Pourquoi les atomes ne changent ni de structure ni de taille?

[invite621b56ab]

Bonjour tout le monde,

J'ai une question qui me taraude depuis longtemps.

Dans l'univers visible, tout se dégrade. Par exemple, à cause des frottements, une bille, même très polie, finit par s'arrêter si on la lance sur une surface, aussi polie soit-elle. Etc, etc...

Pourquoi les atomes reste-ils stables? Pourquoi les électrons ne finissent-ils pas par retomber sur le noyau. Je sais qu'il y a une force de répulsion élactrique entre les électrons (négatifs) et les protons (positifs). On peut imaginer que cette force est constante. Mais alors, pourquoi la vitesse des électrons ne diminue-t'elle pas? Un atome d'hydrogène créé 3 minutes après le Big Bang est identique en 2016.

Pourquoi?

Amicalement, Guy
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[Amanuensis]

Bonjour,

Un premier point de réponse est que c'est un constat. À l'échelle des particules, elles paraissent indistinguables chacune dans son type, où et quand qu'elles soient. On constate que tous les électrons ont des propriétés identiques, et de ce constat on en a fait une règle. Cela permet de classer les particules en catégories, électrons, protons, etc.

De même, on observe que certaines particules, en particulier, celles de petite taille, sont stables.

Comme il y a plein de règles du même genre, on peut se demander s'il y a des "méta-règles".

En gros, celles-ci sont d'abord les règles de conservation: si une particule se transforme en autre chose, alors cela ne peut se faire que de manière à conserver un certain nombre de grandeurs, comme par l'exemple l'énergie. Une liste de trucs conservés a été faite, petit à petit, par observation.

Ensuite, on constate une liste limitée de particules "élémentaires". Et on "explique" la stabilité des plus petites parce qu'on n'a pas de combinaison avec des particules plus petites dans laquelle la particule peut se transformer tout en respectant les conservations.

Prenons un contre-exemple, le muon. C'est une particule qui a les mêmes propriétés qu'un électron sauf une, la masse, c'est à dire l'énergie au repos. Cette énergie est plus grande que celle de l'électron. Cela ouvre la possibilité d'une transformation µ -> e, plus quelque chose qui "emporte" l'énergie en trop. L'observation permet de constater µ -> e + un neutrino et un antineutrino, une transformation qui effectivement respecte toutes les conservations.

L'électron est stable est un constat, et on "l'explique" par l'inexistence de particules "plus petites" qui permettrait à l'électron de se transformer spontanément.

Il y a des exceptions. Par exemple le proton apparaît stable alors qu'on peut imaginer un mode de dégradation. Mais on ne l'a jamais observé.

Pour un atome c'est un peu la même chose, mais plus compliqué. Pour l'hydrogène, on pourrait penser à p + e --> n, mais cela ne permet pas de conserver l'énergie: il n'y en pas assez pour faire un neutron ; d'autres grandeurs ne sont pas conservées non plus. (A l'opposé, un neutron va se transformer en n -> p + e + neutrino, ce qui conserve ce qui doit être conservé, en particulier l'énergie en trop "part" avec le neutrino et l'énergie cinétique des particules.)

On peut aussi se demander pourquoi le proton et l'électron ne se séparent pas spontanément. Là encore, cela violerait une conservation, l'énergie encore une fois. À cause de l'attraction électrique entre proton et électron, l'énergie au repos de l'atome est plus petite que la somme des énergies au repos quand le proton et l'électron sont très séparés.

Bref, on constate toute une collection de stabilités, et on les "explique" par des règles de conservation et une liste limitée de particules.

[invitecaafce96]

Bonjour,

Même si certaines réponses ressemblent à des boutades :

1 - On constate qu'il en est ainsi ( déjà dit ci dessus ) ;
2 - Il reste les stables car les instables ont disparu ;
3 - Il existe encore des atomes radioactifs qui ne sont pas stables ;
4 - Un peu plus physique - mais pas trop - c'est leur énergie de liaison qui les maintient stables .

[antek]

Je sais qu'il y a une force de répulsion élactrique entre les électrons (négatifs) et les protons (positifs).

Des charges électrique opposées s'attirent.

[A voir en vidéo sur Futura]

[pm42]

Vu les exemples de la demande, on peut aussi faire remarquer qu'il n'y a pas de frottement à l'échelle atomique.

[invite621b56ab]

C'est bien ce que j'ai imaginé: pas de frottement à l'échelle atomique. C'est une règle et un constat. Mais comment on explique cela? Peut-on d'ailleurs l'expliquer? Par principe, je n'aime pas qu'on dise en général et en physique en particulier: c'est ainsi at pas autrement... ��

[albanxiii]

Bonjour,

Cela dépend jusqu'où vous voulez aller au niveau du détail de la description. Mais quoi qu'il en soit, il y aura toujours une loi physique au bout du tunnel, loi que vous devez accepter car non démontrable. Conseil de lecture : http://forums.futura-sciences.com/ph...e-theorie.html

[invitecaafce96]

Par principe, je n'aime pas qu'on dise en général et en physique en particulier: c'est ainsi at pas autrement... ��

Re,
Vous avez beaucoup de chances pour ne vivre qu'avec des certitudes .
Chaque avancée en Physique pose plus de problèmes qu'elle n'en résout , et ce , depuis toujours .

[Gilgamesh]

On peut expliquer ceci par cette approche : les particules élémentaire sont simplement l'état d'excitation d'un champ. Ce ne sont pas des objets possédant une structure, sur laquelle pourrait s'inscrire une historicité (ajout ou enlèvement de matière, changement de forme, état de surface...). L'électron est le produit d'un champ de l'électron. Ce champ est un objet immatériel et c'est le même dans tout l'univers. C'est pourquoi tous les électrons sont absolument semblables.

[phys4]

C'est bien ce que j'ai imaginé: pas de frottement à l'échelle atomique. C'est une règle et un constat. Mais comment on explique cela? Peut-on d'ailleurs l'expliquer? Par principe, je n'aime pas qu'on dise en général et en physique en particulier: c'est ainsi at pas autrement... ��

Vous avez bien des explications, je compléterai par une remarque historique :
un grec nommé Démocrite s'était aussi aperçu que l'on pouvait diviser la matière et que cela donnait toujours des morceaux plus petits de la même matière, a supposé qu'il devait exister un plus petit élément que l'on ne pourrait plus diviser sans que cela change sa nature.
A ce plus petit morceau d'un élément il a donné le nom d'atome. Il a ainsi anticipé de 23 siècles la découverte de l'atome en lui donnant une définition correcte.
Le mieux serait d'essayer de suivre sa démarche.
D'un point de vue plus moderne, je dirais que l'état de l'atome correspond à un minimum d'énergie de l'ensemble de ses constituants, il est donc dans un état stable, invariable.
Comme cet état ne dépend que des masses, de la constante de Planck et des constantes électromagnétiques, l'atome ne changera que si ces constantes évoluent.

[invite621b56ab]

Merci pour toutes vos réponses.

J'ai finalement bien compris que les particules élémentaires ne sont pas des objets comme ceux qu'on peut voir à notre échelle mais des champs. Ce n'est pas évident à conceptualiser à notre échelle macroscopique mais c'est en tous cas une explication à ma question.

Ah! Que j'aimerais être un objet quantique pour "voir" un neutron, un proton, un électron ou un atome d'hydrogène.

[Gilgamesh]

Merci pour toutes vos réponses.

J'ai finalement bien compris que les particules élémentaires ne sont pas des objets comme ceux qu'on peut voir à notre échelle mais des champs. Ce n'est pas évident à conceptualiser à notre échelle macroscopique mais c'est en tous cas une explication à ma question.

Ah! Que j'aimerais être un objet quantique pour "voir" un neutron, un proton, un électron ou un atome d'hydrogène.

Le point est que justement ce qu'on appelle "voir" implique un certain nombre de phénomènes qui ne peuvent tenir place à l'échelle quantique. A commencer par celui de "propriété chimique" sur lequel tous les phénomènes de grades plus élevés peuvent s'édifier. Un atome de fer n'est pas en fer, si vous voyez l'image. Cela enlève la possibilité d'un observateur mais aussi plus important encore celle d'un objet visible.