Bonjour,
Comprendre le concept d'entropie ne m'est pas si simple.
Grosso modo, je crois que la complexité d'un système physique ne va qu'en s'accroissant ; il en serait donc ainsi de l'Univers dans son ensemble.
Mais l'expansion et sa conséquence, le refroidissement, ne vont-ils pas à l'encontre de ce principe entropique ?
Merci, au revoir.
Salut,
Non, pas du tout. Attention, il ne faut pas lier l'entropie à la chaleur ou au désordre, comme ça, sans précaution.Envoyé par morrow
L'expansion est en fait un processus isentropique : sans variation d'entropie. L'entropie de l'univers est en fait très faible (tant mieux) et elle n'augmente que légèrement à travers les processus stellaires (formation d'étoile, formation d'éléments lourds, ...)
Pour te donner une idée de la notion d'entropie, je trouve fort intuitif la définition statistique.
Suppose que tu aies un système pouvant prendre toutes sortes d'états microscopiques (un état correspond à une position et une vitesse précise de chaque particule, je ne prend pas en compte ici les petits complications de la mécanique quantique, ce n'est pas capital) et toutes sortes d'état macroscopique (caractérisé par la pression, la température, le volume, etc...).
Il y a infiniment plus d'états microscopiques que d'états macroscopiques (si tu change la position d'UNE seule particule, ça ne va pas changer la pression macroscopique). Prenons un état macroscopique donné, avec une température, pression, etc... bien précis. Le système peut avoir N états microscopiques différents qui correspondent à cet état macroscopique. Même pour une goutte d'eau N est généralement énorme (des milliards de milliards). L'entropie est définie comme :
S = k * ln N (k = constante de Boltzmann, ln = logarithme).
Donc, tu vois, le lien avec chaleur et désordre n'est pas immédiat.
Prenons un "toy model", un exemple simpliste pour illustrer. Prend par exemple une boite avec deux compartiments et 5 molécules de gaz. Caractérisons l'état macroscopique par "nombre de molécules dans chaque compartiment". Tu as alors 6 états macroscopiques possibles :
compartiment 1 - compartiment 2 (nombre de molécules)
5 - 0
4 - 1
3 - 2
2 - 3
1 - 4
0 - 5
Si toutes les molécules sont dans le compartiment 1, il n'y a qu'une seule manière de le faire. Mais si je met 4 molécules dans le compartiment 1 et 1 molécule dans le 2, il y a 5 manière de le faire (on peut choisir une des cinq molécules pour mettre dans le compartiment deux). Ce sont nos états microscopiques. Comptons les :
compartiment 1 - compartiment 2 - nombre d'états microscopiques
5 - 0 - 1
4 - 1 - 5
3 - 2 - 10
2 - 3 - 10
1 - 4 - 5
0 - 5 - 1
Ainsi, on voit que si les molécules se déplacent au hasard elles ont plus de chance d'être bien réparties dans les deux compartiments (20 états microscopiques) plutôt que d'être toutes tassées dans un seul compartiment (2 états microscopiques).
Le simple hasard fait que les molécules se répartissent de manière homogène. Mais ça c'est pour 5 molécules. Ces nombres grandissent extrêmement vite (pour 10 molécules tu atteints déjà des centaines d'états). Et dans quelques grammes de matière on a typiquement des centaine de millier de milliards de milliards de molécules. Le nombre d'états microscopiques devient incommensurables. D'où le caractère statistique incontournable.
Le logarithme n'est là que pour rendre la grandeur additive (le nombre d'états à un caractère multiplicatif, si tu doubles le nombre de molécules, le nombre d'états augmente environ comme le carré).
Revenons à l'expansion : le gaz a plus de place, donc plus d'états possibles, oui mais il se dilue et sa température baisse. Grosso modo, l'entropie reste la même.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
C'est la magie du cosmos,
L'expansion de l'univers visible permet de garder l'entropie à peu près constante.
En refroidissant ainsi l'univers, l'expansion permet à l'énergie de se dissiper du chaud vers le froid...
Flux dissipatifs qui font émerger de nouvelles structures dissipatives maximisant la dissipation d'énergie.
Un peu comme les êtres vivants, qui dissipent 10 000 fois plus d'énergie que le soleil à masse égale.
Cordialement,
