C’est une affirmation qui semble défier le bon sens et l’expérience quotidienne. En ce moment même, vous sentez le poids de votre corps sur votre chaise, la texture de vos vêtements sur votre peau ou le contact froid de l’écran de votre téléphone sous vos doigts. Votre cerveau vous envoie un message clair : « Je touche cet objet ». Pourtant, d’un point de vue purement physique, c’est une illusion totale. À l’échelle atomique, le véritable contact est une impossibilité absolue. Vous lévitez en permanence à quelques nanomètres de tout ce qui vous entoure.

Le vide vertigineux de la matière

Pour comprendre ce paradoxe, il faut plonger au cœur de la structure de l’atome. Contrairement à ce que nos sens nous laissent percevoir, la matière est essentiellement constituée de vide. Si le noyau d’un atome était une bille posée au centre d’un stade de football, les électrons seraient de minuscules grains de poussière tournant tout en haut des gradins. Tout l’espace entre le noyau et les électrons est vide.

Mais alors, pourquoi ne passez-vous pas à travers votre chaise ? Ce qui empêche vos doigts de traverser votre téléphone, c’est l’interaction électromagnétique. Les atomes sont entourés d’un nuage d’électrons chargés négativement. Or, en physique fondamentale, deux charges identiques se repoussent. Lorsque vous approchez votre doigt d’un objet, les électrons des atomes de votre peau repoussent ceux de l’objet avec une force titanesque qui croît de manière exponentielle à mesure que la distance diminue.

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Le principe d’exclusion et la force de répulsion

Cette barrière invisible est régie par une loi fondamentale de la mécanique quantique appelée le Principe d’exclusion de Pauli. Ce principe interdit formellement à deux fermions (les particules de matière comme les électrons) d’occuper le même état quantique au même endroit et au même moment. En résumé : la matière est « têtue », elle refuse de se chevaucher.

Ce que vous interprétez comme une sensation de « toucher » n’est donc pas une collision de matière solide contre solide. C’est en réalité la sensation de cette force de répulsion. Vos nerfs réagissent à la pression du champ électromagnétique qui repousse vos propres atomes. C’est comparable à deux aimants très puissants que vous essaieriez de forcer l’un contre l’autre par leurs pôles identiques : vous sentez une résistance, une sorte de coussin d’air invisible qui empêche le contact.

Comme l’explique très bien le département de physique du Fermilab, vous ne touchez jamais réellement l’objet ; vous interagissez avec son champ de force à une distance infime (environ un angström, soit 0,1 nanomètre), mais infranchissable. La seule façon de « toucher » vraiment un autre atome serait de provoquer une fusion nucléaire, ce qui, heureusement pour votre téléphone, n’arrive pas au quotidien.