Stephen Hawking: l'alchimie cosmique

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Comment toute la diversité autour de nous est-elle explicable ? Comment s'est elle formée suite à un point simple et unique qui était le Big-Bang ?
C'est à ces questions que ce reportage tente de répondre...

Ce sont les alchimistes qui se sont intéressés en premier à trouver une réponse à cette question. Ils tentaient de transformer des matières primaires en or qui était considéré comme la plus parfaite de toutes les matières.
Ainsi, selon eux, l'énergie pourrait transformer un type de matière en un autre et tout ce qui constituerait l'univers pourrait être reproduit à l'aide des quatre éléments.
La terre donnerait ainsi la forme aux choses, l'eau serait le dissolvant universel, le feu serait l'énergie vital et l'air donnerait l'espace ainsi que le mouvement.
De cette façon, on pourrait changer l'identité d'une substance en jouant sur l'équilibre élémentaire.
Cependant, avec l'émergence de la science, ces pratiques et croyances seront vite relayés au rang de sorcellerie et de superstition.
Pourtant, en regardant l'alchimie avec les yeux de la science actuelle, on peut y voir une véritable pré-science, car au final on arrive à la même conclusion... Tout est issu d'une source unique.

Plus tard, les techniques qu'utilisaient les alchimistes seront reprises par les chimistes.
Dimitri Mendeleiev s'étonne d'ailleurs de comment le verre peut-être créé par la combinaison de facteurs différents.
Ainsi les chimistes réduisent des composées chimiques en morceaux qui leur semblent fondamentaux, appelés « éléments » car ils sont indivisables.
A l'époque de Mendeleiev, les chimistes pensaient qu'il existait pas moins de 65 éléments fondamentaux qui regroupent les différents états de la matière : les solides, les liquides et les gaz.
On arrivera ensuite à la notion des atomes.

Les chercheurs de l'époque ont constaté qu'une grande quantité d'un seul élément pouvait peser le même poids qu'une plus petite quantité d'un autre. Ils arrivent donc à la conclusion que les atomes qui les constituent n'auraient pas la même masse.
Dimitri Mendeleiev se pencha sur cette question de masse des atomes et découvrit qu'un élément métallique se différenciait d'un élément non-métallique par sa seule masse atomique.
Il fit ainsi un classement des éléments en fonction de l'accroissement de leur masse atomique et rassembla les éléments possédant des propriétés chimiques similaires. Il créa ainsi ce qu'on appelle de nos jours, le tableau périodique des éléments.
Il s'aperçut ainsi que des « trous » existaient dans sa classification et il conclut qu'ils seront plus tard bouchés par la découverte de nouveaux éléments.

Suite aux travaux de Mendeleiev, de nombreuses recherches portant sur l'uranium ont été lancés.
Marie Curie cherchant un sujet pour sa thèse de doctorat s'inspira des travaux d'Henri Becquerel qui avait placé de l'uranium sur une plaque photographique puis l'avait enroulé dans du papier opaque avant de l'enfermer dans un tiroir.
Quelques jours plus tard, il découvrit que la photographie fut affectée et conclut donc à l'émission d'ondes invisibles de l'uranium. Il mit en évidence que ces dernières étaient capables de transporter le courant électrique dans l'air, cependant, l'intensité est très faible, inférieure à un ampère.
Marie Curie décida donc de chercher une façon de mesurer la puissance de ces rayons émis par l'uranium et construisit un dispositif spécial où l'uranium était placé entre deux plaques de manière à ce que le maximum de courant soit transmis de l'une à l'autre, tout ceci étant relié à un électromètre produisant de l'électricité mesurable.
Elle put de cette manière trouver l'intensité du courant de l'uranium en comparant ces deux mesures.
Pierre et Marie Curie se sont ensuite demandés si d'autres matériaux étaient capables de dégager de l'énergie de manière équivalente à l'uranium et ce sont donc penchés sur la Pechblende qui est le minéral dont est extrait l'uranium.
Ils découvrirent alors, contre toute attente, que le courant dégagé était quatre fois plus important.
Après avoir isolé la Pechblende, ils découvrirent deux nouveaux éléments qui sont le polonium et le radium et mirent en évidence que ce dernier était capable de dégager de la lumière.

E. Rutherford et F. Soddy découvrirent quant-à-eux la véritable nature de ces radiations qui était auparavant inconnue par les Curie eux-mêmes.
Ainsi, en 1899, ils tentèrent de comprendre ce qu'il se passait exactement lorsque des rayons étaient émis du radium et voulurent donc mesurer leur taux de diffusion.
Ils mirent ainsi en évidence que ce n'est pas sous forme gazeuse que le rayonnement était émis mais que ce dernier devait donc correspondre à un nouvel élément produit directement par le radium. C'est ce qu'ils appelèrent « la transmutation spontanée ».
En partant de ce postulat, il est possible d'imaginer que tous les éléments constituant la matière soient issus d'une même source.

Albert Einstein, dans sa théorie de la relativité publia sa célèbre équation E=MC². Littéralement, cela veut dire que l'énergie est égale à la masse multipliée par la vitesse de la lumière au carré. Autrement dit, que l'énergie peut découler de la masse et donc de la matière.
Ainsi, selon la célèbre citation de Lavoisier « rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme » l'énergie se conserve également et passe d'une forme à une autre.

Rutherford a donc fait des études sur les particules émises en plus des émanations de radium. Il les a orienté vers une mince feuille d'or et a constaté que certaines particules rebondissaient dessus et il put ainsi mettre en évidence l'extraordinaire force de cohésion de l'atome.
Plus tard, il voulut briser l'atome pour en étudier ses constituants.
Il mit ainsi en évidence que le noyau de l'atome était constitué de particules de charges électriques différentes qui restaient ainsi en cohésion.

Avec l'avancée de la science, on put découper l'atome en toujours plus de petites unités. Par cette pratique, on a pu expliquer et expérimenter l'équation d'Einstein. L'énergie et la matière sont donc bien interchangeables.

Pour Paul Dirac, pour que l'équation d'Einstein puisse être vraie, il faudrait non seulement que l'énergie produise de la matière mais qu'en plus elle produise son image en négatif, c'est-à-dire de l'anti-matière.
Cette dernière pourrait transformer toute matière en énergie si celle-ci interagit avec elle. Et inversement, on peut également créer de la matière et de l'anti-matière avec de l'énergie, ce qui pourrait expliquer l'origine du big-bang.
La différence majeur entre ces deux composants sont leurs charges électriques opposées.

Carl Anderson grâce à un dispositif spécial appelé « chambre à détente » situé entre deux aimants pour dévier les particules en fonction de leur charge arriva ainsi à prouver l'existence de l'anti-matière.

Ainsi, lors du big-bang la matière et l'anti-matière auraient été conçues en même temps et c'est sous l'effet des photons (particules de lumière) qui sont non chargés que ces deux éléments auraient pu se séparer sans rentrer en collision et s'auto-annihiler.
De plus, la symétrie entre matière et anti-matière n'est pas parfaite au sein de l'univers et il existe une proportion supérieure de matière, ce qui permet à cette dernière de perdurer.

Pour conclure, nous pouvons dire que le Big-Bang en donnant naissance à la matière et à l'anti-matière a donc permis la création de particules élémentaires qui sous l'action d'entrechocs successifs ont donné naissance à de plus en plus de particules.
Puis avec l'expansion et le refroidissement de l'univers, elles se sont de moins en moins multipliées et se sont de plus en plus associées.
Au bout de seulement une seconde, des noyaux se sont produits. Il faudra cependant attendre 200 000 ans ensuite pour que les atomes voient le jour.
Enfin, les atomes d'hydrogènes se sont condensés pour former des nuages de plus en plus denses et chauds afin de donner naissance aux galaxies et aux étoiles.

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Complément : univers



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