Augmentation de l'entropie de l'Univers

[hlbnet]

Bonjour,

J'ai lu sur d'autres fils que la simple observation de notre environnement local suffit pour conclure de manière certaine que l'entropie de l'Univers augmente strictement et donc qu'elle ne peut en aucun cas être constante.

Le raisonnement qui est fait ici et là est approximativement le suivant :

Puisque tel processus auquel on assiste localement est irréversible, l'augmentation d'entropie locale ne peut pas être compensée exactement ailleurs.

Une autre version équivalente est :
Puisque tous les processus réels sont irréversibles, l'entropie de l'Univers augmente strictement.

J'ai un doute sur ces raisonnements, mais je n'ai pas le niveau pour voir s'il y a une faille ou pas.

J'ai l'impression confuse que pour statuer sur l'augmentation ou la stagnation de l'entropie de l'Univers, il faut considérer l'univers plus globalement, par exemple en constatant qu'il est en expansion.

Lorsqu'on s'appuie sur une affirmation comme "tous les processus réels sont irréversibles" pour conclure que "l'entropie de l'Univers augmente strictement", ne se livre t-on pas à un raisonnement circulaire, comparable à "puisque l'entropie de l'Univers augmente strictement alors l'entropie de l'Univers augmente strictement" ?

Autrement dit, j'ai l'impression confuse que lorsqu'on veut répondre à la question fondamentale "L'entropie de l'univers augmente-elle strictement ?" il est fallacieux d'utiliser l'affirmation "tous les phénomènes réels sont irréversibles". Cette dernière affirmation ferait partie du domaine empirique et devrait y rester. Elle ne devrait pas être invoquée pour répondre à des questions fondamentales (au conditionnel, car je suis un peu perdu).

Je sais, je pédale dans la choucroute ...

Des idées pour me débloquer ?
-----

[Carcharodon]

Salut,

La notion d'entropie a été créée pour rendre compte de phénomènes thermodynamiques.
Il est courant de la généraliser a d'autres types de systèmes, sans que cela soit pour autant "judicieux".
Et ça amène souvent a des extrapolations plus ou moins heureuses.

[invite231234]

Salut !

Je ne suis pas d'accord avec Carcharodon, je m'explique : chaque entité dans l'Univers a une entropie que ce soit le rayonnement électromagnétique ou les trous noirs, etc ...

Donc l'Univers possède aussi une entropie et elle a globalement tendance à diminuer en raison du 3^ème principe de la thermodynamique : lim S = 0 quand T -> 0K or l'Univers se refroidit ...

Cependant Coincoin (d'ailleurs quelqu'un sait où il est passé ?) m'avait expliqué que l'entropie volumique (comobile je crois) augmentait !

@ +

[hlbnet]

Et à propos de l'affirmation suivante:
"Puisque tous les processus réels sont irréversibles, l'entropie de l'Univers augmente strictement (n'est pas constante)."

Avez vous un avis ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Carcharodon]

Salut !

Je ne suis pas d'accord avec Carcharodon, je m'explique : chaque entité dans l'Univers a une entropie que ce soit le rayonnement électromagnétique ou les trous noirs, etc ...

Ceci est une extrapolation de la définition originelle de l'entropie.
t'as le droit d'extrapoler, mais avec tout les risques de mauvaise interprétation que ça comporte.
Et qui sont très nombreux sur le sujet.

La notion d'entropie vient de "l'invention" de la thermodynamique, qui découle d'une nécessité de théoriser les notions d’échange de chaleur et de température, a l'orée de la révolution industrielle, afin d'améliorer les rendements des machines a vapeur.
Je ne faisais que rappeler ses fondements historiques, dans ma précédente intervention, je n'émettais pas un avis personnel.
Il n'y a donc pas a être d'accord ou non avec une réalité historique.

L'entropie ne se conçoit qu'a travers des systèmes.
on peut considérer l'univers comme un système soumis a l'entropie, mais on est déjà au delà de la définition initiale.
Avec tout les problèmes d'extrapoler une notion en dehors de sa définition initiale.

[Carcharodon]

Et à propos de l'affirmation suivante:
"Puisque tous les processus réels sont irréversibles, l'entropie de l'Univers augmente strictement (n'est pas constante)."

Avez vous un avis ?

Il semblerait qu'on puisse extrapoler cette notion de cette façon, effectivement.

D'un autre coté, la désorganisation du système n'était-elle pas plus affirmée aux premiers instants de l'univers ?
"Lorsqu'une seule force" les regroupait toutes ?
Et que la matière n'existait pas encore ?

Tout ceci dérive rapidement vers des notions très délicates a manier, car on sort du cadre initial de la définition de l'entropie.

La notion d'entropie n'a simplement pas été créé pour rendre compte de ces phénomènes.
C'est plus tardivement qu'on a essayé de la "coller" dessus.

[Carcharodon]

Cependant Coincoin (d'ailleurs quelqu'un sait où il est passé ?) m'avait expliqué que l'entropie volumique (comobile je crois) augmentait !

L'entropie d'un système est toujours censée augmenter.
L'entropie est la mesure de désorganisation d'un système.
Dans la théorie, l'entropie ne peut que croitre ou rester constante, jamais diminuer.

[invite231234]

L'entropie d'un système est toujours censée augmenter.

Sauf si le système est isolé alors elle peut rester constante ... et le seul système isolé est l'Univers !

L'entropie est la mesure de désorganisation d'un système.

C'est mal dit, l'entropie est la mesure statistique en logarithme du nombre de microétats accessibles pour le macroétat !

Dans la théorie, l'entropie ne peut que croitre ou rester constante, jamais diminuer.

ça c'est carrément faux !
Pour un système ouvert l'entropie peut diminuer localement ... voir Ilya Prigogine ou ça : http://fr.wikipedia.org/wiki/Troisi%...hermodynamique

@ +

[Carcharodon]

Sauf si le système est isolé alors elle peut rester constante

croitre ou rester constante.
Exactement ce que je dis au dessus.

... et le seul système isolé est l'Univers !

Sauf que l'entropie s'applique a l'origine a une machine a vapeur

C'est mal dit, l'entropie est la mesure statistique en logarithme du nombre de microétats accessibles pour le macroétat !

Et si tu lisais la définition de l'entropie au lieu de nous donner la tienne ?
=>

elle peut être interprétée comme la mesure du degré de désordre d'un système au niveau microscopique

ça c'est carrément faux !
Pour un système ouvert l'entropie peut diminuer localement ... voir Ilya Prigogine ou ça : http://fr.wikipedia.org/wiki/Troisi%...hermodynamique

ba voyons, tu pourrais nous expliquer l'intérêt de mesurer l'entropie d'un système ouvert ?
A quoi ça correspond exactement de faire ça ?
Quel est l'intérêt ?
Toi qui croyais, un post plus haut, que l'entropie diminuait...

Comme je le disais, a force d'extrapoler une notion, on en vient a sortir rapidement du cadre de sa définition.
Tu viens d'en fournir la preuve...

[invite231234]

Soit attendons Deedee !

[Tawahi-Kiwi]

ba voyons, tu pourrais nous expliquer l'intérêt de mesurer l'entropie d'un système ouvert ?

Pour faire un frigo par exemple...

T-K

[invite231234]

Ma soit disante définition de l'entropie : http://fr.wikipedia.org/wiki/Formule_de_Boltzmann

[hlbnet]

Je reviens sur mon idée fixe.

Est-il fondamentalement vrai que "Tous les processus réels sont irréversibles" ?

Ou bien, s'agit-il d'une constatation empirique, adaptée à des expériences sur des machines à vapeur par exemple, mais qui ne peut pas être utilisée pour répondre à une question fondamentale comme "L'entropie de l'Univers augmente t'elle strictement (ne reste pas constante) ?".

Notez que je ne m'interroge pas sur le fait que l'entropie de l'Univers augmente strictement ou pas. Je me demande juste si l'argument "Tous les processus réels sont irréversibles" peut être valablement utilisé pour répondre à cette question.

[Carcharodon]

et la définition de l'entropie, que j'ai déjà indiquée.
Vaut mieux s'adresser au bon dieu qu'a ses saints, si je puis me permettre l'expression sur ce forum

Pour moi, je ne dis pas que j'ai raison, mais a mon sens, utiliser l'entropie en dehors de son cadre de définition initiale, ça amène toujours a partir en sucette.
je l'ai constaté trop de fois.
Et ça verse rapidement dans la philosophie plus que dans la science.

Bien sûr, la définition a été réactualisée, par exemple on parle bien d'entropie des trous noirs (en les considérant comme système fermé), on utilise aussi l'entropie en mathématique, en topologie...
Mais il faut vraiment se cantonner a ce a quoi elle peut vraiment s'appliquer.

Parler d'entropie de l'univers me semble déjà un énorme abus sémantique, qui conduit rapidement a trop extrapoler.

Comme je le disais plus haut, aux premiers instants de l'univers, ne pourrait-on pas considérer que l'entropie était plus grande qu'aujourd'hui ?
Avec la matière n'existant pas encore, seulement de l'énergie.
Et là, on peut dire pas mal de choses et leur contraire... parce que cette notion n'a pas été créée dans l'optique de décrire le système Univers.

[Carcharodon]

Notez que je ne m'interroge pas sur le fait que l'entropie de l'Univers augmente strictement ou pas. Je me demande juste si l'argument "Tous les processus réels sont irréversibles" peut être valablement utilisé pour répondre à cette question.

Pour moi, cette question est d'ordre philosophique et non scientifique.

[invite231234]

Pour moi, cette question est d'ordre philosophique et non scientifique.

Je ne pense pas, non : http://www.astrosurf.com/luxorion/ch...dynamique2.htm

[Carcharodon]

première phrase :

Les astrophysiciens ont tenté d'utiliser cette théorie pour expliquer les propriétés de l'Univers, lui-même étant composé de "gaz" soumis à des contraintes thermodynamiques variées.

Il n'y a pas marqué "utilisent régulièrement ce concept parfaitement cerné et compris a cette échelle."

la preuve : on en discute, sans avoir de faits incontestables.

c'est toute la différence entre une tentative d'extrapolation et le cadre défini d'une théorie.

[invite231234]

Ben oui, j'ai jamais dit que c'était évident, tout comme la conservation de l'énergie pour l'Univers !!!

[Carcharodon]

Ben oui, j'ai jamais dit que c'était évident, tout comme la conservation de l'énergie pour l'Univers !!!

Et bien si ce n'est pas évident, c'est que ce n'est pas factuel.
Donc on ne peut pas en tirer une loi indiscutable.
Donc ça n'a rien de si évident que ce que tu prétends depuis le début.
Donc on est dans le cadre d'une extrapolation.

Et les extrapolations, on sait ou elles commencent, mais jamais ou elles finissent.

Ou est l'aspect purement scientifique la dedans ?

[invite231234]

Je suis désolé de te dire ça, mais tu as une drôle de conception de la Science, toutes les lois sont discutables jusqu'aux limites de leurs validités !

[Carcharodon]

Je suis désolé de te dire ça, mais tu as une drôle de conception de la Science, toutes les lois sont discutables jusqu'aux limites de leurs validités !

Alors ça c'est rigolo, car c'est exactement ce que je te dis depuis tout a l'heure : arrêtes toi a la limite de validité de la théorie et n'extrapoles pas trop !

[invite231234]

Mais c'est pas moi qui extrapole ce sont de grands physiciens comme Stephen Hawking, etc ...

[Carcharodon]

J'ai pas dit qu'il n'y avait pas de grands physiciens qui n'extrapolaient pas sur le sujet, j'ai simplement dit que c'était des extrapolations...
Et je mettais en garde, SURTOUT lorsqu'on est pas un grand physicien, sur les dérives rapides qui interviennent... lorsqu'on extrapole

[invite231234]

Bon alors on est d'accord à un point près, il faut admettre que certaines questions ont un sens scientifique mais pas de réponses définitives à l'heure actuelle !

[Carcharodon]

Bon alors on est d'accord à un point près, il faut admettre que certaines questions ont un sens scientifique mais pas de réponses définitives à l'heure actuelle !

Le seul truc que je dis depuis le début, c'est justement : sommes nous vraiment en position de répondre scientifiquement a ces questions ?
Si ce n'est pas le cas, quel est alors l'intérêt de les aborder, a part pour philosopher ?

Pas de réponses définitives, ni a l'heure actuelle, ni jamais.
Puisque de toute façon nous n'aurons jamais accès qu'a notre partie observable de l'univers et pas a sa globalité.

Or, l'entropie a été créé originellement pour rendre compte de ce qui se passe dans un système fermé et non pas ouvert : pour optimiser le fonctionnement des machines a vapeur.
Même si depuis, le concept a été étendu a d'autres disciplines.

Mais, personnellement en tout cas, je viens ici pour avoir des réponses de nature scientifique.
Je ne considère donc pas ce genre de question comme étant "raisonnable", dans le sens de permettre un raisonnement scientifique qui abouti à des réponses scientifiques.
Même si ces réponses peuvent néanmoins prendre l'aspect de probabilités et non seulement de résultats précis et définitifs.
En particulier en MQ, bien entendu, qui est bien un sujet de nature scientifique, sans l'ombre d'un doute.

[invitefa94d55c]

J'ai pas dit qu'il n'y avait pas de grands physiciens qui n'extrapolaient pas sur le sujet, j'ai simplement dit que c'était des extrapolations...
Et je mettais en garde, SURTOUT lorsqu'on est pas un grand physicien, sur les dérives rapides qui interviennent... lorsqu'on extrapole

Pour ma part il n'y a plus grand extrapolation a fair sur l'entropie de l'Univers.

L’entropie est une mesure du désordre d’un système. Les gens efficaces mènent une vie pauvre en entropie. Ils sont organisés.(Marcel L.)

Lois de la Thermodynamique

1 - LA PREMIÈRE LOI

La première loi de la thermodynamique est la loi de la conservation de l’énergie. Elle stipule que l’énergie d’un système ne change pas peu importe les évolutions que subit ce système. Cette loi est un exemple fondamental de la logique et de la formidable capacité
prédictive de la science.

2 - LA DEUXIÈME LOI

Le deuxième principe de la thermodynamique stipule que le désordre dans tout système isolé croît inévitablement et irréversiblement avec le temps.

Que dire ! Si La première loi stipule que la quantité totale d’énergie dans l’univers est constante alors que la deuxième loi implique que la quantité totale d’énergie utile diminue constamment.

Alors peut t'on conclure pour conclure que "l'entropie de l'Univers augmente strictement" ?

Pour ma part je dit Non !

L'entropie de l'univers peut aussi bien augmenté que réduire ou être constante, mais seulement pour une durée Temps limiter, Ex : Une région de l'univers peut augmentée tendie qu'une autre partie de l'univers peut réduire.

Pour simplifiée, la conservation de la masse et de l’énergies (1re loi), la génération d’entropie et la destruction d’energies (2e loi).

PS : L'entropie d'un système a toujours comme référenciel un moment Cinétique qui lui est propre.

[xxxxxxxx]

salut

certes energie constante mais température en baisse du fait de l'expansion...

si on prends la définition S=Q/T en exprimant l'energie constante de l'univers en joules, y a bien augmentation de l'entropie S quand T tends vers 0, non ?

je dis ça mais je n'y connais pas grand chose c'est plus une question aux spécialistes qu'une affirmation

cordialement

[Gilgamesh]

C'est n'est hélas pas si simple avec l'univers.

On a 3 formes d'énergie qui jouent un rôle cosmologique:

* le rayonnement (particule relativiste, c'est à dire pour lesquelles l'énergie de masse au repos mc² est négligeable devant l'énergie cinétique pc). La densité d'énergie du rayonnement est en a^-4

* la matière (baryonique ou noire) ou "poussière" (cad pour laquelle mc²>>pc) dont la densité d'énergie est en a^-3

* l'énergie noire ou constante cosmologique dont la densité d'énergie serait constante.

Si on intègre sur un volume a³, on a une énergie de rayonnement en 1/a, une énergie des poussières constante et une énergie noire croissante en a. On pourrait penser que la croissance de l'énergie sombre compense la perte d'énergie du rayonnement mais ça ne se raisonne pas du tout ainsi (il n'y a pas de couplage entre les deux c'est à dire de phénomène physique transférant l'énergie d'un champs à l'autre, pas dans un univers "froid", du moins), et l'intégrale de l'énergie totale de l'univers est singulière (au sens de pas ou mal définie). Ce n'est pas une surprise, c'est "inscrit" dans la Relativité Générale. La théorie se base sur une conservation locale de l'énergie (sur le Premier Principe donc) et autorise une courbure de la dimension temporelle. Les deux ensemble ne conservent pas l'énergie globale. La courbure temporelle, c'est autrement dit le fait que l'on mesure un phénomène périodique, par exemple un rayonnement lumineux, à une fréquence plus faible dans un espace en expansion. L'énergie totale du rayonnement est le produit de la densité des photons par leur énergie hv, v (nu) étant la fréquence. On observe le rayonnement primordial émis à l'époque où l'univers était 1100 fois plus petit à une fréquence 1100 fois plus faible qu'à son émission. L'énergie totale est donc divisée par 1100.

La vrai conservation de la physique concerne les variables conjuguées : position - impulsion, temps - énergie. Sur une ligne d'univers, le temps de photon est distendu, et leur énergie fait de même.

Concernant l'entropie, on peut dire par contre qu'elle augmente globalement, mais par contre elle diminue localement.

Et ce qui compte pour expliquer ce qui se passe au niveau local, c'est la densité d'entropie (presque totalement assimilable à la densité de rayonnement par mètre cube), et elle a (très) fortement diminué au cours des âges.

La thermodynamique dit que si un nuage de gaz s'effondre sur lui même de façon adiabatique (sans échanger de chaleur avec l'environnement), sa chaleur augmente plus vite que sa température et donc S augmente. Mais le nuage en effondrement n'est pas adiabatique, il a de quoi rayonner vers l'extérieur (en se réchauffant, sa température augmente et il rayonne en fonction de la puissance quatrième de cette température, les photons émis se dispersent dans l'espace, Q diminue plus vite que T et son entropie peut diminuer). Dans un système classique (=un espace statique), cette chaleur rayonnée réchaufferait d'autres nuages avoisinant et somme toute, aucun nuage ne pourrait s'effondrer puisque dès que l'un d'eux entamerait son effondrement, les autres prendraient son énergie, ce qui les stopperait dans leur effondrement, et vice versa.
Mais le système est en expansion et il peut disperser son entropie dans un volume croissant.

Si on formalise grossièrement : l'énergie (Q la chaleur) est liée au nombre N de particules fois leur énergie moyenne kT (k la cte de Boltzmann). On a donc :

S = Q/T = NkT/T ~ N, à une constante près.

L'entropie est liée au nombre de particules de l'univers. N augmente (il se produit toujours plus de photons dans l'univers) donc S augmente globalement. Dans un espace statique le volume V=cte, si l'entropie augmente, la densité d'entropie S/V ~ N/V aussi, vu que N croit et que V est constant. Dans un espace en expansion V augmente aussi, et le ratio N/V peut donc baisser, si V augmente plus vite que N, ce qui est le cas.

Il y a un autre bout pour comprendre le problème. L'entropie est une mesure de l'énergie utilisable pour accomplir un travail mécanique. Quelle est la force qui travaille prioritairement à l'échelle de l'univers ? La gravité. Si on lui donne de la matière répandue dans l'espace, la tendance de la gravité est de regrouper cette matière en masse de plus en plus compacte. Le trou noir est donc l'aboutissement du travail gravitationnel. Si on prend l'univers primordial, il est extrêmement homogène. Ce qui signifie que l'entropie gravitationnelle est alors infime : la gravité a encore tout à faire pour effondrer tout ce gaz, et il y a donc une quantité de travail extraordinaire utilisable. La mesure de la structuration de l'univers en masse de plus en plus compacte (amas > galaxies > étoile > résidus compacts) est donc une mesure directe de l'augmentation de l'entropie gravitationnelle de l'univers.

a+

[hlbnet]

Il y a un autre bout pour comprendre le problème. L'entropie est une mesure de l'énergie utilisable pour accomplir un travail mécanique. Quelle est la force qui travaille prioritairement à l'échelle de l'univers ? La gravité. Si on lui donne de la matière répandue dans l'espace, la tendance de la gravité est de regrouper cette matière en masse de plus en plus compacte. Le trou noir est donc l'aboutissement du travail gravitationnel. Si on prend l'univers primordial, il est extrêmement homogène. Ce qui signifie que l'entropie gravitationnelle est alors infime : la gravité a encore tout à faire pour effondrer tout ce gaz, et il y a donc une quantité de travail extraordinaire utilisable. La mesure de la structuration de l'univers en masse de plus en plus compacte (amas > galaxies > étoile > résidus compacts) est donc une mesure directe de l'augmentation de l'entropie gravitationnelle de l'univers.

Merci pour cette explication très claire et concise. Ce genre d'explication aide bien les non spécialistes comme moi à comprendre cette fichue notion d'entropie.

Mais, d'après ce que j'ai lu ailleurs, il n'est même pas nécessaire d'aller chercher les étoiles pour conclure que l'entropie de l'Univers augmente.

Pour faire augmenter l'entropie de l'Univers, il suffit de mélanger de l'eau chaude et de l'eau froide !