La structure de la matière : stabilité et vibration

Dans les nombreux stages de yoga que j’ai suivis, les intervenants mentionnent presque toujours l’énergie et les vibrations comme sources essentielles à toute vie.

Et si nous percevons profondément ces notions d’énergie, de vibration, d’harmonisation ou de conflit vibratoire, c’est peut-être parce qu’elles sont au cœur même de la constitution de la centaine d’atomes, les briques fondamentales qui composent l’Univers, et donc notre corps et nos pensées.

Me penchant régulièrement sur les livres de physique pour assurer des soutiens scolaires bénévoles, je ressens avec admiration combien la philosophie millénaire du yoga a intégré les lois de physique régissant les notions d’énergie et de vibration, pourtant contre intuitives. Et devant faire comprendre à des élèves de lycée ces lois quelque peu mystérieuses, je me sers de la dimension spirituelle à laquelle m’a ouvert le yoga.

Dans une série de deux-trois articles sur énergie et vibration, je vous fais part de ces réflexions.

L’univers, de l’infiniment grand à l’infiniment petit vibratoire

Notre univers, peuplé de centaines de milliards de galaxies contenant chacune des centaines de milliards d’étoiles (voir notre article), est constitué de briques fondamentales : les 92 éléments naturellement présents sur Terre (hydrogène, carbone, oxygène, azote, …) qui composent tout ce que nous voyons. Ces atomes sont décrits par les lois de la physique quantique qui gouvernent l’énergie et les interactions à l’échelle infinitésimale. Ils sont à la base de toute vie.

Un atome est composé d’un noyau et d’un nuage d’électrons formant une vaste enveloppe autour de lui, à une distance environ 100 000 fois supérieure au diamètre du noyau. Pour se donner une idée : si le noyau était une balle de tennis au centre d’un stade, les électrons seraient de minuscules grains de poussière tout en haut des gradins.

Entre les deux ? Un vide immense — mais structuré par le champ électromagnétique et les lois de la physique quantique.

Le noyau est composé de neutrons (sans charge électrique) et de protons qui portent une charge électrique élémentaire positive +e (voir note 1). La plupart des noyaux sont remarquablement stables grâce à la force nucléaire forte, l’une des quatre interactions fondamentales de la nature (voir note 2).

On peut l’illustrer ainsi, imaginons deux personnes qui se retiennent avec une force immense. Tant que l’équilibre tient, l’ensemble est stable. Mais si cet équilibre est rompu — comme dans certains noyaux lourds tels que l’uranium — une énergie considérable peut être libérée : c’est le principe de la fission nucléaire.

Cette stabilité profonde du noyau est essentielle à l’existence des atomes, à l’image de Sthira, la fermeté stable recherchée dans la pratique du yoga.

L’électron : non pas une bille, mais une onde liée

Autour de ce noyau se déploie un nuage d’électrons avec une charge électrique négative −e (voir note 1). Mais les électrons ne sont pas de simples petites billes gravitant autour du noyau, comme le représentent encore les manuels scolaires de physique et la Figure 1.
S’ils l’étaient, l’attraction des électrons de charge électrique négative par le noyau de charge électrique positive les ferait inexorablement chuter vers le noyau. L’atome s’effondrerait, et l’Univers tel que nous le connaissons n’existerait pas.

En mécanique quantique, l’électron est décrit par une fonction d’onde : il n’a pas une position précise, mais une probabilité de présence répartie dans l’espace autour du noyau (Figure 2).

Prenons un bol tibétain comme image pour saisir cette notion contre intuitive.. Lorsque suite à une percussion, le bol tibétain vibre, ce n’est pas un point précis du métal qui « fait le son » — c’est l’objet tout entier qui entre en résonance, et seules certaines fréquences sont possibles. Mais cette résonance n’existe que parce que le bol a une forme, des parois, une épaisseur et que nous sommes dans un pièce. C’est la matière solide et dense du bol, sa forme, et les murs de la pièce qui délimitent l’espace dans lequel le son peut naître et s’épanouir.

L’atome, c’est cela : le noyau dense et chargé positivement joue à la fois le rôle du métal du bol, de sa forme et des murs de la pièce. Il attire les électrons de charge électrique négative et délimite l’espace dans lequel leur résonance peut prendre forme. Il en fixe les règles : seules certaines résonances y sont possibles, comme seules certaines notes peuvent être émises par un bol tibétain et peuvent résonner dans une salle donnée.

Cette image de résonance permet de visualiser le deux principes fondamentaux de la mécanique quantique rendent compte de cette stabilité étonnante de l’atome.

D’abord, l’énergie de l’électron est quantifiée : comme un instrument ne peut vibrer qu’à certaines fréquences propres, l’électron ne peut occuper que certains niveaux d’énergie discrets. Le plus bas de ces niveaux est appelé état fondamental, et il possède une énergie minimale non nulle.

Ensuite, le principe d’incertitude de Heisenberg impose qu’un électron ne peut être confiné arbitrairement près du noyau. Plus on chercherait à le localiser dans un espace restreint, plus son énergie cinétique augmenterait. Cette tension entre attraction électrique et incertitude quantique crée un équilibre stable : l’atome ne s’effondre pas. C’est comme si presser indéfiniment sur un ballon augmentait la pression interne au point de résister à toute compression supplémentaire.

Les pratiquants de yoga, dont la pratique affine jour après jour la perception des vibrations, tant intérieures qu’extérieures, verront dans cette image que le yoga murmure des principes fondamentaux de la physique quantique qui régit l’énergie et les interactions à l’échelle microscopique.

De l’atome à la vie

Et maintenant créons la vie !

Imaginez deux bols tibétains dans une même pièce que l’on approche lentement l’un de l’autre. Tant qu’ils sont distants, chacun chante seul. Mais dès qu’ils se rapprochent, leurs résonances se rencontrent et s’influencent — quelque chose de nouveau naît de cette proximité, une vibration commune qui n’appartenait ni à l’un ni à l’autre séparément. Et si l’on éloigne à nouveau les bols, chacun retrouve sa résonance propre : l’échange est réversible.

C’est exactement ce qui se passe lorsque deux atomes se rapprochent. Leurs nuages électroniques interagissent et se réorganisent. Selon les atomes en présence, les électrons peuvent être partagés entre les deux noyaux — les bols fusionnent partiellement leur chant (liaison covalente) — ou basculer entièrement de l’un vers l’autre — un bol cède sa résonance à son voisin (liaison ionique).

La Figure 2 représente une molécule d’eau, H₂O, essentielle à toute forme de vie connue. Les électrons sont davantage attirés par le noyau d’oxygène que par ceux des hydrogènes. Cette répartition asymétrique de la densité électronique crée une polarité électrique : une légère charge négative (rouge) du côté de l’oxygène et positive (violette) du côté des hydrogènes.

Cette polarité permet aux molécules d’eau d’interagir entre elles par des liaisons hydrogène, des interactions faibles mais nombreuses, qui confèrent à l’eau des propriétés remarquables : forte cohésion, tension superficielle élevée, grande capacité thermique. Ces propriétés stabilisent les milieux biologiques et rendent possibles les réactions chimiques complexes dont dépend la vie.

De plus les noyaux des atomes d’hydrogène ne sont jamais immobiles : ils oscillent en permanence autour de leur position d’équilibre. Ces mouvements correspondent à des modes vibratoires bien définis, eux aussi décrits par la mécanique quantique. Ainsi, l’eau n’est pas une structure figée : elle est à la fois polaire, vibratoire et organisée. C’est cette combinaison de polarité électrique et de vibration des noyaux qui fait que l’eau est essentielle pour les processus biologiques et la vie sur Terre, et peut-être ailleurs dans l’Univers (voir notre article).

Des assemblages d’un grand nombre d’atomes pour créer les molécules essentielles à la vie.

Imaginez maintenant non plus deux bols, mais des dizaines, des centaines, des milliers de bols placés dans un même espace. Chacun possède ses propres fréquences, ses propres modes de vibration. Lorsqu’ils sont rapprochés, leurs sons ne se fondent pas en une seule note uniforme : ils interagissent, se modifient mutuellement, créent des combinaisons nouvelles.

De manière analogue, lorsque de nombreux atomes s’assemblent, leurs nuages électroniques ne se confondent pas, mais leurs densités électroniques se redistribuent collectivement. Les orbitales atomiques se combinent pour former des orbitales moléculaires étendues sur plusieurs atomes (voir Figure 2). De ces réorganisations naissent des propriétés nouvelles : stabilité, flexibilité, capacité de reconnaissance, catalyse.

La vie n’est pas une vibration figée ni une harmonie permanente : elle est un état organisé loin de l’équilibre, continuellement entretenu par un flux d’énergie — lumière du Soleil, gradients chimiques, chaleur. L’énergie ne crée pas l’ordre à partir de rien : elle permet à des structures déjà possibles physiquement de se maintenir, de se transformer, d’explorer un espace immense de configurations.

Ainsi, des milliards d’atomes, soumis aux mêmes lois quantiques fondamentales, peuvent — lorsqu’ils sont organisés dans certaines conditions — donner naissance à des systèmes capables de se reproduire, d’évoluer et de percevoir.

C’est ce qui se passe dans des molécules complexes comme l’ADN ou les protéines. Elles sont composées de milliers d’atomes dont les densités électroniques se recouvrent partiellement et se réorganisent collectivement, donnant naissance à des propriétés nouvelles. De ces liaisons naissent les molécules (sucres, lipides, protéines, ADN, ARN…) qui sont les maillons essentiels à toute vie. Comme des bols que l’on peut rapprocher ou éloigner, ces assemblages sont flexibles et souvent réversibles : une densité électronique peut s’étendre vers un atome voisin, être partagée, puis se redistribuer — créant des liaisons dynamiques, continuellement remodelées. C’est ce qui se passe dans les milliards de réactions chimiques qui ont lieu en permanence dans notre corps, dans nos cellules et le liquide extracellulaire.

La vie peut alors être vue comme une orchestration dynamique d’interactions locales d’une complexité vertigineuse. Une danse que l’énergie — lumière du Soleil, chaleur, gradients chimiques — vient sans cesse entretenir, modifiant les équilibres, rendant possibles de nouvelles structures et de nouvelles formes.

Sthira et Sukha — écho de la danse de la matière

Tout l’Univers — des galaxies lointaines jusqu’aux cellules au creux de notre main — est composé d’une centaine d’éléments chimiques naturels. Chaque atome est constitué d’un noyau remarquablement stable, entouré de nuages électroniques décrits par leurs fonctions d’onde quantiques. La diversité, la complexité et l’immensité du monde émergent des assemblages multiples, flexibles et souvent réversibles de ces atomes, qui redistribuent et partagent leurs densités électroniques selon les lois de la physique.

Dans cette architecture fondamentale, je perçois une analogie avec la pratique du yoga.

La stabilité profonde du noyau m’évoque Sthira, l’assise, la fermeté. Sans cette stabilité, aucun état lié ne pourrait exister, aucune structure ne pourrait se maintenir.

Le nuage électronique, lui, déploie autour du noyau un espace de possibilités : vaste, ouvert, dynamique. Il n’est pas une agitation chaotique, mais un mouvement structuré, contraint par des lois précises. Cela m’évoque Sukha, l’aisance, l’espace intérieur.

Et l’un ne va pas sans l’autre.

C’est parce que le noyau est stable que l’électron peut se déployer. C’est parce que l’espace n’est pas infiniment contraint que la structure peut exister.

Le principe d’incertitude le rappelle d’une manière presque symbolique : confiner excessivement une particule, c’est augmenter son énergie, la contraindre davantage. Un équilibre subtil entre stabilité et ouverture rend possible l’existence même de l’atome.

Je ne dis pas que la physique démontre le yoga. Mais il est troublant de constater que les lois les plus fondamentales de la matière décrivent un monde où stabilité et liberté ne s’opposent pas : elles se conditionnent mutuellement.

Notes

1. Les protons portent une charge électrique élémentaire positive +e, les électrons une charge électrique élémentaire négative −e. Cette charge électrique élémentaire fait partie des 19 constantes fondamentales qui structurent l’Univers. Avec les autres lois de la physique, elle fixe l’équilibre subtil entre les forces et rend possible l’existence des atomes. Rien n’indique que ces constantes aient été « choisies ». Mais leurs relations sont telles qu’elles permettent à la matière de se stabiliser, aux étoiles de briller longtemps, aux molécules de se former.

2. La force nucléaire forte maintient ensemble les protons et les neutrons dans le noyau. À l’intérieur de ces particules, elle lie des constituants encore plus petits appelés quarks. Entre protons et neutrons, elle agit indirectement par l’échange de particules appelées mésons.