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Exit le modèle solaire de l'atome, la physique quantique décrit les électrons tantôt comme des particules, tantôt comme des ondes, et aux trajectoires imprévisibles.
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Dans l'infiniment petit, les physiciens découvrent que la matière se comporte étrangement.
Un problème banal mais insoluble
À la fin du XIXe siècle, aucune des lois connues ne peut l'expliquer et tous les physiciens se cassent les dents sur un problème a priori banal : du fer chauffé devient rouge, puis jaune, mais jamais vert ou violet.
Or, si le changement de couleur est lié à l'augmentation de température, il devrait donner graduellement tout le spectre des couleurs, à mesure que le fer se réchauffe. Pourquoi cela ne se produit pas ?
De l'énergie par paquets
Un physicien allemand, Max Planck, trouve une solution. Il envisage que l'émission de chaleur ou de lumière ne soit pas un rayonnement continu mais une émission par "paquets" d'énergie, les quanta. Selon lui, la matière absorbe et émet lumière et chaleur par petits paquets, dont le niveau d'énergie (la fréquence et par conséquent la couleur) est prédéterminé. La physique quantique prend naissance sur cette idée révolutionnaire. Depuis des centaines d'années, en effet, on considérait la lumière comme une onde.
Mais alors, comment concilier onde et quanta ?
En 1905, Albert Einstein (encore lui !) pousse l'idée de Planck encore plus loin et introduit la notion de la "dualité" de la lumière : il soutient que la lumière se comporte comme un jet de particules (les photons) lorsqu'elle interagit avec la matière, mais que sa trajectoire est celle d'une onde.
Le double jeu des électrons
Une autre hypothèse prend forme : à l'échelle de l'infiniment petit, les lois de la physique classique n'ont plus cours. Les objets ne possèdent pas leur propre nature. L'électron, par exemple, comme la lumière, a une double nature : il est à la fois onde et particule. Cette dualité onde-particule lui confère des propriétés particulières qui lui permettent de rester en orbite de façon stable, sans s'effondrer sur le noyau.
Les physiciens doivent donc renoncer au modèle solaire de l'atome. De plus, à cause de la dualité des électrons, il est impossible de se représenter leur trajectoire. On peut simplement prédire dans le nuage qu'ils forment autour du noyau, les zones où l'on a le plus de chances de les rencontrer. Encore plus étonnant : on ne peut jamais savoir avec précision ce que devient l'électron. On peut en connaître la vitesse ou la position, mais jamais les deux à la fois. C'est le "principe d'incertitude" d'Heisenberg, qu'Einstein a toujours refusé dans une phrase restée célèbre, "Dieu ne joue pas aux dés".
