L’énergie et la matière sont indestructibles ?

[Senide]

Bonjour
Suivant la maxime rien ne se perd, rien ne se créé, tout se transforme, peut-on en déduire que l’énergie et la matière sont indestructibles et indissociables ? Qu’il est impossible de créer de la matière ou de l’énergie. Ce que nous observons n’étant rien d’autre que de la transformation.

[JPL]

La matière peut se transformer en énergie (sous certaines conditions), et réciproquement.

[Senide]

Cela change de forme.
Admettons que je place dans une enceinte fermée dont rien ne peut s'échapper, de la matière qui se transforme en énergie, puis se transforme ensuite à nouveau de façon autonome en matière. Au final je retrouve exactement la même quantité de matière ou la même énergie ?
Selon la maxime exposée en premier message et le premier principe de la thermodynamique, bien que je suppose qu'expérimentalement cela soit impossible. Il ya forcement échange, même infime avec l'extérieur (chaleur, etc...).
Je me pose en fait une question relative à la mécanique quantique, à savoir la matière et l'énergie sont tous deux issues d'un même phénomène sous jacent issues des particules quantiques.

[JPL]

Cela change de forme.
Admettons que je place dans une enceinte fermée dont rien ne peut s'échapper, de la matière qui se transforme en énergie, puis se transforme ensuite à nouveau de façon autonome en matière. Au final je retrouve exactement la même quantité de matière ou la même énergie ?

Si ça évolue dans le sens matière => énergie (par exemple la radioactivité ou mieux encore une bombe atomique), n’espère pas que cela évolue spontanément dans l'autre sens : on n'a jamais vu les constituants d'une explosion nucléaire se regrouper pour reconstituer la bombe !

Ceci étant dit en thermodynamique on peut parfaitement raisonner sur une enceinte qui n'échange ni matière ni énergie avec l'extérieur. C'est ce qu'on appelle un système isolé. Bien sûr aucun système n'est parfaitement isolé mais on peut s'en approcher d'assez près : c'est le cas du calorimètre.

Un autre cas plus classique envisagé en thermo est celui des systèmes fermés : ils n'échangent que de l'énergie (et pas de matière) avec l'extérieur.

Enfin un système peut échanger à la fois de la matière et de l'énergie avec son environnement, et là on entre dans le domaine très complexe de la thermodynamique des systèmes ouverts.

Quant à savoir si les lois classiques de la thermo s'appliquent à l'univers entier, c'est à ma connaissance une question totalement ouverte.

[noureddine2]

Quant à savoir si les lois classiques de la thermo s'appliquent à l'univers entier, c'est à ma connaissance une question totalement ouverte.

salut , je pense que d'apres les geodesiques , l'energie ne peut pas sortir de l'univers , donc l'univers est fermé .

[Deedee81]

Salut,

salut , je pense que d'apres les geodesiques , l'energie ne peut pas sortir de l'univers , donc l'univers est fermé .

Pas besoin des géodésiques. Par définition de univers, celui-ci est fermé. Mais ça ne répond pas à la question de JPL. Ca ne dit pas si on peut appliquer la thermodynamique à tout l'univers.

[Amanuensis]

Pour donner un élément de réponse à la première question, il n'y a pas de particule élémentaire d'énergie nulle. Et il n'y a pas de transformation de particules élémentaires en "rien" (pas d'annihilation au sens commun du terme), uniquement en d'autres particules (et donc en un résultat d'énergie non nulle). Cela indique quelque chose "d'indestructible" dans les modèles physiques actuels, et on peut dire que c'est l'énergie (1).

Mais de l'énergie peut "se perdre" quantitativement. L'énergie d'une particule peut diminuer, mais pas s'annuler.

Le statut de la masse (au sens relativiste) est bien plus compliqué, parce que ce n'est pas une quantité additive (ou extensive).

(1) Selon une vue influencée par la méca classique. Selon une vue relativiste, c'est l'énergie-quantité de mouvement, dont l'énergie n'est qu'une composante.

[Amanuensis]

Mais ça ne répond pas à la question de JPL. Ca ne dit pas si on peut appliquer la thermodynamique à tout l'univers.

En RG, il n'y a pas moyen de conceptualiser une notion de "conservation de l'énergie" à grande échelle. Donc la première loi de la thermo ne peut pas s'appliquer telle quelle. Et donc on ne peut pas appliquer les lois de la thermodynamique dans leur énoncé classique à l'Univers modélisé par la RG.

[Senide]

Mais de l'énergie peut "se perdre" quantitativement. L'énergie d'une particule peut diminuer, mais pas s'annuler

Quand l’énergie d’une particule diminue, cette énergie est absorbée non ? On ne peut pas dire que de l’énergie disparaît, elle est utilisée ailleurs ?
Je me posais la question d’un photon au fin fond de nôtre univers qui trace sa route dans le vide. On va observer que sa longueur d’onde diminue (décalage vers le rouge) nous laissant penser qu’il perd de l’énergie. Sous forme de vitesse dans le temps ? C étant une constante, cela remettrait en cause la vitesse de la lumière comme étant une constante.
Et si cette énergie perdue était en fait absorbée par l’expansion de l’univers ?
Ce que nous observons, c’est que le photon a son onde qui s'étire à cause de l'expansion de l'univers.
Si la théorie de l’expansion de l’univers est correcte, qu’elle en est sa cause ?

[Amanuensis]

Quand l’énergie d’une particule diminue

J'évoquais effectivement, j'aurais dû le préciser, la perte d'énergie due à l'expansion de l'Univers. Un photon du CMB a été émis à quelque chose comme 3000 K et on le reçoit à 3K. À un certain sens, il a perdu 99,9 % de son énergie, sans qu'elle ait été absorbée par quoi que ce soit de matériel.

Et si cette énergie perdue était en fait absorbée par l’expansion de l’univers ?

Faudrait donner un sens précis à une telle phrase. Ce qui est clair, c'est que cette énergie n'est pas conservée sous une forme usuelle, comme cinétique ou de potentiel électro-magnétique. Et la notion d'énergie gravitationnelle "ne marche pas" en relativité générale.

Si la théorie de l’expansion de l’univers est correcte, qu’elle en est sa cause ?

Pas une question à laquelle on devrait s'attendre que la physique réponde.

Et la théorie est la relativité générale, qui offre un cadre dans lequel une notion d'Univers en expansion métrique peut se formaliser. Le fait qu'on considère qu'il y a expansion métrique vient de multiples faits observés.

[Malar]

Bonne question !

[Malar]

Il faudrait tout d'abord donner définition au vide qui répond à la question "Qu'es ce que le vide" et non pas "Qu'es ce qu'il n'est pas", car celle qu'on admet actuellement est celle qui dit simplement que le vide équivaut à l'absence de matière/énergie.

Une chose reste sûre, "Tout se transforme rien ne se crée" s'accompagne de inexistante d'un créateur.
L'inverse est vrai.

[Senide]

Merci pour ces éclaircissements.
@Malar
Le vide ou plutôt le néant existe-t-il ? Voir l'effet casimir, le vide total n'existerait pas.

Une chose reste sûre, "Tout se transforme rien ne se crée" s'accompagne de inexistante d'un créateur.
L'inverse est vrai.

Je ne comprends pas votre déduction.
Voici un des domaines que la science n'aborde pas, car actuellement elle n'a pas de réponse.
Même si la science peut démontrer demain que le vide total n'existe pas, que l'énergie et la matière sont indestructibles, il va falloir encore expliquer pourquoi quelque chose.
Scientifiquement chaque chose a une cause. Mais nous voila bien embêté, parce que si l'on pouvait remonter à l'origine de ce quelque chose quel en serait la cause ?
Ce n'est pas du domaine de la science, car rien ne se créé à partir de rien, mais le rien n'existant pas (encore faut-il démontrer que le vide total ne peut exister, et que de tout temps il existe quelque chose). Ce quelque chose c'est l'état primitif de quelque chose qui s'est transformé d'autre chose, on tourne en rond mais on a une hypothèse, en admettant que ce soit le vide total qui soit une aberration scientifique.

[Malar]

Merci pour ces éclaircissements.
@Malar
Le vide ou plutôt le néant existe-t-il ? Voir l'effet casimir, le vide total n'existerait pas.

Il n'existe pas car, justement, on ne peut le définir !
Par destruction, je comprend, le passage de la matière en l'état de matière à un état de vide.
Selon mon imagination (donc subjectivement), je peux le concevoir.

Je ne comprends pas votre déduction.

La transformation suppose que le "circuit" est fermé. Il y'a une certaine masse "immobile" dans l'univers.
L'inverse, qui me parait peu probable, suppose l’existence d'une variable qui régit l'univers, que les lois ne soit pas vraiment des lois.

Voici un des domaines que la science n'aborde pas, car actuellement elle n'a pas de réponse.
Même si la science peut démontrer demain que le vide total n'existe pas, que l'énergie et la matière sont indestructibles, il va falloir encore expliquer pourquoi quelque chose.
Scientifiquement chaque chose a une cause. Mais nous voila bien embêté, parce que si l'on pouvait remonter à l'origine de ce quelque chose quel en serait la cause ?

Non, je ne suis pas d'accord.
Ne peut-on pas simplement supposer qu'il n'y a pas de point de départ, aucune origine ?

L'obligation d'allier une origine à ce qu'on voit provient d'un effet psychologique qui nous est intrinsèque.
Justement, pour cette raison que j'ai trouvé votre question intéressante, car indirectement, celle ci est lié à la notion d'origine, de création. (La destruction suppose la création !)

Ce n'est pas du domaine de la science, car rien ne se créé à partir de rien, mais le rien n'existant pas (encore faut-il démontrer que le vide total ne peut exister, et que de tout temps il existe quelque chose). Ce quelque chose c'est l'état primitif de quelque chose qui s'est transformé d'autre chose, on tourne en rond mais on a une hypothèse, en admettant que ce soit le vide total qui soit une aberration scientifique.

En tout cas, je vois que vous avez saisi ou es ce que je voulais en venir !

[Senide]

Je reviens sur le sujet après avoir eu quelques idées.
On va prendre pour exemple le soleil. Son énergie s’amenuise, une partie est absorbée par la terre. Cette énergie se transforme en passant d’un état que j’appellerai supérieur, en un état qui progressivement sera utilisé, transformé, en un état inferieur. Etat dans lequel on ne peut revenir à un état supérieur. C’est je crois ce que l’on appelle l’entropie.
C’est un peu la même chose avec l’exemple de JPL :

Si ça évolue dans le sens matière => énergie (par exemple la radioactivité ou mieux encore une bombe atomique), n’espère pas que cela évolue spontanément dans l'autre sens : on n'a jamais vu les constituants d'une explosion nucléaire se regrouper pour reconstituer la bombe !

Ce qui m’aiguille vers une considération que l’énergie se dégrade, s’épuise, et que la question d’un univers fini ou infini tendrait plus alors vers un univers fini. Lorsque l’énergie supérieure ce sera totalement dégradée.