Les quatres forces fondamentales de la nature

Notre Univers est entièrement modelé par des forces, ou intéractions. Ces forces se manifestent à toutes les échelles: de la gravitation, qui fait que nous avons les pieds sur Terre, en passant par la forces électromagnétiques, qui permet de lier les atomes entre eux pour former des molécules, et qui est aussi responsable des réactions chimiques, puis les deux forces nucléaires faible et forte, qui assure la cohésion des noyaux atomiques. Nous allons donc voir dans cette partie les différentes forces connues de notre monde et leurs caractéristiques.

Tout d'abord, la force de gravitation, ou gravité. C'est une force qui s'exerce à l'échelle macroscopique, c'est elle qui permet aux planètes de tourner autour du soleil, aux hommes de rester sur Terre, à la Lune de tourner autour de la Terre ... Mais elle est aussi responsable de l'organisation du cosmos: sans elle, les structures telles les étoiles et les galaxies n'existeraient pas. Dans ses lois de la gravitation universelle, Isaac Newton nous apprend que la force de gravitation exercée par un corps est inversement proportionnelle au carré de la distance qui nous sépare de ce corps: cela signifie que, lorsqu'on double la distance, alors la force est divisée par 4, si on triple la distance, alors la force sera divisée par 9 etc etc ... Un exemple concret: vous vous situez à une certaine distance du Soleil, celui exercera une certaine force sur vous. Si vous doublez votre distance du Soleil, alors cette force sera 4 fois plus faible. Si vous triplez vous votre distance, la force sera 9 fois plus faible. Nous verrons dans le chapitre sur la relativité et l'espace-temps que la gravitation n'est plus une force exercée par un corps, mais la manifestation de la courbure de l'espace-temps au voisinage d'un corps massif (voir la relativité)

Maintenant parlons un peu de la force électromagnétique. C'est cette force qui maintient les électrons en orbite autour du noyau atomique. C'est elle aussi qui est responsable de beaucoup de phénomène observé dans la nature: les réactions chimiques par exemple, résulte de transfert d'électrons entre atomes ou d'atomes entre des molécules. Cette force est également responsable de tous les phénomènes électriques et magnétiques. Tout comme la force de gravitation, la force électromagnétique décroit avec le carré de la distance qui sépare deux particules soumises à cette force. Cette force est cependant plus intense que la force de gravitation, ce qui explique pourquoi on peut soulever un clou avec une simple aimant.

Pour terminer, voyons un peu ce que sont les forces nucléaires forte et faible. La force nucléaire forte est la force qui maintient les nucléons liés dans le noyau atomique, ainsi que les quarks dans les nucléons (voir chapitre sur la matière). Cette force nucléaire est extrêmement intense, beaucoup plus puissante que la force électromagnétique et la force de gravitation, mais a une portée beaucoup plus réduite, de l'échelle du noyau de l'atome. La force nucléaire faible quant à elle, est responsable de la désintégration des noyaux radioactifs mais je ne rentrerais pas dans les détails pour cette force.

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