Les Grecs anciens ont prédit l’atome il y a 2400 ans

Les philosophes de la Grèce antique avaient des théories sur presque tout ce qui était connu.

Seriez-vous capable de deviner l’origine du mot « atome » ? La bonne réponse est le grec ancien.

Traduit en anglais, il signifie « indivisible ». On pense que la première idée que la matière lisse et continue est en fait constituée d’un grand nombre de particules (atomes), les plus petites et donc invisibles, a été avancée par le philosophe grec antique Démocrite.

Cependant, nous ne savons pratiquement rien de la vie de Démocrite, et les œuvres originales de ce penseur n’ont pas survécu jusqu’à ce jour. Par conséquent, les idées de Démocrite ont été connues principalement par des citations de ses œuvres, que nous retrouvons chez d’autres auteurs, principalement chez Aristote.

Démocrite par le peintre Hendrik ter Brugghen, 1628. Crédit : Rijks Museum

Comment Démocrite a-t-il prédit l’atome ?

La logique du raisonnement de Démocrite, si on la traduit en langage moderne, est extrêmement simple. Imaginez, disait-il, que nous ayons le couteau le plus aiguisé du monde. Nous prenons le premier objet matériel qui nous tombe sous la main et le coupons en deux, puis nous coupons également en deux l’une des moitiés qui en résulte, puis nous coupons en deux l’un des quarts qui en résulte, et ainsi de suite.

Tôt ou tard, affirmait-il (en se fondant, comme tous les penseurs de la Grèce antique, essentiellement sur des considérations philosophiques), nous obtiendrons une particule si petite qu’elle ne pourra plus être divisée en deux. Ce sera l’atome indivisible de la matière.

Selon les idées de Démocrite, les atomes étaient éternels, immuables et indivisibles. Les changements dans l’univers se produisaient uniquement en raison des modifications des liens entre les atomes, mais pas en eux-mêmes. Il contournait ainsi subtilement la longue querelle des philosophes grecs de l’Antiquité sur la question de savoir si l’essence même du monde visible est sujette au changement ou si tous les changements qu’il subit sont purement externes.

Aujourd’hui, seul le mot « atome » lui-même a survécu aux idées de Démocrite sur l’atome. Nous savons maintenant que l’atome est constitué de particules plus fondamentales. Il est clair qu’il y a peu de choses en commun entre la théorie de la Grèce antique et la recherche scientifique moderne : les idées de Démocrite n’étaient fondées sur aucune observation ou expérience pratique. Démocrite, comme tous les philosophes de l’Antiquité, se contentait de raisonner et de tirer des conclusions spéculatives sur la nature du monde.

Néanmoins, les travaux de Démocrite ne sont pas passés inaperçus dans le monde moderne. La dernière pièce grecque de 10 drachmes (désormais retirée de la circulation et remplacée par l’euro) représente un portrait de Démocrite à l’avers et un modèle schématique de l’atome au revers.

Démocrite était appelé « le philosophe rieur » (il semble qu’il avait un sens de l’humour inhabituel pour les autres philosophes de l’Antiquité). Est-ce la raison pour laquelle la pièce commémorant sa mémoire représente l’atome de lithium, un élément chimique qui est aujourd’hui largement utilisé pour traiter la dépression ?

La pièce grecque de 10 drachmes de 1978 avec des images de Démocrite et d’un atome. Crédit : Reddit

Évolution des théories atomiques

L’idée de la structure atomique de la matière est restée une construction purement philosophique jusqu’au début du 19e siècle, lorsque les fondements de la chimie en tant que science se sont formés. Les chimistes ont été les premiers à découvrir que de nombreuses substances se décomposent en composants plus simples au cours des réactions.

Par exemple, l’eau se décompose en hydrogène et en oxygène. Cependant, certaines substances – le même hydrogène et le même oxygène – ne peuvent pas être décomposées en composants par des réactions chimiques. Ces substances étaient appelées éléments chimiques.

Au début du 19e siècle, on connaissait une trentaine d’éléments chimiques (au moment où nous écrivons ces lignes, plus de 110 d’entre eux ont été découverts, y compris ceux obtenus artificiellement en laboratoire ; voir Tableau périodique).

En outre, on a découvert que, dans le processus des réactions chimiques, le rapport quantitatif des substances participant à cette réaction ne change pas. Ainsi, pour obtenir de l’eau, on prend invariablement huit fractions massiques d’oxygène et une fraction d’hydrogène.

Le premier à offrir une interprétation significative de ces faits fut John Dalton, dont le nom est immortalisé par la loi de Dalton, qu’il a découverte. Dans ses expériences chimiques, il a étudié le comportement des gaz, mais son champ d’intérêt ne s’est pas limité à cela. En 1808, il commence à publier son ouvrage fondamental en deux volumes intitulé « A New System of Chemical Philosophy », qui a radicalement influencé le développement ultérieur de la chimie.

Dans cet ouvrage, Dalton suggère qu’il n’est possible de comprendre et d’interpréter les dernières réalisations de la chimie expérimentale qu’en acceptant que chaque élément chimique dans ces expériences correspond à un atome unique pour lui et que c’est le mélange et la combinaison de ces atomes dans diverses proportions qui conduisent à la formation des produits chimiques observés dans la nature.

Par exemple, l’eau, selon Dalton, est constituée d’une combinaison de deux atomes d’hydrogène et d’un atome d’oxygène (la formule bien connue H2O). Le fait que tous les atomes de même nature ne se distinguent pas les uns des autres a permis d’expliquer pourquoi, dans les réactions chimiques, ils se retrouvent toujours dans des proportions constantes.

Ainsi, dans le cas de l’eau, deux atomes d’hydrogène sont toujours les mêmes, où que l’on prenne cette eau, et sont toujours dans la même liaison avec un seul atome d’oxygène.

Pour Dalton, comme pour Démocrite, les atomes restent indivisibles. Dans les brouillons et les livres de Dalton, on trouve des dessins où les atomes sont représentés sous la forme de boules. Cependant, le postulat de base de son œuvre – à savoir que chaque élément chimique correspond à un type particulier d’atome – constitue la base de toute la chimie moderne.

Ce fait reste immuable même aujourd’hui lorsque l’on sait que chaque atome est lui-même une structure complexe et qu’il se compose d’un noyau lourd, chargé positivement, et d’électrons légers, chargés négativement, qui gravitent autour du noyau.

Il suffit de se tourner vers les complexités de la mécanique quantique pour comprendre que le concept d’atome ne s’est pas épuisé, même au XXIe siècle. Pas mal, cependant, pour une idée née d’une controverse philosophique il y a près de 2 500 ans !

Lire aussi : Comment les anciens Grecs savaient que la Terre était ronde

Source : Curiosmos – Traduit par Anguille sous roche