Pourquoi vous ne tomberez jamais à travers le sol : la science derrière la solidité de la matière
Vous ne tomberez jamais à travers le sol. Aucun être humain n’a traversé accidentellement une chaise, fondu dans un mur, ou disparu dans le plancher. Pourtant, la physique révèle que la matière est presque entièrement vide. En effet, plus de 99,999 % du volume d’un atome est constitué de vide. Si l’on représentait un atome à l’échelle d’un stade olympique, son noyau serait à peine plus gros qu’un grain de riz au centre, tandis que les électrons seraient des nuages fantomatiques dans les gradins.
Ce quasi-néant est capable de former le sol sous vos pieds grâce à deux forces fondamentales : l’électromagnétisme et le principe d’exclusion de Pauli, une contrainte quantique qui empêche la matière de s’effondrer sur elle-même. Ce principe a été prouvé en 1967 par Freeman Dyson et Andrew Lenard.
Lorsqu’une main touche une table, il n’y a pas de contact physique direct entre les atomes de la main et ceux de la table. Ce que l’on ressent comme une résistance est en réalité une répulsion électromagnétique. Les électrons, qui portent une charge négative, s’opposent à l’approche de charges similaires. Cette force électromagnétique est environ 10³⁶ fois plus puissante que la gravité entre deux particules. Elle génère ce que les physiciens appellent la « force normale », qui empêche de traverser le sol.
Le principe d’exclusion de Pauli stipule que deux électrons ne peuvent pas occuper le même état quantique. Cela crée une résistance, nommée « pression de dégénérescence », qui s’oppose au rapprochement des atomes. Selon une étude de 1967, sans ce principe, la matière ordinaire s’effondrerait.
Ce phénomène est observable dans des objets extrêmes de l’univers, comme les naines blanches, où la pression quantique des électrons maintient leur intégrité malgré une gravité écrasante. Les étoiles à neutrons, quant à elles, sont encore plus rigides, surpassant de 20 ordres de grandeur la solidité du diamant.
Ce qui soutient un individu debout sur le sol n’est pas une solidité au sens classique, mais une danse quantique où des milliards d’électrons refusent d’occuper le même espace. Ainsi, chaque interaction avec un objet solide est le résultat de forces électromagnétiques et de contraintes quantiques invisibles.
En somme, la matière, bien que majoritairement vide, est rendue solide grâce à des principes fondamentaux de la physique. Ce phénomène quotidien témoigne de la complexité et de la beauté de l’univers.
Source : SciencePost
