Éléments : est-​ce le hasard ?

“ TOUT objet dans l’univers, même l’étoile la plus distante, est fait d’atomes ”, explique L’encyclopédie des étoiles et des atomes (angl.). Pris individuellement, les atomes sont trop petits pour être vus, mais, groupés, ils forment des éléments chimiques courants. Certains de ces éléments sont visibles (les solides), d’autres invisibles (les gaz). L’existence des éléments chimiques peut-​elle s’expliquer par le hasard ?

Les éléments 1 à 92

Bien qu’il soit le plus simple des atomes, l’hydrogène alimente la combustion des étoiles comme le Soleil et est indispensable à la vie. Le noyau de l’atome d’hydrogène est un proton, et autour de ce noyau gravite un électron. D’autres éléments chimiques, comme le carbone, l’oxygène, l’or ou le mercure, sont composés d’atomes dont le noyau est constitué de nombreux protons et neutrons et autour duquel gravitent de nombreux électrons.

Il y a environ 450 ans, on ne connaissait que 12 éléments chimiques. À mesure qu’on en découvrait d’autres, on remarqua un ordre naturel entre eux. Et quand on en fit un tableau, on constata que les éléments d’une même colonne avaient des propriétés similaires. Mais il y avait des trous dans ce tableau : des éléments inconnus. Cela amena le savant russe Dimitri Mendeleïev à prédire l’existence de l’élément de numéro atomique 32, le germanium, ainsi que sa couleur, son poids, sa densité et son point de fusion. “ La prédiction [de Mendeleïev] relative à d’autres éléments manquants (le gallium et le scandium) s’avéra elle aussi tout à fait exacte ”, écrit le manuel scolaire Chimie (angl.), publié en 1995.

Par la suite, les scientifiques prédirent l’existence d’autres éléments et certaines de leurs caractéristiques. Finalement, on découvrit tous les éléments manquants. Il n’y a donc plus de trous dans le tableau. L’ordre naturel des éléments est fondé sur le nombre de protons dans le noyau de l’atome : l’hydrogène, de numéro atomique 1, est le premier, et l’uranium, de numéro atomique 92, le dernier (lequel existe généralement à l’état naturel sur la terre). Cet ordre peut-​il être une simple coïncidence ?

Voyez également la grande diversité des éléments. L’or et le mercure ont chacun une couleur éclatante distinctive. De plus, l’un est un solide, l’autre un liquide. Pourtant, ils se suivent (numéros 79 et 80). L’atome d’or a 79 électrons, 79 protons et 118 neutrons. L’atome de mercure n’a qu’un électron et  un proton de plus, et approximativement le même nombre de neutrons.

Est-​ce uniquement un hasard si une légère différence dans l’organisation des particules atomiques produit une telle diversité d’éléments ? Et que dire des forces qui lient ces particules ? “ De la plus petite particule à la plus vaste galaxie, tout dans l’univers obéit à des mécanismes que décrivent les lois de la physique ”, explique L’encyclopédie des étoiles et des atomes. Imaginez ce qui se produirait si un de ces mécanismes changeait ; si, par exemple, une modification intervenait dans la force qui maintient les électrons en orbite autour du noyau atomique.

Des forces bien réglées

Que produirait un affaiblissement de la force électromagnétique ? “ Les électrons s’échapperaient des atomes ”, répond le professeur David Block dans son livre La surveillance des étoiles (angl.). Quelles en seraient les conséquences ? “ Aucune réaction chimique ne serait possible dans l’univers ! ” ajoute-​t-​il. Réjouissons-​nous donc que des lois invariables permettent les réactions chimiques ! C’est ainsi que deux atomes d’hydrogène se combinent avec un atome d’oxygène pour former une molécule d’eau, substance précieuse s’il en est.

La force électromagnétique est environ 100 fois plus faible que la force nucléaire forte, qui assure la cohésion du noyau des atomes. Que se passerait-​il si ce rapport changeait ? “ Si le rapport entre la force nucléaire et la force électromagnétique était légèrement différent, il n’y aurait pas d’atomes de carbone ”, expliquent les scientifiques John Barrow et Frank Tipler. Or sans carbone il n’y aurait pas de vie. Les atomes de carbone représentent en effet 20 % du poids de tout organisme vivant.

Tout aussi décisif est le rapport entre la force électromagnétique et la gravitation. “ Le plus infime changement dans le rapport entre la force gravitationnelle et la force électromagnétique transformerait les étoiles comme le Soleil en géantes bleues ou en naines rouges ”, dit la revue New Scientist. La Terre n’abriterait alors aucune vie : beaucoup trop de chaleur dans le premier cas, pas assez dans le second.

Une autre force, la force nucléaire faible, régit, elle, la vitesse des réactions nucléaires à l’intérieur du Soleil. “ Elle est juste assez faible pour que l’hydrogène du soleil brûle à une vitesse lente et régulière ”, écrit le physicien Freeman Dyson. Quantité d’autres exemples montrent que notre vie dépend du fin réglage des lois et des conditions présentes dans l’univers. Comparant ces lois et conditions à une série de manettes, le professeur et auteur scientifique Paul Davies écrit : “ Il semble que les manettes doivent être positionnées avec une précision extrême pour que l’univers soit tel que la vie puisse s’y développer. ”

Bien avant que Sir Isaac Newton ne découvre la loi de la gravitation, la Bible parlait de ces lois invariables. Ainsi, Job s’entend demander : “ Sais-​tu à quelles lois le ciel doit obéir ? Est-​ce à toi de régler leur action sur la terre ? ” (Job 38:33, Bible en français courant). Ces autres questions portant à l’humilité lui furent posées : “ Où étais-​tu quand j’ai fondé la terre ? ” et : “ Qui en a fixé les mesures, si tu le sais ? ” — Job 38:4, 5.

[Encadré, page 6]

INDISPENSABLES ÉLÉMENTS

Les éléments chimiques que sont l’hydrogène, l’oxygène et le carbone constituent environ 98 % des atomes de notre corps. Vient ensuite l’azote (1,4 %). D’autres éléments sont, eux, présents en très faible quantité, mais ils n’en sont pas moins indispensables à la vie.

[Tableau/Schéma, pages 6, 7]

(Voir la publication)

 À ce jour, les scientifiques ont produit les éléments 93 à 118 (avec quelques trous). Comme on pouvait s’y attendre, ces éléments respectent la loi du tableau périodique.

[Indication d’origine]

Source : Los Alamos National Laboratory.

Nom de l’élément Symbole Numéro atomique

(nombre de protons)

hydrogène H 1

hélium He 2

lithium Li 3

béryllium Be 4

bore B 5

carbone C 6

azote N 7

oxygène O 8

fluor F 9

néon Ne 10

sodium Na 11

magnésium Mg 12

aluminium Al 13

silicium Si 14

phosphore P 15

soufre S 16

chlore Cl 17

argon Ar 18

potassium K 19

calcium Ca 20

scandium Sc 21

titane Ti 22

vanadium V 23

chrome Cr 24

manganèse Mn 25

fer Fe 26

cobalt Co 27

nickel Ni 28

cuivre Cu 29

zinc Zn 30

gallium Ga 31

germanium Ge 32

arsenic As 33

sélénium Se 34

brome Br 35

krypton Kr 36

rubidium Rb 37

strontium Sr 38

yttrium Y 39

zirconium Zr 40

niobium Nb 41

molybdène Mo 42

technétium Tc 43

ruthénium Ru 44

rhodium Rh 45

palladium Pd 46

argent Ag 47

cadmium Cd 48

indium In 49

étain Sn 50

antimoine Sb 51

tellure Te 52

iode I 53

xénon Xe 54

césium Cs 55

baryum Ba 56

lanthane La 57

cérium Ce 58

praséodyme Pr 59

néodyme Nd 60

prométhéum Pm 61

samarium Sm 62

europium Eu 63

gadolinium Gd 64

terbium Tb 65

dysprosium Dy 66

holmium Ho 67

erbium Er 68

thulium Tm 69

ytterbium Yb 70

lutétium Lu 71

hafnium Hf 72

tantale Ta 73

tungstène W 74

rhénium Re 75

osmium Os 76

iridium Ir 77

platine Pt 78

or Au 79

mercure Hg 80

thallium Tl 81

plomb Pb 82

bismuth Bi 83

polonium Po 84

astate At 85

radon Rn 86

francium Fr 87

radium Ra 88

actinium Ac 89

thorium Th 90

protactinium Pa 91

uranium U 92

neptunium Np 93

plutonium Pu 94

américium Am 95

curium Cm 96

berkélium Bk 97

californium Cf 98

einsteinium Es 99

fermium Fm 100

mendélévium Md 101

nobélium No 102

lawrencium Lr 103

rutherfordium Rf 104

dubnium Db 105

seaborgium Sg 106

bohrium Bh 107

hassium Hs 108

meitnerium Mt 109

110

111

112

114

116

118

[Schéma]

(Voir la publication)

L’ordre et l’harmonie des éléments dans le tableau périodique nous parlent-​ils de hasard ou d’intelligence ?

Atome d’hélium

Électron

Proton

Neutron

[Schéma/Illustration, page 7]

(Voir la publication)

Comment expliquer le réglage si précis des quatre forces fondamentales de la physique ?

FORCE ÉLECTROMAGNÉTIQUE

FORCE NUCLÉAIRE FORTE

GRAVITATION

FORCE NUCLÉAIRE FAIBLE

Molécule d’eau

Noyau atomique

Géante bleue

Naine rouge

Soleil