Richard P. Feynman : “Si toute la connaissance scientifique disparaissait dans un cataclysme, quelle phrase unique pourrait préserver le maximum d’information pour les générations futures? Comment pourrions-nous leur transmettre au mieux notre compréhension du monde? Je propose : “Toutes choses sont faites d’atomes, petites particules animées d’un mouvement incessant, qui s’attirent lorsqu’elle sont distantes les unes des autres, mais se repoussent lorsqu’on les force à se serrer trop près.”Cette seule phrase contient, vous le verrez, une quantité énorme d’information sur le monde, pour peu que l’on y mette un peu d’imagination et de réflexion”.

I- LA MATIÈRE

On peut donner comme définition de la matière : tout ce qui est pesant, c’est la position officielle du programme de l’école primaire, et on ne doit peser l’air qu’à partir du cycle 3. Mais il existe des particules qui ne constituent pas la matière et qui ont cependant une masse (les bosons W⁺ , W^- et Z⁰ ). De plus, toutes les particules, même celles qui ont une masse nulle, sont sensibles à la gravitation.

En physique, les particules de matière (électron, proton etc) obéissent au principe d’exclusion de Pauli, dont l’interprétation revient à dire que la matière “tient sa place”et est impénétrable. Ainsi un électron ne peut aller dans une région déjà occupée par un autre électron dans le même état quantique.

Ainsi, le meilleur exemple de matière est un solide comme une table, qui résiste à la pénétration : ainsi un objet ne peut passer à travers la table.

Au 17^e siècle, il y eut, avec NEWTON, un renouveau de l’atomisme en Angleterre, tandis qu’en France, la physique piétinait avec Descartes.

L’atomisme se résume en disant que l’univers est constitué d’atomes et de vide, le vide étant dans cette théorie, aussi important que les atomes. Cette théorie provient de l’intuition des grecs LEUCIPPE et DÉMOCRITE. Mais, NEWTON, reprenant cette théorie philosophique et l’intégrant dans une théorie mathématique avec la gravitation universelle (Principia mathematica 1687) qui permet de confronter les résultats avec l’expérience, en fit la première théorie de physique moderne. NEWTON considère que la chose la plus fondamentale est l’étendue du vide, et Dieu est omniprésent dans le vide. “God is as far as vacuum extends” Dieu est infini comme l’espace, il habite le vide. La matière est alors considérée comme du vide rendu impénétrable par Dieu. Les corps ne sont que des espaces où Dieu a interdit la pénétration. Cette géniale intuition rejoint la physique moderne où on considère les particules de matière comme des excitations de champs quantiques dans le vide (théorie quantique des champs) obéissant au principe d’exclusion de PAULI.

Considérant cette définition de la matière il nous reste à voir comment la matière, sous forme liquide ou gazeuse est encore de la matière, c’est à dire présente encore un caractère d’impénétrabilité.

II- LES SOLIDES, LES LIQUIDES, ET LES GAZ

1- Définition

Solide : qui a une forme propre. La distance de deux point  du solide reste invariable.

Liquide : Prend la forme du récipient, surface libre plane et horizontale.

Gaz : Occupe tout le volume disponible, sauf pour l’atmosphère retenue autour de la Terre par la gravité. Donc, pas de surface libre.

2- Impénétrabilité des liquides et des gaz

Le sable est constitué de grains solides, mais on peut enfouir un caillou dedans car les grains de sable peuvent s’écarter sur son passage. De même, bien que les liquides et les gaz soient constitués de matière impénétrable, cette matière s’écartant au passage d’un objet, les objets peuvent se déplacer dedans. Mais, enfermons de l’eau dans une seringue et bouchons l’extrémité. Il devient impossible d’enfoncer le piston. L’eau est incompressible, ou pratiquement incompressible.

Remplaçons l’eau par un gaz, comme de l’air, on peut alors enfoncer le piston, mais cela devient de plus en plus dur. Il y a résistance. Si on lache le piston, il repart en arrière avec un phénomène d’élasticité. L'air est impénétrable mais compressible. On voit sur l'animation que la coloration du gaz (dioxyde d'azote) augmente quand on le compresse, ce qui correspond à une plus grande densité de molécules.

3- Autres expériences mettant en évidence l’air immobile

Si il y a un trou, cela fait des bulles dans l’eau et le le piston (2) ne bouge plus.