Quelle Est La Force La Plus Forte De L’Univers?

En ce qui concerne les lois fondamentales de la nature, nous pouvons tout décomposer en quatre forces qui sont au cœur de tout dans l’Univers:

1. La force nucléaire forte: la force responsable du maintien des noyaux atomiques et des protons et neutrons individuels ensemble.
2. La force électromagnétique: la force qui attire et repousse les particules chargées, lie les atomes entre eux en molécules et en vie, et provoque le courant électrique, entre autres choses.
3. La force nucléaire faible: la force responsable de certains types de désintégration radioactive et de la transmutation de particules fondamentales lourdes et instables en particules plus légères.
4. Et la gravité: la force qui lie la Terre, le Système solaire et les étoiles et les galaxies ensemble.

Selon la façon dont vous la regardez, chaque force a une échelle et une circonstance dans lesquelles elle brille au-dessus de toutes les autres.

Descendez aux plus petites échelles – 10^-16 mètres, soit un million de fois plus petit qu’un atome – et la force nucléaire forte peut vaincre toutes les autres. Prenons le noyau d’hélium, par exemple: deux protons et deux neutrons, liés ensemble dans une configuration stable. Même la répulsion électromagnétique entre les deux protons ne suffit pas à surmonter la force forte ressemblant à de la colle qui maintient le noyau ensemble. Même si vous enlevez un neutron, vous laissant avec deux protons et un seul neutron, cet isotope de l’hélium est également stable. La force forte, aux plus petites distances, surmontera constamment toutes les autres et, par conséquent, dans de nombreuses circonstances, peut être considérée comme la plus forte.

Mais essayez de construire votre noyau atomique trop grand et la force électromagnétique prend le relais. L’uranium 238, par exemple, crachera de temps en temps un noyau d’hélium, car la répulsion entre les différentes parties du noyau est trop grande pour que la force forte puisse tout maintenir ensemble. À des échelles cosmiques plus grandes, ce sont les champs magnétiques intenses générés par les étoiles effondrées et la matière chargée en rotation rapide qui peuvent accélérer les particules vers les plus grandes énergies de l’Univers: les rayons cosmiques à très haute énergie qui nous bombardent de toutes les directions du ciel. Contrairement à la force forte, il n’y a pas de limite à la portée de la force électromagnétique; le champ électrique d’un proton peut être ressenti de l’autre côté de l’Univers.

La force nucléaire faible peut sembler le candidat le plus fort pour la force la plus forte, compte tenu de son nom, mais même cette faiblesse relative a ses moments pour briller. Dans les bonnes conditions, la force électromagnétique (travaillant pour repousser les composants chargés de la même manière) et la force nucléaire forte (travaillant pour lier les noyaux ensemble) peuvent s’annuler mutuellement, permettant à la force faible à très courte portée de prendre de l’importance. Quand c’est le cas, cela peut faire toute la différence pour la stabilité d’un système, car il peut provoquer une désintégration radioactive (bêta), où un neutron se transforme en un proton, un électron et un neutrino anti-électron. Les neutrons libres, de nombreux éléments lourds et même le Tritium, l’isotope instable présent dans l’eau radioactive (tritiée), mettent en évidence la puissance de la force faible.

Mais sur les plus grandes échelles — à l’échelle des galaxies, des amas de galaxies et plus encore none aucune des forces ci-dessus n’a autant d’importance. Même l’électromagnétisme, dont la portée peut s’étendre à travers l’Univers, n’a pas beaucoup d’effet, car le nombre de charges positives (principalement des protons) et le nombre de charges négatives (principalement des électrons) semblent être exactement égaux. Même observationnellement, nous pouvons contraindre la différence de charge dans l’Univers à être inférieure à une partie sur 10 ^ 34. L’Univers nous dit que même si l’électromagnétisme peut être beaucoup plus fort que la gravité entre deux particules quelconques, si vous assemblez suffisamment de particules qui sont globalement neutres électriquement (ou proches), la gravitation sera la seule force qui compte. La fusion nucléaire et la pression de rayonnement associée ne peuvent même pas déchirer les étoiles, car leur force d’attraction gravitationnelle surmonte cette poussée énergétique vers l’extérieur.

On trouve des amas de galaxies et d’énormes structures de plus d’un milliard d’années-lumière dans tout l’Univers. Et pourtant, si vous cherchez des structures de 8, 10 ou 15 milliards d’années-lumière, vous en trouverez absolument zéro dans tout le cosmos. La raison, assez déroutante, n’est pas due à l’une des forces que nous avons mentionnées, mais plutôt à un phénomène tout à fait inattendu: l’énergie noire.

Sur les plus grandes échelles, la petite quantité d’énergie fondamentale inhérente à l’espace lui-même – moins d’un Joule d’énergie par kilomètre cube d’espace – suffit à surmonter même l’attraction gravitationnelle entre les galaxies et les amas les plus massifs de l’Univers. Le résultat ? Une expansion accélérée, car les galaxies et les amas les plus éloignés s’éloignent de plus en plus les uns des autres à des rythmes toujours plus rapides au fil du temps. Sur les plus grandes échelles cosmiques, même la gravité n’arrive pas.

Alors qui est le plus fort? Sur les plus petites échelles, c’est la force forte. Pour atteindre les énergies les plus élevées, c’est la force électromagnétique. Pour les plus grandes structures liées, c’est la gravité. Et sur la plus grande échelle de toutes, c’est le mystérieux puzzle de l’énergie noire. En termes de magnitude absolue, l’énergie noire est la chose la plus faible de toutes: il a fallu à l’Univers près de la moitié de son âge pour commencer à révéler ses effets, et il n’a même pas été découvert par l’humanité avant 1998. Mais l’Univers est un très grand endroit, et lorsque vous additionnez tout le volume de l’espace et que vous regardez vers le futur lointain, l’énergie sombre sera la seule force qui compte à la fin.