L'univers, l'expansion et l'entropie

[jojo17]

Bonjour,
Il s'agit ici de vous demander comment rendre compte d'une apparente contradiction (du moins à mon niveau).
Dans la théorie du big-bang, il est ennoncé que l'univers, dans ses premiers instants était immensément dense, et à trés très haute température. De ce constat, je déduis donc que l'entropie de l'univers à ce moment là était élevé.
Rigoureusement, on peut dire que l'univers est un système isolé. Or, l'entropie d'un système isolé ne peut qu'augmenter lors de transformation irréversible.
Plusieurs question :
Y a t-il un lien quelconque entre l'augmentation de l'entropie de l'univers (pris comme système isolé) et l'expansion (prise comme transformation irréversible?)?
Sinon, et c'est là la contradiction que je n'arrive pas à démêler : d'un côté, l'entropie de l'univers ne peut qu'augmenter lors de transformation irréversible (expansion?), et d'un autre côté, son entropie diminue du fait de la diminution de sa température. Comment arriver à concilier les deux? Comment l'univers peut-il à la fois voir son entropie augmenter (système isolé/transfo irréversible), ainsi que sa néguentropie (baisse de la température)?
Enfin plus généralement, l'expansion de l'univers est-elle en fonction de l'évolution de la température de celui-ci, ou bien, y a t-il au moins une relation entre les deux?

Merci.
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[alain_r]

Bonjour,
Il s'agit ici de vous demander comment rendre compte d'une apparente contradiction (du moins à mon niveau).
Dans la théorie du big-bang, il est ennoncé que l'univers, dans ses premiers instants était immensément dense, et à trés très haute température. De ce constat, je déduis donc que l'entropie de l'univers à ce moment là était élevé.
Rigoureusement, on peut dire que l'univers est un système isolé. Or, l'entropie d'un système isolé ne peut qu'augmenter lors de transformation irréversible.
Plusieurs question :
Y a t-il un lien quelconque entre l'augmentation de l'entropie de l'univers (pris comme système isolé) et l'expansion (prise comme transformation irréversible?)?
Sinon, et c'est là la contradiction que je n'arrive pas à démêler : d'un côté, l'entropie de l'univers ne peut qu'augmenter lors de transformation irréversible (expansion?), et d'un autre côté, son entropie diminue du fait de la diminution de sa température. Comment arriver à concilier les deux? Comment l'univers peut-il à la fois voir son entropie augmenter (système isolé/transfo irréversible), ainsi que sa néguentropie (baisse de la température)?
Enfin plus généralement, l'expansion de l'univers est-elle en fonction de l'évolution de la température de celui-ci, ou bien, y a t-il au moins une relation entre les deux?

Merci.

Attention à ne pas confondre entropie et densité d'entropie. Si vous prenez un volume comobile (c'est-à-dire qui gonfle au cours du temps du fait de l'expansion, tout en conservant la même quantité de matière), alors en première approximation son entropie est constante, et de ce fait sa densité d'entropie diminue, puisque son volume augmente.

Sinon, l'expansion peut être vue avec une très bonne approximation comme un processus adiabatique. La température évolue inversement proportionnellement avec l'expansion.

[jojo17]

Bonjour,

Attention à ne pas confondre entropie et densité d'entropie. Si vous prenez un volume comobile (c'est-à-dire qui gonfle au cours du temps du fait de l'expansion, tout en conservant la même quantité de matière), alors en première approximation son entropie est constante, et de ce fait sa densité d'entropie diminue, puisque son volume augmente.

Effectivement, entropie et densité d'entropie sont deux choses différentes, et je n'avais pas pensé à la seconde.
Quelles-sont les conséquences d'une diminution de la densité d'entropie?
Sinon, je reste quand même troublé parce que le volume comobile suit un proccessus irréversible, et comme ce volume (l'univers) peut-être considérer comme un sytème isolé, ces deux conditions donnent donc une augmentation théorique de l'entropie. Qu'est-ce que cela donne en deuxième approximation?

Sinon, l'expansion peut être vue avec une très bonne approximation comme un processus adiabatique. La température évolue inversement proportionnellement avec l'expansion.

Qu'est-ce que cela donne, en rapport avec la question ci-dessus, si l'entropie de l'univers (volume comobile) augmente (transformation irréversible d'un système isolé)?

Merci.

[inviteda16ae79]

Sinon, je reste quand même troublé parce que le volume comobile suit un proccessus irréversible, et comme ce volume (l'univers) peut-être considérer comme un sytème isolé, ces deux conditions donnent donc une augmentation théorique de l'entropie. Qu'est-ce que cela donne en deuxième approximation?

L'expansion du fond diffus (qui contribue majoritairement à l'entropie) est adiabatique, mais l'entropie de la matière augmente dans les processus d'évolution stellaire, la formation de trous noirs, etc.

[A voir en vidéo sur Futura]

[jojo17]

L'expansion du fond diffus (qui contribue majoritairement à l'entropie) est adiabatique, mais l'entropie de la matière augmente dans les processus d'évolution stellaire, la formation de trous noirs, etc.

Cela veut-il dire qu'il faut, pour ne pas qu'il apparaisse de contradiction, distinguer entre l'évolution de l'univers, et l'évolution de son "contenu"?
L'évolution de l'univers se faisant adiabatiquement (sans variation d'entropie), alors que son contenu (énérgie) évolue de façon "entropique".

[inviteda16ae79]

Cela veut-il dire qu'il faut, pour ne pas qu'il apparaisse de contradiction, distinguer entre l'évolution de l'univers, et l'évolution de son "contenu"?
L'évolution de l'univers se faisant adiabatiquement (sans variation d'entropie), alors que son contenu (énérgie) évolue de façon "entropique".

Le fond diffus est lui aussi un "contenu" de l'espace, doté de l'énergie de ses photons.

[jojo17]

...
J'aurais besoin d'une petite précision avant de dire n'importe quoi!
Dans quel cas une transformation adiabatique n'est-elle pas isentropique?

Merci.

[inviteda16ae79]

Dans quel cas une transformation adiabatique n'est-elle pas isentropique?

Dans le cas où elle est n'est pas réversible.

[jojo17]

Dans le cas où elle est n'est pas réversible.

D'accord, mais dit autrement, comment une transformation adiabatique, qui par définition

est effectuée sans qu'aucun échange de chaleur n'intervienne entre le système étudié et le milieu extérieur.

peut-elle être irreversible?

[inviteda16ae79]

D'accord, mais dit autrement, comment une transformation adiabatique .. peut-elle être irreversible?

Par exemple comme ceci :
http://physics.bu.edu/~duffy/semeste...nsion_sim.html

[jojo17]

il fallait y penser!
Quelques autres questions par rapport aux précèdentes réponses :

Attention à ne pas confondre entropie et densité d'entropie. Si vous prenez un volume comobile (c'est-à-dire qui gonfle au cours du temps du fait de l'expansion, tout en conservant la même quantité de matière), alors en première approximation son entropie est constante, et de ce fait sa densité d'entropie diminue

est-ce cette diminution de densité d'entropie qui est alors à mettre en rapport avec la chute de température?

L'expansion du fond diffus (qui contribue majoritairement à l'entropie) est adiabatique, mais l'entropie de la matière augmente dans les processus d'évolution stellaire, la formation de trous noirs, etc.

En a t-il toujours était ainsi (je veux parler de l'augmentation d'entropie de la matière)?
J'aurais pensé (naïvement) que le processus de "structuration" de la matière notamment par rapport à la baisse de température (au moins proche des "premiers instants") contribuait à une néguentropie, et c'est peut-être là mon erreur?

[inviteda16ae79]

est-ce cette diminution de densité d'entropie qui est alors à mettre en rapport avec la chute de température?

La densité d'entropie du fond diffus varie avec le cube de sa température, qui à son tour diminue par l'expansion de l'univers.

En a t-il toujours était ainsi (je veux parler de l'augmentation d'entropie de la matière)? .. J'aurais pensé (naïvement) que le processus de "structuration" de la matière notamment par rapport à la baisse de température (au moins proche des "premiers instants") contribuait à une néguentropie..

Quel processus de structuration, si tu fais allusion à la formation d'étoiles, c'est un processus qui augmente l'entropie (la limite supérieure étant l'état de trou noir).

[jojo17]

Quel processus de structuration

Bonjour,
Je pensais plus à la formation des premiers atomes, comme forme de néguentropie, mais apparement je fais fausse route!
En fait je vois cette formation des atomes comme une forme d'organisation (structuration) de la matière, et donc de néguentropie. Mais cela doit venir du fait que je me base sur une définition peut-être baisée (simpliste) de l'entropie (et de la néguentropie)?
Sinon, pour continuer dans ma dérive, si l'expansion peut-être, en première approximation vue comme un processus adiabatique à entropie constante, et que par ailleurs l'entropie de la matière augmente. Est-ce que cette augmentation est directement proportionnelle (ou inversement proportionnelle) à la diminution de densité d'entropie de l'univers (supposé lui à entropie constante)?
Dans ma réflexion, vous l'aurez peut-être compris, si l'entropie globale reste constante malgrès l'augmentation d'entropie de la matière, c'est que la diminution de densité d'entropie de l'univers "contrecarre", ou "lisse" le phénomène d'augmentation d'entropie de la matière, à l'échelle de l'univers.
Est-ce au moins compréhensible, sinon, comment expliquez-vous que l'expansion soit adiabatique, à entropie constante, alors que celle de la matière augmente?

Merci, et bonne journée.