Les électrons sont-ils en orbite autour du noyau de l'atome par un principe de gravité de la même manière que la Terre tourne autour du Soleil, ou s'agit-il d'autre chose ?
Comme l'a dit Cap, c'est l'interaction électromagnétique qui prédomine au sein d'un atome. Mais si l'on a longtemps cru que les électrons avaient une orbite autour du noyau similaire à celle des planètes autour du Soleil, c'est parce que cette interaction est en tout point analogue à la gravitation - à ceci près qu'elle s'exerce entre charges, et non entre masses. Si elle était un peu différente, on n'aurait jamais pu concevoir le modèle planétaire de l'atome.
Cependant, on sait depuis près d'un siècle que cette vision de l'atome est fausse. On a pu s'en rendre compte par une considération assez simple : une particule chargée dont la trajectoire est circulaire émet un rayonnement, ce qui signifie qu'elle perd de l'énergie. Dès lors, un électron qui tournerait autour du noyau atomique perdrait l'énergie qui le maintient en orbite, et finirait par "s'écraser" sur le noyau, ce qui entre en contradiction avec l'apparente stabilité des atomes.
Dans les années 20, avec l'avènement de la mécanique quantique, on a pu décrire précisément ce qu'il se passe réellement au sein d'un atome. Dans le cadre de cette théorie, la notion de position - et donc celle de trajectoire - n'a plus de sens, ce qui est extrêmement choquant pour l'intuition. On ne peut plus dire "à tel instant, l'électron se trouve à tel endroit", comme on peut le faire pour les planètes du système solaire. On peut seulement donner une description probabiliste des choses : à un instant donné, la probabilité d'observer l'électron à tel endroit vaut P, elle vaut P' à tel autre, etc. Cela n'a alors plus de sens de parler d'orbite, qui est une trajectoire bien définie. On dit plutôt que l'électron occupe une orbitale.
Pour se représenter les choses plus simplement, il faut imaginer l'électron non pas comme une particule ponctuelle, mais comme une espèce de "nuage" autour du noyau, bien que ce soit une vision un peu simpliste. Pour rendre les choses plus claires, cette image montre quelques orbitales de l'atome d'hydrogène (un proton et un électron) :
Plus la couleur est claire à un endroit donné, plus la probabilité d'observer l'électron à cet endroit est élevée (bien entendu, il s'agit d'une "coupe" en deux dimensions).
Concernant la gravitation, bien qu'il soit commode de la mettre de côté car elle est négligeable, il est tout à fait possible de la prendre en compte dans la théorie. Il me semble que des mesures de très haute précision sur l'atome d'hydrogène ont été effectuées, et qu'elles étaient en très bon accord avec la théorie (mais je n'arrive pas à retrouver de source là-dessus).
