Les
Petites Pommes
du Savoir

no1. Le Temps existe-t-il ? Étienne Klein

no2. Cloner est-il immoral ? Laurent Degos

no3. Pourquoi la mer est-elle bleue ? Pierre Laszlo

no4. Peut-on guérir le cancer avec des OGM ? Louis-Marie Houdebine

no5. Le Climat est-il devenu fou ? Robert Sadourny

no6. Dopés, victimes ou coupables ? Françoise Siri

no7. Peut-on croire les sondages ? Gilles Dowek

no8. La Radioactivité est-elle réellement dangereuse ? Jean-Marc Cavedon

no9. En amour, sommes-nous des bêtes ? Michel Serres

no10. Algues, lapins, termites… Quelles espèces nous menacent ? Michel Lamy

no11. Quel avenir pour le développement durable ? Dominique Bourg

no12. Voulez-vous jouer avec les maths ? Gilles Dowek

no13. Peut-on boire l’eau du robinet ? Pierre Laszlo

no14. Peut-on voyager dans le temps ? Gabriel Chardin

no15. Pourquoi le Soleil brille-t-il ? Alain Bouquet

no16. Faut-il légaliser l’euthanasie ? Michel Hautecouverture

no17. Faut-il allaiter son enfant ? Louis-Marie Houdebine

no18. Pourquoi la nuit est-elle noire ? Jean-Michel Alimi

no19. Le singe est-il le frère de l’homme ? Pascal Picq

no20. Hommes, femmes, sexuellement compatibles ? Lucien Chaby

no21. D’où vient la vie ? Marie-Christine Maurel

no22. Les odeurs nous parlent-elles ? Pierre Laszlo

no23. Doit-on croire au big bang ? Alain Bouquet

no24. Qu’est-ce qu’une goutte d’eau ? David Quéré

no25. Y a-t-il un bon régime ? Michel Hautecouverture

no26. Pourquoi les feuilles sont-elles vertes ? Paul Mathis

no27. À quoi sert la bioéthique ? Jean-Paul Thomas

no28. Peut-on encore manger sans peur ? Pierre Feillet

no29. Peut-on croire la météo ? Robert Sadourny

no30. Combien de particules dans un petit pois ? François Vannucci

no31. L’énergie nucléaire a-t-elle un avenir ? Hervé Nifenecker

no32. Comment peut-on être ado ? Nicole Vacher-Neill

édition : Juliette Thomas
conception graphique :
Atelier Daniel Leprince
relecture : Valérie Gautheron

Le Pommier, 2003

Tous droits réservés

ISBN : 9782746513600

170 bis, boulevard du Montparnasse 75014 Paris
www.editions-lepommier.fr

www.centrenationaldulivre.fr

Ce document numérique a été réalisé par Nord Compo.

L’allégorie
de l’ouvre-boîte

Le problème de la connaissance est jalonné par plusieurs allégories qui ont fait date dans l’histoire de la philosophie. Celle de la caverne de Platon suggère que nous voyons le monde à travers l’ouverture d’une sombre caverne – ce que l’on observe est donc très partiel. Celle du miroir, exprimée par saint Paul, enseigne que nous ne percevons guère que le reflet des phénomènes. Plus prosaïquement, la connaissance, pour les physiciens des particules, consiste à explorer très concrètement la nature en sondant de plus en plus profondément la matière. S’il fallait trouver une allégorie pour caractériser cette approche, on pourrait parler de celle de l’ouvre-boîte, puisque le réflexe des physiciens, devant la complexité d’un objet, est de demander : « Qu’est-ce qu’il y a dedans ? »

Ouvrant une boîte de petits pois, il est facile, quoique un peu fastidieux, de compter le nombre de « constituants élémentaires » qui la remplissent. J’en trouve environ 3 150 qui m’apparaissent comme des petites boules de couleur verdâtre et de forme plus ou moins sphérique ayant un diamètre d’à peu près 5 mm. Il faut préciser que les petits pois sont de qualité extra-fins, ce qui complique le comptage, et il est indiqué sur la boîte un poids total égoutté de 560 g. J’en conclus que chaque petit pois pèse environ 0,2 g.

Mais qu’y a-t-il à l’intérieur d’un petit pois ? Pour répondre à cette question, j’en prends un au hasard et tente de le réduire en ses constituants ultimes. Pour que le petit pois sélectionné pour notre analyse, l’élu choisi au milieu de ses semblables, nous accompagne plus facilement dans notre enquête et perde son caractère trop anonyme, je l’appellerai Jules dans la suite de la discussion.

Dans un premier temps, je peux diviser la petite sphère que constitue Jules un certain nombre de fois avec un couteau bien aiguisé jusqu’à obtenir un tout petit grain à peine visible à l’œil. Pour continuer l’étude, je peux m’aider d’un microscope et d’un scalpel. Mais même avec ces améliorations, je ne décèle aucune structure particulière car l’outil utilisé n’est pas adapté à une inspection très fine.

Il convient ici d’ouvrir une parenthèse. Le but de la démarche est de voir l’intérieur de Jules, mais qu’est-ce que voir ? Je vois un objet macroscopique quand la lumière réfléchie à sa surface arrive jusqu’à mon œil. La lumière est le messager d’une information se propageant entre l’objet vu et le récepteur. On sait que la lumière blanche contient toutes les couleurs de l’arc-en-ciel allant du bleu au rouge. Elle est constituée d’infimes grains appelés photons, chaque photon portant une couleur précise. En termes scientifiques, on dit plutôt que chaque photon est caractérisé par une longueur d’onde. En effet, la lumière s’interprète comme une vibration, à l’égal des ondulations qui se propagent à la surface d’une eau calme ou le long d’une corde tendue. Les longueurs d’onde associées aux photons sont minuscules, pour les photons « bleus », quelque 400 nanomètres (1 nm = 1 10⁻⁹ mètre), pour les « rouges », 700 nanomètres. Un objet nous semble bleu quand il ne réfléchit que les photons de cette couleur, les autres étant absorbés. Mais pourquoi un objet réfléchit-il de manière exclusive le bleu et un autre le rouge ? Parce qu’à sa surface, il existe une couche de matière (de peinture par exemple) caractérisée par des pigments formés d’atomes qui vibrent sous l’effet des photons parce qu’ils ont précisément une dimension accordée à celle des photons de la bonne couleur. On peut prendre ici l’image de la clef et de la serrure. Une clef ouvre la serrure dont les dimensions lui correspondent.

L’« ouvre boîte » que constitue la lumière visible permet d’accéder à des dimensions de l’ordre du micromètre, puisque les longueurs d’onde associées sont de cet ordre de grandeur (la dimension de 700 nm caractéristique des photons rouges étant proche de 1 mμ). Effectivement, on voit à l’œil nu un cheveu de 20 mμ d’épaisseur, avec un microscope on arrive à percevoir le micromètre.

En mécanique quantique, la branche de la physique qui régit les processus microscopiques, on relie une longueur d’onde à une énergie. Plus la longueur d’onde est courte, plus l’énergie est élevée. Ainsi les photons bleus sont-ils les plus énergiques avec environ 3 électronvolts (eV) – les rouges possédant une énergie de 1,7 eV. L’électronvolt est l’unité d’énergie adaptée aux objets microscopiques. L’unité officielle, adaptée aux objets macroscopiques, est le joule (J) et la relation entre les deux unités s’écrit : 1 eV = 1,6 10-19 J. L’électronvolt est donc une unité extrêmement faible, et on utilisera ses multiples : le kilo-électronvolt (keV), le méga-électronvolt (MeV) et le giga-électronvolt (GeV).

La lumière est un flux de photons visibles. Plus généralement, on appellera rayonnement un flux de particules dont la nature peut varier. La grande règle que nous avons esquissée enseigne qu’un rayonnement donné est adapté à l’exploration d’une structure matérielle quand les dimensions de cette dernière sont voisines de sa longueur d’onde. On a vu que la lumière permettait d’atteindre le micromètre grâce à des énergies de l’ordre de l’électronvolt ; puisque énergies et dimensions caractéristiques varient à l’opposé, les énergies plus élevées permettront d’explorer les dimensions plus petites.