Un atome est un élément fondamental de la matière. Nous voyons une image de l’atome dans les livres et vous avez peut-être dessiné l’atome pendant vos années d’école. Est-ce qu’un atome a l’air tout rond comme ça ?
L’image réelle d’un atome
Nous sommes un être qui veut tout visualiser. Nous voulons voir la lumière en termes de rayons ou même des quantités abstraites comme l’amour en termes de comportements. Peut-être que la visualisation assure l’existence de quelque chose à mon avis. Oui, l’essence même de l’existence de quelque chose est sa visualisation.
C’est pourquoi les concepts d’atomes ont été écartés jusqu’à ce qu’Albert Einstein laisse les gens visualiser les atomes par l’interprétation statistique du mouvement brownien. Viola ! Il y a un atome, il existe mathématiquement. Mais, l’image réelle de l’atome est restée obscure en raison de sa nature miniature. Maintenant, les choses sont différentes.
À quoi ressemble un atome ?
Les atomes sont des choses qui composent toute matière. Donc, dans un sens, vous voyez des atomes. C’est ce que tout est, vous êtes aussi un amas d’atomes, n’est-ce pas ? Mais vous êtes-vous interrogé sur l’image de l’atome, un atome individuel ?
La taille d’un atome est d’environ 10-100 milliardièmes de fraction de mètre. Donc, visualiser un atome individuel est une tâche un peu difficile, pas impossible comme la technologie moderne l’a insinué. Malgré cette nature miniature, le développement du microscope électronique a permis aux scientifiques de prendre des photos d’un atome. Vous pouvez trouver une photo d’un atome, unique et isolé, ici.
Les atomes sont des objets ponctuels. Un point sur un papier est approximativement circulaire et dans un espace tridimensionnel, c’est une sphère. Donc, en un sens, il est habituel de penser qu’un atome est sphérique.
Aussi, si vous avez un microscope à très haute résolution, qui peut distinguer un objet séparé par près de centaines de millionièmes de fraction de mètre, vous pouvez juste voir un point, une sphère. Peut-être qu’à l’avenir nous serons capables de voir avec beaucoup plus de détails, mais pour l’instant, c’est juste une sphère. La meilleure image d’un atome est une image mathématique.
L’atome est-il alors une sphère parfaite ?
La photo que nous avons prise jusqu’à présent montre qu’ils sont sphériques. Même dès le début du niveau scolaire, on nous a appris que les atomes sont sphériques, chaque démonstration contenait des objets sphériques ressemblant à des boules de billard comme atomes. Mais, cette image sphérique est-elle correcte ?
Dans certaines approximations, cette image de l’atome est correcte. Il peut y avoir des distorsions et nous pouvons les ignorer pour faciliter les choses. Les nuages d’électrons tournant autour d’un potentiel mis en place par le noyau avec une certaine énergie discrète, nous donnant une vue sphérique.
Des difficultés de visualisation
La taille d’un atome est extrêmement petite. Il y a donc diverses difficultés à se le représenter. La lumière visible ordinaire a une longueur d’onde bien supérieure à la taille des atomes, elle ne peut donc pas être utilisée pour voir les atomes. Cette lumière peut être diffractée et ne permet pas de former une image claire. Cependant, les électrons peuvent avoir une longueur d’onde 100 000 fois plus petite que la lumière visible, ils peuvent donc avoir un meilleur pouvoir de résolution.
Le microscope électronique peut également être utilisé pour voir les atomes, mais sa résolution reste limitée. Nous pouvons voir juste l’image sphérique d’un atome comme nous l’avons discuté ci-dessus. Et, un microscope ayant une meilleure résolution que le microscope électronique n’a pas encore été développé.
La taille du monde atomique n’est pas seulement la raison qui le rend difficile à visualiser, sa bizarrerie rend les choses encore plus complexes. Les électrons d’un atome se comportent aussi bien comme une onde que comme une particule et il existe une incertitude, celle d’Heisenberg. Ainsi, voir les atomes comme nous voyons les objets dans la vie réelle est complètement absurde. Il n’y a qu’une seule véritable image de l’atome et son image mathématique.
L’image réelle d’un atome
Les atomes sont en fait invisibles pour nous. La lumière visible, celle que nous voyons, ne peut pas résoudre l’image d’un atome. Ainsi, l’image réelle d’un atome est mathématique. Les mathématiques sont la seule chose ressentie par les physiciens et une image mathématique est la véritable image de l’atome.
Selon elle, les électrons sont autour du noyau, chacun dans un état fixe, représenté par une fonction mathématique appelée fonction d’onde. Pas seulement les électrons, mais toute la particule quantique peut être représentée par une fonction d’onde. La fonction d’onde possède toutes les informations sur la particule et si nous voulons mesurer toute valeur qui lui est associée, nous utilisons un opérateur qui lui est associé.
De même, les particules du noyau, les neutrons et les protons peuvent également être représentés par de telles fonctions d’état. Finalement, la seule chose dont nous avons besoin est la valeur mathématique des différentes quantités qui sont associées à une particule, qui peut être obtenue à partir de ces fonctions. Si nous pouvons les calculer avec une plus grande précision, la résolution est plus grande. C’est à cela que ressemble la photo d’un atome, il suffit de calculer, après tout, voir est aussi un acte de mesure.