But :
Le but de cet exposé vise deux objectifs:
Vulgariser et simplifier le concept de la nucléosynthèse des atomes afin de familiariser les non-initiés désirant approfondir leurs connaissances sur le domaine de la formation des atomes.
Inculquer aux lecteurs de cet exposé la notion de structuration binaire pour la formation des atomes de l'univers.
Introduction:
La plupart du monde sait que la matière de l'univers et celle dont nous sommes formés est composée d'atomes. Cependant, peu savent, comment se sont structurés les atomes et comment interagissent-ils entre eux pour former la matière de toutes les choses de l'univers ? C'est donc dans un but de vulgarisation et de simplification que cet exposé est abordé en formulant une hypothèse quelque peu audacieuse, mais qui pourrait s'avérer vraisemblable.
Hypothèse:
Supposons temporairement que seuls les atomes d'hydrogène ont été nécessaires à la fabrication de tous les atomes contenus dans l'univers connu. Certes, cette façon de voir les choses est probablement trop réductrice en regard de la physique classique et de la physique quantique moderne. Mais elle offre le très grand avantage de vulgariser et simplifier la compréhension du processus de structuration des atomes et de leurs liaisons entre eux. Essayons donc de tester cette hypothèse pour voir ce qu'il en est vraiment.
Essai:
L'atome tel qu'il existe réellement nous est encore inconnu. Par contre, la physique classique et la physique quantique sont deux théories scientifiques qui nous permettent d'en découvrir davantage à leur sujet. Dans le but de simplifier l'exposé, nous nous limiterons, pour l'instant, au modèle de la physique classique, un peu modifié, pour tenter d'expliquer une vision vulgarisée de la structuration des atomes.
Les atomes sont constitués par des particules en interaction. En physique classique, ces particules sont représentées par les électrons négatifs, les protons positifs et les neutrons neutres. Les protons et les neutrons forment les nucléons et sont confinés dans les noyaux atomiques par la force nucléaire. Quant à eux, les électrons sont retenus en orbite autour des noyaux par la force électromagnétique. Des expériences ont démontré que deux particules de mêmes signes se repoussent électriquement, que deux particules de signes contraires s'attirent électriquement et que deux particules neutres ne semblent pas réagir à la force électromagnétique, mais s'attirent gravitationnellement.
Ces résultats expérimentaux démontrent qu'il existe seulement deux types d'interaction de force soit: interaction d'attraction et interaction de répulsion. Considérons pour l'instant que seuls ces deux types d'interaction de force, combinée aux constantes de proportionnalité nucléaire, électromagnétique et gravitationnelle, sont suffisants à la fabrication de la matière par les mécanismes de l'univers. S'il en avait été autrement, la matière n'aurait pas existé. En effet, si à l'origine de l'univers, il n’y avait eu que des particules négatives ou positives, toutes les particules se seraient éloignées en se repoussant, rendant impossible la formation d'atomes. S’il n'y avait eu que des particules neutres, toutes les particules n'auraient pas interagi électriquement entre elles et auraient fini par s'agglomérer, sous l'effet des forces nucléaires et gravitationnelles, en une seule grosse particule neutre telle les étoiles à neutrons le font. Pour que les atomes existent, il a donc fallu l'interaction d'au moins deux types de force soit : la force attractive et la force répulsive.
Nucléosynthèse:
Protium:
Tous les atomes connus de l'univers sont représentés dans le tableau de la classification périodique des éléments chimiques de Mendeleïev. L'atome d’hydrogène (noté 1H et aussi appelé Protium) occupe la première case du tableau. Cela en fait l'élément le plus simple et le plus léger de l'univers. Il est composé d'un seul proton autour duquel orbite un seul électron. Fait à remarquer, deux atomes d'hydrogène peuvent former une molécule dihydrogène en mettant en commun leur électron.
La simplicité de l'atome d'hydrogène en fait le composant idéal nécessaire au fusionnement de tous les autres atomes existants dans l'univers. Pour fusionner deux atomes d'hydrogène, il suffit de les porter à très haute température en les faisant se frapper à très grande vitesse. L'univers réussit cette manoeuvre en utilisant la force d'attraction gravitationnelle pour condenser d'immenses nuages d'atomes d'hydrogène de telle sorte que les atomes d'hydrogène au centre des nuages se frappent de plus en plus souvent, vite et fort. Il en résulte une augmentation de température de plusieurs millions de degrés requis pour allumer la fournaise nucléaire nécessaire à la fusion des atomes d'hydrogène. Par conséquent, la condensation des atomes d'hydrogène par la force gravitationnelle représente le mécanisme de base à la formation des étoiles.
Deutérium:
Ainsi, deux atomes (1H) fusionnent pour former un atome de deutérium (2H). Un atome (2H) est un isotope d'hydrogène dont le noyau est formé d'un proton et d'un neutron autour duquel orbite un électron. Il est important de constater que pour former un atome (2H) à partir de la fusion de deux atomes (1H), il a fallu quelque part qu'un atome (1H) soit transformé d'une manière ou d'une autre en un neutron. D'autre part, a contrario, un neutron extirpé d'un noyau atomique se transforme, en environ quinze minutes, en un proton, un électron et un antineutrino électronique. A priori, la manière dont se passent les choses tente de démontrer qu'un neutron est formé par la fusion d'un proton et d'un électron puisque la fission d'un neutron produit un proton et un électron. De plus, les astronomes considèrent qu'une étoile à neutron se forme lorsque son noyau central est tellement sous pression que les électrons s'approchent si près des protons que l'ensemble vient à former une étoile ne comportant que des neutrons. Il est donc logique d'inférer qu'un neutron représente, d'une certaine façon, un ensemble de deux particules opposées (électron-proton) en équilibre neutre et stable, lorsque confiné dans un noyau atomique.
Tritium:
La fusion d’un atome (1H) avec un atome (2H) forme un atome de tritium (3H). Un atome (3H) est un isotope d'hydrogène dont le noyau est formé d'un proton et de deux neutrons autour duquel orbite un électron. Cette fois encore un atome (1H) a dû, d'une manière ou d'une autre, fusionner en neutron.
La fusion d’un atome (1H) avec un atome (2H) peut aussi former un atome d'hélium (3He). Un atome (3He) est un isotope d'hélium dont le noyau est formé de deux protons et d'un neutron autour duquel orbitent deux électrons. Cependant, cette fois-ci, aucun atome d'hydrogène n’a été transformé en neutron puisqu'aucun neutron n'a été ajouté au noyau.
Hélium:
La fusion d'un atome (1H) avec un atome (3H) ou un atome (3He) forme un atome d'hélium (4He). Un atome (4He) est un isotope d’hélium dont le noyau est formé de deux protons et de deux neutrons autour duquel orbitent deux électrons. Il en résulte que pour former un seul atome d’hélium (4He) quatre atomes d'hydrogène (1H) ont dû fusionner en séquence plus ou moins régulière et rapide. Deux électrons et les quatre protons ont fusionné pour former le noyau de l'atome (4He) constitué de deux protons et deux neutrons. Les deux autres électrons restés hors du noyau sont demeurés en orbite autour de celui-ci. L'atome d’hélium (4He) occupe la deuxième case du tableau périodique des éléments chimiques de Mendeleïev.
Autres atomes:
En continuant de fusionner un atome d’hydrogène (1H) avec l’atome précédent produit, il est possible de former tous les atomes du tableau périodique des éléments chimiques de Mendeleïev et leurs isotopes. Certes, cette méthode de séquençage des atomes n'est pas entièrement conforme à la vision scientifique établie. Cependant, dans cet exposé de vulgarisation, elle offre l’avantage de simplifier grandement la compréhension de la structuration des atomes tout en permettant d'ouvrir de nouvelles pistes de réflexion pouvant mener à la notion que la formation des atomes procède du simple au complexe.
Conclusion:
La science nous enseigne que quelque part, au commencement de l'univers, des lignes de champs de force sont apparus de simples protons et de simples électrons. Puis, excités par l'énergie créative de l'univers primal, protons et électrons furent forcés de s'accoupler pour engendrer de simples atomes d'hydrogène (protium). Ensuite, au fil du temps, du refroidissement et de la force de gravitation, d'immenses nuages d'atomes d'hydrogène se condensèrent pour former divers types d'étoiles plus ou moins massives. Puis, en fonction de leur densité, des étoiles fusionnèrent davantage leurs atomes d'hydrogène pour former les éléments légers et stables. Plus tard, au coeur des étoiles plus massives, naîtront les éléments lourds plus complexes et moins stables. Et c'est au sein des laboratoires d’aujourd’hui que naissent et meurent les éléments hyper lourds encore plus complexes et très instables.
La nucléosynthèse des atomes d’hydrogène a permis la fabrication des 92 atomes différents de l'univers. Chacun de ces atomes possède ses propres caractéristiques. À force de les analyser et de les comparer, les physiciens et les chimistes en sont venus à les rassembler sous différents groupes possédant des caractéristiques communes.
Par la suite, c'est en mettant en commun leurs électrons de valence que les divers atomes, conçus par les étoiles de l'univers, arrivent à engendrer les molécules nécessaires à la conception de toutes les choses de l'univers incluant celles de la vie et de la conscience d'elle-même.
Cette conception, de l'interaction entre les protons et les électrons formant les neutrons, les atomes et les molécules, représente en quelque sorte la base binaire de l'univers. Cette notion nous incite à considérer que toute chose concrète connue dans l'univers est constituée de matière composée d’atomes d'hydrogène (protium) issus de l'union énergétique d'électrons et de protons.
Les lecteurs désireux d'en savoir davantage sont invités à consulter les références citées ci-dessous.
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Références: