifs ressemblant à des points alignés comme des instants.

    Là encore, le temps, mais aussi l’espace, ne ressemblent pas au monde dans lequel nous croyons vivre à notre échelle : celui des objets macroscopiques qui ne semblent pas subir des apparitions et des disparitions brutales.

    Robert Paris

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  • "L’individu correspond à l’atome ; mais à ce mot nous nous représentons immédiatement un individu concret. Ces principes doivent être hautement estimés, car ils représentent un progrès ; cependant leur insuffisance éclate dès qu’on essaie d’aller plus loin. L’idée plus détaillée du concret, du réel, est exprimée ainsi : "Le plein n’est pas simple, mais infiniment multiple. Ces infiniment multiples se meuvent dans le vide ; car le vide est"... Les atomes sont donc, même dans leur connexion apparente dans ce que nous nommons choses, séparés l’un de l’autre apr le vide. Ce vide est aussi le principe du mouvement. (...) Quand nous avons une conception plus riche et plus profonde de la nature et que nous demandons à l’atomisme de nous la rendre intelligible, la satisfaction s’évanouit immédiatement. (...) Il faut aller au delà de ces pensées. L’opposition continuité-discontinuité est la première de ces idées qu’il faut dépasser. (...) les atomes sont indistinguables, identiques. (...) Pourtant, ce qui est, est déterminé, concret."

    Friedrich Hegel dans son "Cours d’histoire de la philosophie"

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  • Richard Feynman dans son cours de physique (mécanique tome deux) :

    "la notion de particule est limitée. Le concept d’une particule - sa position, sa quantité de mouvement, etc. - que nous utilisons tant, n’est pas, en un certain sens, satisfaisant."

    Il explique que, selon les inégalités d’Heisenberg, la précision sur la position est inversement proportionnelle à celle sur la quantité de mouvement. En d’autres termes, plus on essaie de confiner la particule ou l’atome, plus sa vitesse (et celle de ses électrons) pour sortir de ce confinement augmente.

    Et il rajoute : "Nous comprenons maintenant pourquoi nous ne passons pas au travers du plancher. Lorsque nous marchons, nos chaussures avec leur masse d’atomes poussent le plancher et sa masse d’atomes. Afin de comprimer les atomes, il faudrait confiner les électrons dans dans un plus petit espace, et à cause du principe d’incertitude, leurs quantités de mouvement devraient être plus grandes en moyenne, ce qui signifie une grande énergie ; la résistance à la compression atomique est un effet de mécanique quantique et non classique."

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  • "Nous comprenons maintenant pourquoi nous ne passons pas au travers du plancher. Lorsque nous marchons, nos chaussures avec leur masse d’atomes poussent le plancher et sa masse d’atomes.

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  • Maurice Jacob dans "Au coeur de la matière" rapporte que la matière est fondée sur une extraordinaire agitation du vide qui est basée sur des apparitions et disparitions de particules et d’antiparticules :

    "La nature est plus riche que notre imagination. On peut démonter les molécules en atomes. On peut arracher les électrons d’un atome et séparer les protons et les neutrons qui constituent son noyau. On découvre les différents niveaux de la matière qui mettent en jeu des constituants de plus en plus élémentaires. (...) La masse, cette propriété que l’on pensait intrinsèquement associée à un objet et qui résultait de l’addition des masses de ses constituants, une masse que l’on associait à chaque particule avant de considérer les forces auxquelles ellles pouvaient être soumises, cette masse devient un effet dynamique des actions auxquelles les constituants fondamentaux sont soumis. (...) Les particules élémentaires sont les quarks (qui forment notamment les protons et les neutrons) et les leptons (comme l’électron). (...) Les forces qui leur permettent d’interagir entre eux sont toutes du même type : elles prennent la forme particulière d’un échange de bosons. (...) L’un de ces bosons est le "grain de lumière", le photon. (...) Deux particules chargées s’attirent ou se repoussent en échangeant des photons. Au cours d’un choc, ou simplement accélérée, une particule chargée peut émettre un photon (...) dont la fréquence est proportionnelle à son énergie. (...) L’atome est formé d’un tout petit noyau entouré d’un "nuage" d’électrons. Le rayon du noyau est cent mille fois plus petit que celui de l’atome, mais il contient pratiquement toute la masse. l’atome est donc pratiquement vide mais son volume, extrêmement vaste par rapport à celui du noyau, est rempli par le mouvement incessant des électrons qui se concentrent sur des couches successives. Le noyau a une charge positive et les électrons ont uen charge négative. Ils sont tous attirés par le noyau mais tournoient à une distance respectable. L’atome est globalement neutre, la charge totale des électrons étant compensée par celle des protons qui se trouvent dans son noyau. (....) En physique quantique, il faut renoncer à considérer une particule comme parfaitement localisable. (...) Ce flou quantique peut heurter l’intuition naturelle (...) ne peut-on envisager l’observation d’un électron pendant un temps très court durant lequel il ne pourrait parcourir qu’une petite partie de la distance associée à ce flou quantique ? C’est possible mais on ne peut plus distinguer dans ce cas l’électron des multiples autres particules (paires d’électrons et de positrons fugitifs du vide) qui peuvent être librement émises et réabsorbées durant ce temps très court. (...) Le vide est animé par la création continuelle et la disparition rapide de paires électron-positron (le positron est l’antiparticule de l’électron). Ce sont des paires virtuelles (...) L’électron de charge négative va attirer les positrons de ces paires virtuelles en repoussant leurs électrons. En approchant de l’électron, le photon va se voir entouré d’un "nuage" de charge positive dû aux positrons virtuels attirés. Il aura l’impression que la charge de l’électron est plus faible que celle annoncée. (...) la masse des particules vient de la structure du vide qui s’est figé au début de l’évolution de l’Univers (...) La diversité de la matière sort de la structure du vide. (...) le vide bouillonne d’activité, il peut même exister sous plusieurs formes et manifester une structure. (...) Ce bouillonnement d’activité est de nature quantique."

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