Lesprogre`sdelaPhysique,depuisundemi-si`ecle,ontprouve´aussiclairementqu’ilest possiblelanatureatomiquedelamati`ere.Dans l’´etatactueldenosconnaissances,iln’estplus gue`recontest´eparaucunphysicien,quela mati`erenesoitforme´eparlacombinaisonde quelquese´l´mentsprimordiaux(probablement e deuxseulement,leprotonetl’e´lectron)[...]
Louis de Broglie,Ondes et mouvements, 1926.
1.1 L’histoiredu monde en onze chapitres et demi
Lesphe´nome`nesnaturelssontenge´ne´raltre`scompliqu´es.Onnesaitpascommentvont e´voluerlesnuages,nicequeferalechatensere´veillantdesasieste.Enrevanche,onsait qu’il ne pourra pas sauter au-dessus d’une certaine hauteur, et on peut expliquer pourquoi laTerreaquelquesmilliersdekilom`etresdediam`etre. Cesphe´nome`nessontprofond´ementlie´sa`lanaturedelamati`erequinousconstitue,et auxforcesquilar´egissent.Nousallonspasserenrevueicicequenousavonspuapprendre danslesdernierssie`cles,oumeˆmelesdernie`resanne´es,sur“l’´etoffedelamatie`re”. La gravitation.rapetrLapremi`caitnohpreietnreamndtaeniqysfouece´devuo´aele´te IsaacNewton,etae´t´ebaptise´egravitationuniverselle.Elleexpliqueaussibienlachute descorps`alasurfacedelaTerrequelemouvementdelaLuneautourdenotreglobe,ou quelemouvementdesplane`tesautourduSoleil. Paradoxalement, cette force est de loin la plus faible parmi les quatre interactions que nous connaissons actuellement (voir la Table I). Elle est caracterisee par une constante de ´ ´ couplage t ` tite,G= 6.67×10−11m3s−2kg−1. res pe
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´ ` CHAPITRE 1. L’ETOFFE DE LA MATIERE
` L’e´lectromagne´tisme.tedu´ieeas1u9sforcesont´et´e´a’Dertuemeetniselr-rleeci`soiavas,` actions´electriquesetmagne´tiques.Ellesexpliquentlacirculationd’uncourantdansun e´clair,lad´echarge´electrostatiquequel’onressentpartempssecapre`sfrictiond’unobjet, lad´eviationd’uneboussoleoulesauroresbore´ales. C’estJamesClerkMawxellquiaunifi´ecesdeuxtypesdeforcesdansunformal-ismeappele´e´lectromagne´tisme.Ceformalismeexpliquelefonctionnementdesmoteurs ´electriques,lescommunicationssansfil,lapropagationdelalumi`ere,etc...Lesinteractions ´electromagne´tiquesfontapparaˆıtrecommeconstantelavitessedelalumi`,c= 3×108 ere − m sec1. Larelativit´e.lceuissadeuqeCitfaevreocalmaiml´mesceaentisqivetnerte´neocfln GalileeetNewton.Soitcettedernie`re´etaitcorrecte,etlalumi`ereauraitdˆusepropager ´ dansunmilieubaptise´“´ether”,etc’ltiele´tnatos,enesunscota´epait’nsme´etimagnctro e´taitvalide,etnosnotionsclassiquesdetempsetd’espaceetaientenpartieerron´ees. ´ Lesexperiencesd’AlbertMichelsonetEdwardMorleyontmontre´en1887quel’e´ther ´ n’existepas.L’´electromagn´etismeadonc“gagne´”etlavitessedelalumie`reestapparue commeuneconstanteuniverselle,aumeˆmetitrequeG. Ceci a conduit Albert Einstein `eformulerleschangemetsderep`eresgalile´ensdanslecadredelarelativit´erestreinte. a r n En1915,ilaaboutia`uneth´eoriequiinclutlagravit´e,`asavoirlarelativite´ge´ne´rale. L’apport fondamental de cette theorie est de montrer que nous vivons en fait dans un ´ espacededimensionquatre(troisdimensionsd’espaceetunedetemps)quiestcourb´e parlamati`erevia Son postulat de base est que la vitesse de lala gravitation universelle. lumi`eredanslevidenede´pendpasntidevmeemaledbserel’ossedvitese´tqeiuruc,avet contraire`anotreintuition. Cetteth´eorieexpliquebiensuˆrlemouvementdesplan`etesautourduSoleil,mais ´egalementlapropagationdelalumie`repr`esd’untrounoir,lede´calageverslerouge desspectresd’unenaineblanche,oulede´saccordentredeshorlogesquised´eplacent` a desvitessesdiffe´rentes.Les“effetsrelativistes”n’apparaissentcependantquepourdes vitesses proches decocsnasniapnosretlareıtaˆnnaftiuqlec,qeiullerache’onpeuta relativite´. Uneautrecontributionfondamentaledelarelativit´eestl’e´quivalencemasse-´energie, E=mc2. Ons’e´taitaperc¸uauparavantdelaprofondeunit´edelanotiond’e´nergie,qu’ellesoit thermique,´electrique,chimique,me´canique,lumineuse,etc...Onpeutainsitransformer delachaleurenlumie`re,delalumi`ereencourante´lectrique,ducourante´lectriqueen mouvement, et ainsi de suite. Cependant, il existait une autre loi de conservation, celle delamasse.Cettenotionadisparuaveclarelativite´puisquemasseet´energiepeuvent se transformer l’un dans l’autreviaseasl´eacmrluce-i`lbeerofnfaitlamdessus.Eestune formed’e´nergieetl’e´nergieaune masse. ` Les atomes.9ls1eDe`emei`sleecna,opuosnoc¸le´ntanaureatomiquedelamta`ire.eaL chimienepeutsecomprendredemanie`recoh´erentequesides“grains”e´l´ementaires,ou atomes,secombinententreeuxpourformerlesdiff´erentessubstanceschimiques.