Evolution de l'entropie de l'univers

[Emmanuel Laude]

Bonjour,

On considère l'entropie de l'univers en constante augmentation.
En est t-il ainsi depuis sa naissance?

Complexification de la matière:
- Quarks
- Protons
- Atomes d'hydrogène
- Variété croissante d’atomes
- Astres
- Molécules
- Molécules de plus en plus complexes, protéine, ARN, ADN
- Organisme pluricellulaires
- Cerveau
- Civilisation

L'entropie d'une combinaison est maximum lorsque celle-ci à autant de chance de se produire que toute autre combinaison.
Si l'on se place trois minutes après le big-bang, après la nucléosynthèse, quelque soit l'endroit ou l'on pioche au hasard quelques atomes, ont trouve la même combinaison : des atomes d’hydrogène. L'entropie est donc maximum. Si l'on s'adonne au même exercice aujourd'hui, la plus part du temps on trouvera du vide mais, parfois, on trouvera autre chose.

Est-il donc admis quelque part que, avant d'entrer dans une phase de croissance entropique, l'univers aurait connu une phrase de décroissante entropique?

Merci
-----

[Gilgamesh]

C'est une bonne question. Effectivement, au plan thermique, la matière est dans un état d'entropie maximal, au début. Jamais l'univers ne sera aussi lisse, bien mélangé et thermiquement à l'équilibre que dans les tous premiers temps de l'expansion avec des écarts de température qui n'excèdent pas ΔT/T ~ 10^-5 au moment du découplage (à l'émission du rayonnement de fond) !

La réponse à cette énigme fait intervenir une autre source d'entropie, l'entropie gravitationnelle. C'est elle qui change complètement la donne, car elle est à son niveau minimal dans ce jeune univers du fait même que l'entropie thermique y est maximale. En effet, ce qui constitue l'entropie maximale d'un gaz dans une enceinte où on ignore la gravité (le gaz se répand uniformément) constitue l'entropie minimale pour la gravité. Intuitivement, on peut définir l'entropie comme ce qui résulte d'un système quand il a fourni un travail. Moins il a d'entropie, plus il est à même de travailler. Pour la gravité, "travailler" c'est faire tomber la matière et rapprocher les centre de masse. Deux astres au loin forment un système d'entropie minimale. Ils se rapproche et fusionnent : de l'énergie est dégagée, le système a travaillé. L'état d'entropie gravitationnelle maximal est atteinte quand tout forme un trou noir.

L'inflation initiale a dispersé la matière de manière quasi-uniforme dans un volume immense. Avec juste de minuscules inhomogénéités qui vont pouvoir initier une instabilité gravitationnelle. L'entropie gravitationnel est proche de zéro, c-à-d qu'il y a plein d'énergie libre gravitationnelle, la gravité n'a qu'une seule envie, faire s'effondrer toute cette matière sur elle même pour former de grandes structures, ce qui va la faire travailler, chauffer du gaz par compression, le faire rayonner et produire des photons qui vont s'ajouter au bain de photons ambiant.

La deuxième source d'énergie libre, capable à son tour de travailler pour produire de l'entropie, provient du fait que la matière a été "cuite" trop rapidement lors des fameuses trois premières minutes de l'Univers (le premier quart d'heure plutôt), du fait de la rapidité de l'expansion pour atteindre le stade d'équilibre de la matière nucléaire, à 60 nucléons. Les 3/4 de la matière baryonique se présente sous forme de protons, capables de fusionner pour former de l'hélium-4 ou au delà. Cela permet aux structure liées (les étoiles) de dégager de l'énergie sous forme de rayonnement. Et c'est ce flux d'énergie que les surfaces planétaires vont pouvoir entropiser pour créer des structures vivantes.

Il est intéressant de noter que tout ceci représente en définitive peu de chose, à l'échelle cosmologique. Si on comptabilise la quantité de photons ajoutée à l'univers par le travail des quatre forces de l'univers lors de la formation des grandes structures et ce qui résulte de tous les processus stellaires, cela ne représente qu'environ 1/1000e de l'entropie totale représentée par la démographie des photons fossiles. Au premier ordre, l'entropie de l'univers n'a pas variée depuis le découplage.

[shub22]

La question soulève aussi dans la dernière partie de la liste que vous évoquez le problème de la néguentropie, concept introduit par Shrödinger en 44 avec son livre Qu'est-ce que la vie?
Il été repris par le sociologue Edgar Morin pour expliquer ou tenter d'expliquer le fait que des amas d'individus se structurent en groupes cohérents et stables comme des sociétés qui peuvent donner naissance aux civilisations.
Le problème de la seconde loi de la thermodynamique est qu'elle n'explique pas comment l'on passe du chaos à l'organisation, problème ancien puisque déjà soulevé par Shrödinger. Puisque l'entropie est vouée à augmenter purement et simplement d'après cette loi cela entrainerait de par son application une augmentation exponentielle du désordre et du chaos.
On peut peut-être aussi inclure dans cette problématique de la néguentropie la question du pourquoi de la transformation de l'énergie primordiale liée au Big Bang à la constitution de matière via la nucléosynthèse: le passage du chaos à l'organisation mais cette fois d'un point de vue purement physique.
La question apparaît déjà chez les Grecs qui se la posaient déjà.
Il y a aussi le livre du prix Nobel Jacques Monod Le hasard et la nécessité qui traite de cette question d'un point de vue de la biologie et de la génétique.

[yvon l]

La réponse à cette énigme fait intervenir une autre source d'entropie, l'entropie gravitationnelle. C'est elle qui change complètement la donne, car elle est à son niveau minimal dans ce jeune univers du fait même que l'entropie thermique y est maximale. En effet, ce qui constitue l'entropie maximale d'un gaz dans une enceinte où on ignore la gravité (le gaz se répand uniformément) constitue l'entropie minimale pour la gravité. Intuitivement, on peut définir l'entropie comme ce qui résulte d'un système quand il a fourni un travail. Moins il a d'entropie, plus il est à même de travailler. Pour la gravité, "travailler" c'est faire tomber la matière et rapprocher les centre de masse. Deux astres au loin forment un système d'entropie minimale. Ils se rapproche et fusionnent : de l'énergie est dégagée, le système a travaillé. L'état d'entropie gravitationnelle maximal est atteinte quand tout forme un trou noir.

L'inflation initiale a dispersé la matière de manière quasi-uniforme dans un volume immense. Avec juste de minuscules inhomogénéités qui vont pouvoir initier une instabilité gravitationnelle. L'entropie gravitationnel est proche de zéro, c-à-d qu'il y a plein d'énergie libre gravitationnelle, la gravité n'a qu'une seule envie, faire s'effondrer toute cette matière sur elle même pour former de grandes structures, ce qui va la faire travailler, chauffer du gaz par compression, le faire rayonner et produire des photons qui vont s'ajouter au bain de photons ambiant.

Bonjour,
Pour des raisons didactiques, pourrait-on étendre votre très intéressante explication en utilisant le modèle général proposé dans l’intervention:
http://forums.futura-sciences.com/de...econdaire.html

L’énergie Es correspondrait à l’énergie gravitationnelle.
Qu’en pensez-vous?
Merci

[A voir en vidéo sur Futura]

[shub22]

Très compliqué à comprendre cette histoire d'entropie qui se décline de tas de façons: gravitationnelle, thermique et sans doute d'autres encore.
Du coup l'entropie en ressort comme un concept non homogène alors qu'il l'est d'après les principes de la thermodynamique.
Aussi cette idée que l'entropie est maximale au début de l'Univers. Si on se réfère aux lois de la thermodynamique encore, comme elle ne fait qu'augmenter comment peut-elle être déjà à une valeur maximale ?
Il y a comme une contradiction car ce devrait être l'énergie potentielle qui est à sa valeur maximale et l'entropie très proche de 0 sinon comment peut-elle augmenter si elle est déjà à une valeur maximale ?
On n'y comprend rien à vos histoires, désolé de vous le dire à moins que les lois de la thermodynamique ne soient pas valables au début de la création de l'Univers.

[pm42]

Très compliqué à comprendre cette histoire d'entropie qui se décline de tas de façons: gravitationnelle, thermique et sans doute d'autres encore.

Ah bon ? Pas spécialement.

Du coup l'entropie en ressort comme un concept non homogène alors qu'il l'est d'après les principes de la thermodynamique.

Non, je pense que c'est une incompréhension de ton coté. C'est comme l'énergie : tu as plusieurs sources, types, ce qui n'empêche pas le concept d'être homogène.

Aussi cette idée que l'entropie est maximale au début de l'Univers.

Non, il n'a jamais dit cela. Il a dit "l'entropie thermique".

Si on se réfère aux lois de la thermodynamique encore, comme elle ne fait qu'augmenter comment peut-elle être déjà à une valeur maximale ?

C'est parfaitement expliqué quand on lit et qu'on ne simplifie pas.

On n'y comprend rien à vos histoires, désolé de vous le dire à moins que les lois de la thermodynamique ne soient pas valables au début de la création de l'Univers.

Il ne faut pas être désolé, il faut juste lire et faire un effort. La physique n'est pas immédiatement accessible et nécessite un minimum de formation.

[shub22]

Effectivement, au plan thermique, la matière est dans un état d'entropie maximal, au début. Jamais l'univers ne sera aussi lisse, bien mélangé et thermiquement à l'équilibre que dans les tous premiers temps de l'expansion avec des écarts de température qui n'excèdent pas ΔT/T ~ 10-5 au moment du découplage (à l'émission du rayonnement de fond) !
Déjà ça c'est compliqué à comprendre. Ça veut dire que l'entropie thermique va diminuer au profit de l'entropie gravitationnelle ?
On dirait que de façon sous-jacente il y aurait une sorte de loi de la conservation de l'entropie ce qui est en contradiction avec le deuxième principe de la thermodynamique.
Une loi de conservation de l'énergie oui certes mais de l'entropie ? L'entropie c'est la tendance au désordre au chaos. Intuitivement au début de l'Univers si j'en crois ce qui est écrit, l'univers est parfaitement ordonné sur le plan thermique et cette stabilité ne peut que se dégrader donc l'entropie ne peut qu'augmenter.
Comment peut-elle augmenter par la suite avec l'inflation si elle est déjà à une valeur maximale?

P.S. Il suffit pas de dire qu'il faut de la compétence pour pouvoir comprendre la physique ce qui est sûr , il faut que les explications soient un minimum accessibles.

[pm42]

il faut que les explications soient un minimum accessibles.

Tu as raison, le problème est entièrement dans les explications...

[invite555cdd43]

des amas d'individus se structurent en groupes cohérents et stables comme des sociétés qui peuvent donner naissance aux civilisations.

Le problème de la seconde loi de la thermodynamique est qu'elle n'explique pas comment l'on passe du chaos à l'organisation, problème ancien puisque déjà soulevé par Shrödinger. Puisque l'entropie est vouée à augmenter purement et simplement d'après cette loi cela entrainerait de par son application une augmentation exponentielle du désordre et du chaos.

La seule réponse possible, c'est que l'entropie ne s'applique pas vraiment aux groupes humains et animaux.

On peut dire que l'intelligence et le besoin poussent à des actes volontaires allant dans le sens contraire de l'entropie, comme le regroupement depuis les tribus jusqu'aux nations, ou les meutes (pour les animaux). Après, on peut dire qu'il y a quand-même ne entropie "tardive", dans le sens où les petits quittent le nid familial, des régions font sécession, des gens migrent d'un pays à l'autre, des accents différents apparaissent dans des coins éloignés, etc. Mais pour moi, et encore une fois, cela est dû à des contingences liées au vivant en général et à la civilisation en particulier, pas tellement aux lois de la physique.

[Gilgamesh]

La question soulève aussi dans la dernière partie de la liste que vous évoquez le problème de la néguentropie, concept introduit par Shrödinger en 44 avec son livre Qu'est-ce que la vie?
Il été repris par le sociologue Edgar Morin pour expliquer ou tenter d'expliquer le fait que des amas d'individus se structurent en groupes cohérents et stables comme des sociétés qui peuvent donner naissance aux civilisations.
Le problème de la seconde loi de la thermodynamique est qu'elle n'explique pas comment l'on passe du chaos à l'organisation, problème ancien puisque déjà soulevé par Shrödinger. Puisque l'entropie est vouée à augmenter purement et simplement d'après cette loi cela entrainerait de par son application une augmentation exponentielle du désordre et du chaos.
On peut peut-être aussi inclure dans cette problématique de la néguentropie la question du pourquoi de la transformation de l'énergie primordiale liée au Big Bang à la constitution de matière via la nucléosynthèse: le passage du chaos à l'organisation mais cette fois d'un point de vue purement physique.
La question apparaît déjà chez les Grecs qui se la posaient déjà.
Il y a aussi le livre du prix Nobel Jacques Monod Le hasard et la nécessité qui traite de cette question d'un point de vue de la biologie et de la génétique.

Le concept ne néguentropie me gène un peu dans la mesure où il "mime" le concept d'entropie avec un signe moins. Or ce qu'on appelle néguentropie dans le sens initial donné par Schrödinger, correspond en fait à l'enthalpie libre de Gibbs, c-a-d l'énergie dont dispose le système à température et pression constante, ce qui correspond à l'essentiel des processus vitaux.

G = H - TS.

avec
G l'enthalpie libre de Gibbs
H l'enthalpie libre de Helmholtz, qui représente le travail qu'on peut obtenir d'un milieu fermé à température et volume constant.
T la température
S l'entropie

H et G sont homogène à une énergie (des Joule) et non à une entropie (des Joule/Kelvin). Y'a donc un problème dimensionnel, à mon sens, à parler de néguentropie quand on parle en fait de G.


Vu qu'on raisonne à T constant, on a :

ΔG = ΔH - TΔS

Le -TΔS correspond à l'entropie cédée au milieu extérieure. C'est beaucoup plus clair comme ça. Il n'y a pas une quantité assimilable à une "entropie négative" qui irait contre l'entropie. Il y a simplement un système ouvert qui est traversé par un flux d'énergie et qui abaisse son entropie en la cédant au milieu extérieur. Autrement dit, ce n'est pas une entropie négative, mais une entropie cédée. De la même façon, une dette, c'est pas de l'argent négatif, concept quelque peu mystérieux de prime abord, c'est de l'argent cédé, ce qui est très banal. Bon, donc à part ça, si on a bien compris cette comptabilité et que ça ne crée pas de confusion, on peut très bien utiliser le concept de néguentropie.

Sinon, quand on raisonne à l'échelle cosmologique, ce que ça souligne c'est l'importance de l'expansion dans ce processus. En effet dans le cadre de l'expansion, l'entropie de l'univers ne cesse d'augmenter (il y a toujours plus de photons dans l'univers) mais la densité d'entropie ne cesse de baisser (car les photons sont dilués dans un volume croissant, et ils sont redshiftés) ce qui autorise localement des systèmes comme les surfaces planétaires à recevoir un flux de photons relativement énergétiques (~ 1 eV) pour les réémettre à plus basse énergie (~ 0,1 eV), en décuplant donc leur nombre, ce qui représente bien une création d'entropie par la planète. C'est ce flux constant source chaude (Soleil) -> source froide (cosmos) qui représente l'énergie disponible à la vie pour s'organiser.

[yvon l]

Je reviens au modèle présenté ici pour des explications supplémentaires: http://forums.futura-sciences.com/de...econdaire.html

Le flux d’énergie qui traverse l’univers (de E1 vers E2) augmente d’entropie au cours du temps. Le flux se propage tout en augmentant d’entropie.
Une partie du flux énergétique est détournée par l’effet gravitationnel, en constituant progressivement des puits de potentiel de plus en plus important (les amas de matière se condensent). Cette énergie potentielle (détournée) est de très faible entropie et se retrouve en Es. Il y a en même temps de l’information structurée qui apparaît et contribue à accélérer le processus.
Qu’en pensez-vous ?

[Gilgamesh]

Bonjour,
Pour des raisons didactiques, pourrait-on étendre votre très intéressante explication en utilisant le modèle général proposé dans l’intervention:
http://forums.futura-sciences.com/de...econdaire.html

L’énergie Es correspondrait à l’énergie gravitationnelle.
Qu’en pensez-vous?
Merci

Non, j'ai du mal avec votre schéma, et plus encore avec les exemples (atmosphère, cerveau). On mélange allègrement les flux de matière, d'énergie et d'information. Typiquement je vois des trucs pas homogènes qui surgissent.

On est très proche de la théorie personnelle. On arrête là. Merci.

[viiksu]

J'avoue ne pas avoir bien compris, ce que je formule sous forme de questions:

Que peut-on dire de l'entropie globale de l'univers à ses débuts min, max nulle?
L'univers est-il un système isolé comme le réclame le 2 ème principe?
La formation de structures: galaxies, étoiles,planète, vie semble diminuer l'entropie?
L'entropie globale cependant augmente à cause de l'expansion et finira par la mort thermique ?
Est-ce qu'un univers vide aurait une entropie infinie?
L'entropie est-elle la cause ou la conséquence de la flèche du temps?

[shub22]

Je sais pas si j'ai bien tout compris de vos explications, un peu quand même je crois mais en tout cas merci de vos explications et de l'effort de pédagogisation (bon c'est pas trop français comme mot mais on aura compris)
Sinon en clair le concept de néguentropie bien qu'introduit par Shrödinger ne parait pas indispensable et via les équations on arrive à modéliser ce qui se passe au niveau des échanges d'énergie et de ce qui est relatif à l'entropie.
Faut que je relise plusieurs fois vos messages et fasse des recherches sur Internet.

[Gilgamesh]

J'avoue ne pas avoir bien compris, ce que je formule sous forme de questions:

Que peut-on dire de l'entropie globale de l'univers à ses débuts min, max nulle?

Tu compte en gros les photon de l'univers... L'entropie était déjà très élevée au début de l'univers, mais elle a encore augmenté.

L'univers est-il un système isolé comme le réclame le 2 ème principe?

Oui. Mais étant en expansion, ça lui donne notamment la possibilité d'abaisser sa température sans fournir de chaleur à un système voisin. Et c'est essentiel pour la naissance de structure en son sein.

La formation de structures: galaxies, étoiles,planète, vie semble diminuer l'entropie?

Localement oui, mais cette structuration se traduit par la production de photons, qui vont augmenter l'entropie totale de l'univers. Et le grain d'entropie global est supérieur à sa diminution locale.

L'entropie globale cependant augmente à cause de l'expansion et finira par la mort thermique ?

L'expansion ne change pas l'entropie totale, seulement sa densité.

Est-ce qu'un univers vide aurait une entropie infinie?

Infinie je ne vois pas bien pourquoi, mais c'est une question intéressante, je ne sais pas quelle entropie donner au vide.

L'entropie est-elle la cause ou la conséquence de la flèche du temps?

On aurait plutôt tendance à en faire la cause, mais la question de l'origine de la flèche du temps est encore fort débattue.

[viiksu]

Merci Gilgamesh c'est très clair:
L'entropie c'est bien la loi de Boltzmann c'est à dire que les états microscopiques désordonnés sont "infiniment" plus nombreux que ceux qui sont ordonnés donc infiniment plus probables. Par exemple lait d'un côté café de l'autre cela fait très peu d'états par rapport au café au lait, mais ceci n'empêche pas à priori d'observer un jour un café et lait plutôt qu'un café au lait et cela me gêne un peu. C'est comme la fonction d'onde qui en théorie ne s'annule qu'à l'infini en théorie tout électron pourrait se retrouver sur Vénus d'accord Vénus n'est pas hospitalière mais je doute qu'on puisse néanmoins y trouver un électron terrestre. Pour résumer ces question de l'infiniment peu probable mais non nul me gênent.

[yvon l]

J’en termine tout d’abord avec mon message #11
Certains puits de potentiel deviennent tellement importants (concentration de matières), que des réactions thermonucléaires s’amorcent (comme le soleil). Le potentiel énergétique va donc décroître en émettant un flux d’énergie rayonnante de faible entropie (de Es vers E2), qui va se dissiper en augmentant son entropie dans l’univers. Ce phénomène se terminera lorsque le puits aura évacué son énergie. Cette fin renverra dans l’univers le reste de l’énergie et de la matière du puits.

Non, j'ai du mal avec votre schéma, et plus encore avec les exemples (atmosphère, cerveau). On mélange allègrement les flux de matière, d'énergie et d'information. Typiquement je vois des trucs pas homogènes qui surgissent.

Pour moi, le concept macroscopique qu’est l’entropie fait intervenir matière, énergie et information.
Par exemple l’énergie thermique de convection est un concept énergétique faisant intervenir le transport de la matière pour obtenir le flux énergétique qu’est la chaleur .
Cette convection aura donc un rôle d’accélérateur d’augmentation de l’entropie (la dissipation de l’énergie).
En ce qui concerne l’information, faut-il encore s’entendre sur sa définition.
Dans le cas par exemple du message #11 l’information est la concentration de matières qui induit une gravitation de plus en plus forte.C’est cette gravitation en cours d’augmentation qui constitue l’information que reçoit l’univers du processus en cours.
Dans cet exemple, parler de diminution de l’entropie revient également à dire que son information augmente.

On est très proche de la théorie personnelle. On arrête là. Merci.

Pouvez-vous être plus précis avec les exemples qui vous posent problème, car je n’ai pas l’impression de défendre une théorie dite personnelle. (En privé si vous voulez (HS))
Merci.

[Gilgamesh]

Merci Gilgamesh c'est très clair:
L'entropie c'est bien la loi de Boltzmann c'est à dire que les états microscopiques désordonnés sont "infiniment" plus nombreux que ceux qui sont ordonnés donc infiniment plus probables. Par exemple lait d'un côté café de l'autre cela fait très peu d'états par rapport au café au lait, mais ceci n'empêche pas à priori d'observer un jour un café et lait plutôt qu'un café au lait et cela me gêne un peu. C'est comme la fonction d'onde qui en théorie ne s'annule qu'à l'infini en théorie tout électron pourrait se retrouver sur Vénus d'accord Vénus n'est pas hospitalière mais je doute qu'on puisse néanmoins y trouver un électron terrestre. Pour résumer ces question de l'infiniment peu probable mais non nul me gênent.

En tout cas c'est bien l'interprétation toute simple que lui donne la physique statistique, et c'est comme ça que l'entropie a véritablement été comprise.

La possibilité qu'on puisse observer une baisse spontanée de l'entropie, sans dépense d'énergie et sans que soit violée aucune loi physique, est moins gênante quand on a conscience des probabilités en jeu. En gros c'est en 2^-N avec N le nombre de particules du système. Dès qu'on atteint un nombre de particule de l'ordre de celui constituant une macromolécule, les probabilités associées font que la probabilité que ça se produise dans tout l'âge de l'univers devient infime.

[Gilgamesh]

J’en termine tout d’abord avec mon message #11
Certains puits de potentiel deviennent tellement importants (concentration de matières), que des réactions thermonucléaires s’amorcent (comme le soleil). Le potentiel énergétique va donc décroître en émettant un flux d’énergie rayonnante de faible entropie (de Es vers E2), qui va se dissiper en augmentant son entropie dans l’univers. Ce phénomène se terminera lorsque le puits aura évacué son énergie. Cette fin renverra dans l’univers le reste de l’énergie et de la matière du puits.

Pour moi, le concept macroscopique qu’est l’entropie fait intervenir matière, énergie et information.
Par exemple l’énergie thermique de convection est un concept énergétique faisant intervenir le transport de la matière pour obtenir le flux énergétique qu’est la chaleur .
Cette convection aura donc un rôle d’accélérateur d’augmentation de l’entropie (la dissipation de l’énergie).

Jusqu'à là, ok.

En ce qui concerne l’information, faut-il encore s’entendre sur sa définition.
Dans le cas par exemple du message #11 l’information est la concentration de matières qui induit une gravitation de plus en plus forte.C’est cette gravitation en cours d’augmentation qui constitue l’information que reçoit l’univers du processus en cours.
Dans cet exemple, parler de diminution de l’entropie revient également à dire que son information augmente.

Pouvez-vous être plus précis avec les exemples qui vous posent problème, car je n’ai pas l’impression de défendre une théorie dite personnelle. (En privé si vous voulez (HS))
Merci.

C'est quand on passe à l'information que le débat peut se perdre. L'entropie au sens de Shannon (information) et celle au sens de Boltzmann (thermodynamique) entretiennent un parallélisme conceptuel important et profond. Et pourtant, on ne peut les confondre physiquement, parce que l'information ne se mesure pas en J/K et celle de Shannon en bit, et qu'il existe un abîme infranchissable entre ces deux notions.

Certes l'information a un coût physique : il faut de l'énergie pour enregistrer et effacer de l'information. Et ça peut se traduire par des effets physiques fondamentaux.

Mais l'effet de l'information est commune mesure avec son coût énergétique ou entropique. Une chaîne d'ADN dans laquelle une nucléotide est A et l'autre G vont réclamer exactement la même énergie et produire la même entropie thermodynamique dans l'environnement. Et pourtant la chaîne en A pourra donner naissance à un organisme viable, et la chaîne en G avorter à la première réplication. La physique ne permet absolument pas de quantifier ce qui diffère entre l'ensemble d'information contenant le nucléotide A et celui contenant le nucléotide G à la place. C'est uniquement le jeu de sélection naturelle qui explique que le premier pourra être cause efficiente d'un organisme tandis que l'autre ne donnera rien du tout. Même si ça repose in fine sur de la physique, aucun concept physique du genre variable d'état ne peut en rendre compte.

[shub22]

C'est quand on passe à l'information que le débat peut se perdre. L'entropie au sens de Shannon (information) et celle au sens de Boltzmann (thermodynamique) entretiennent un parallélisme conceptuel important et profond. Et pourtant, on ne peut les confondre physiquement, parce que l'information ne se mesure pas en J/K et celle de Shannon en bit, et qu'il existe un abîme infranchissable entre ces deux notions.

Certes l'information a un coût physique : il faut de l'énergie pour enregistrer et effacer de l'information. Et ça peut se traduire par des effets physiques fondamentaux.

Mais l'effet de l'information est commune mesure avec son coût énergétique ou entropique.

Quid de la théorie du trou noir développée par Leonard Susskind via la théorie de l'information ?
Vous en pensez quoi de cette phrase “L'univers est un hologramme sur un trou noir“ que j'ai lu de lui ou d'un de ses disciples ?
Je ne connais pas ce que disent les physiciens sur la température à l'intérieur des trous noirs mais il me semble que l'entropie dans un trou noir devrait être minimale relativement à la matière organisée en atomes ou molécules non ?

[yvon l]

C'est quand on passe à l'information que le débat peut se perdre. L'entropie au sens de Shannon (information) et celle au sens de Boltzmann (thermodynamique) entretiennent un parallélisme conceptuel important et profond. Et pourtant, on ne peut les confondre physiquement, parce que l'information ne se mesure pas en J/K et celle de Shannon en bit, et qu'il existe un abîme infranchissable entre ces deux notions.

Merci pour votre réponse.
A mon avis, cela ne pose pas problème.
Pour comprendre je vous invite à lire le message #100 dans http://forums.futura-sciences.com/ph...ntropie-7.html
Je reprends ici une partie de ce message.

Pour moi la difficulté des différents concepts d’entropie est liée à une définition obsolète de l’unité de température (K). L’unité de température devrait simplement être le Joule.
En effet la température est l’image de l’énergie thermique interne. Pour lui garder son caractère de variable intensive, on aurait une définition de type: 1 joule de température correspond à l’énergie contenue dans x molécules de …. etc.

Dans ce cas la constante de Boltzmann (J/K) devient un nombre sans dimension et l’entropie (J/K) n’a plus de dimension. Donc shannon avec sa dimension de type informationnel (sans dimension) ne nous effraye plus.

Pour la suite de votre réponse je reviendrai dans un autre message.

[viiksu]

A ma connaissance il y a plusieurs problèmes liés au trous noirs (TN):

Un TN a une entropie proportionnelle à son aire
Un TN émet un rayonnement s'évapore sans renvoyer l'information liée à ce qui est tombé dedans
L'unitarité de la mécanique quantique impose la conservation de l'information

[Gilgamesh]

Vous vous enfoncez dans la théorie personnelle.

Très franchement, pensez-vous être le premier à vous aviser que la température et l'énergie présentent une étroite parenté ? Oui, en effet, la température est la mesure de l'énergie cinétique des particules, et on peut écrire approximativement que E ~ kT, donc que les deux sont reliés par une simple constante.

Et pourtant, le Kelvin fait partie du système fondamental d'unité. Il est même plus fondamental que le Joule. Au lieu de se dire : ah, tiens j'ai trouvé un truc, je vais proposer de changer la Physique, la bonne démarche consiste à se dire : ah, tiens on dirait que c'est la même chose, et pourtant les physiciens distinguent le Joule du Kelvin. Pour quelle raison ?

La raison profonde est que la température donne accès à une propriété statistique qui est fondamentale dans l'évolution d'un système et qui est distincte de son énergie.

La température d'un atome n'est pas définie. Pour définir une température, il faut considérer le centre de masse d'un ensemble de particules et définir la vitesse de chaque particule par rapport à ce centre de masse. La vitesse du centre de masse est soustraite des vitesses particulières et on ne considère que le différentiel. Par illustrer ça, on peut se dire par exemple que la température d'une pizza ne change pas du simple fait qu'on la déplace d'un point à un autre. Si je place un thermomètre dans la boîte de la pizza, celui ci ne va pas afficher une température plus élevée quand le livreur démarre sa mobylette. Pourtant, vis-à-vis du repère lié au sol, l'énergie de la pizza (et de chacun des atomes qui la composent) a augmenté : à son énergie thermique se rajoute l'énergie cinétique dû à la vitesse de la mobylette. Cette invariance de la température par rapport au repère de mesure est fondamentale, car, par exemple, l'ensemble des réactions physico-chimiques ui se déroulent au sein de cette pizza dépendent uniquement de cette température, et pas de l'énergie totale. L'énergie totale de la pizza ne me renseigne en rien sur le fait de savoir si le fromage est dur ou mou à sa surface. C'est la température qui va me le dire, et elle doit donc être la même selon qu'on la définie dans le repère de la mobylette ou depuis Alpha du Centaure.

Donc, pour définir cette température on mesure l'énergie cinétique (mv²/2) de chaque particule par rapport au centre de masse, on va alors définir une énergie moyenne E₀. Et pour qu'on puisse parler de température il faut également que les particules puissent redistribuer leur énergie cinétique par des collisions. A l'issu d'un très grand nombre de chocs au hasard, il finit par s'établir une distribution des énergies de forme bien particulière et universelle, du type :



qui se lit : le nombre N de particules ayant une énergie donnée E est proportionnel à l'exponentielle négative du rapport entre cette énergie et l'énergie moyenne de la population. Tu passes de cette énergie moyenne à la température par une simple constante dimensionnelle, la constante de Boltzmann :

k = 1,381×10^-23 J⋅K^-1



et la forme de la distribution s'écrit alors couramment :



Comme c'est une exponentielle décroissante tu as une "queue de distribution" qui s'étale vers les hautes vitesses (voir sur le graphique la forme de cette distribution pour différentes températures). Autrement dit, tu as toujours quelques molécules qui, à l'occasion des chocs reçus, auront acquis des vitesses très supérieures à la moyenne. Une vitesse en particulier ne te permet pas de définir une température : il est inscrit dans le concept que certaines particules auront des vitesses élevées et que d'autre seront quasi à l'arrêt. C'est la statistique de vitesse qui te donne véritablement la température et la meilleurs information sur les vitesses particulières au sein de ta population de particules.

Si tu ne peux pas établir ce genre de statistique, la température devient une notion "singulière" (pas ou mal définie).

[Gilgamesh]

Quid de la théorie du trou noir développée par Leonard Susskind via la théorie de l'information ?
Vous en pensez quoi de cette phrase “L'univers est un hologramme sur un trou noir“ que j'ai lu de lui ou d'un de ses disciples ?
Je ne connais pas ce que disent les physiciens sur la température à l'intérieur des trous noirs mais il me semble que l'entropie dans un trou noir devrait être minimale relativement à la matière organisée en atomes ou molécules non ?

C'est précisément en pensant à Susskind que j'ai pris soin de préciser "Certes l'information a un coût physique : il faut de l'énergie pour enregistrer et effacer de l'information. Et ça peut se traduire par des effets physiques fondamentaux. " Il s'agit d'une information en rapport avec le théorème de l'unitarité : l'information qui ne doit pas être perdue dans l'évolution d'un système.

Je pense que ça vaut le coup, d'un point de vue prophylactique de bien faire le distinguo dans son esprit entre cette définition microscopique de l'information physique et l'information qu'on pourrait qualifier d'"efficiente" ou de "signifiante" qui permet l'organisation du vivant ou qu'on transmet par la langage humain. La phrase "La roubize de Nonule et de Taraphidié " ne signifie rien, c'est à dire qu'elle ne transporte aucune information, alors que "La fille de Minos et de Pasiphaé" transporte une information, et désigne Phèdre. Du point de vue de la physique, que ce soit en thermodynamique ou dans la théorie de l'information de Shannon, ces deux phrase contiennent la même quantité d'information, nécessitent la même quantité d'énergie, et ont le même coût entropique. Absolument rien ne permet de prédire que l'une a une efficience nulle et l'autre considérable, alors que cette différence est évidente pour qui maîtrise le langage.

[yvon l]

Vous vous enfoncez dans la théorie personnelle.

Très franchement, pensez vous que vous êtes le premier à vous aviser que la température et l'énergie présentent une étroite parenté ? Oui, en effet, la température est la mesure de l'énergie cinétique des particules, et on peut écrire approximativement que E ~ kT, donc que les deux sont reliés par une simple constante.
.

Je vous rassure, ce n'est pas une théorie personnel. Pour me comprendre je vous invite à écouterJP Pérez, professeur émérite à l'université de Toulouse
Voici le lien:
https://www.youtube.com/watch?v=TrD9SJHAncM

[viiksu]

On voit bien la complexité de la notion d'information je ne sais pas comment cette notion de bits de la taille de Planck à la surface d'un TN est arrivée je ne juge pas il y a surement de la théorie intelligente là dessous.

[shub22]

C'est précisément en pensant à Susskind que j'ai pris soin de préciser "Certes l'information a un coût physique : il faut de l'énergie pour enregistrer et effacer de l'information. Et ça peut se traduire par des effets physiques fondamentaux. " Il s'agit d'une information en rapport avec le théorème de l'unitarité : l'information qui ne doit pas être perdue dans l'évolution d'un système.

Je pense que ça vaut le coup, d'un point de vue prophylactique de bien faire le distinguo dans son esprit entre cette définition microscopique de l'information physique et l'information qu'on pourrait qualifier d'"efficiente" ou "signifiante" qui permet l'organisation du vivant ou qu'on transmet par la langage humain. La phrase "La roubize de Nonule et de Taraphidié " ne signifie rien, c'est à dire qu'elle ne transporte aucune information, alors que "La fille de Minos et de Pasiphaé" transporte une information est organisée ce que vous appelez “efficiente“ et l'autre de nature nformation, et désigne Phèdre. Du point de vue de la physique, que ce soit en thermodynamique ou dans la théorie de l'information de Shannon, ces deux phrase contiennent la même quantité d'information, nécessitent la même quantité d'énergie, et ont le même coût entropique. Absolument rien ne permet de prédire que l'une a une efficience nulle et l'autre considérable, alors que cette différence est évidente pour qui maîtrise le langage.

On revient indirectement (ou par la bande) de cette façon à la question de la néguentropie vous croyez pas ? Celle qui fait qu'une information est organisée ou pas , qu'elle véhicule un message, ce que vous appelez information “efficiente“ et l'autre de nature dégradée voire complètement aléatoire. Du bruit...
Voire la théorie de l'information et du message dont par exemple Habermas a parlé ainsi que d'autres dans l'école communicationnelle mais de façon beaucoup plus relative évidemment à la sociologie, les medias etc.

Finalement sur le plan de la physique on devrait non seulement parler d'entropie gravitationnelle, thermique mais celle aussi d'entropie d'information ou liée à l'information.
Il y a un un sens intuitif immédiat qu'on constate tous les jours avec le numérique lié à la dégradation autour de la transmission d'information qui joue sur sa qualité à la réception.
Bon ça existe déjà je crois l'entropie liée à l'information : je crois qu'il suffit d'étendre le théorème de Shannon lequel en a probablement parlé d'ailleurs.

[Gilgamesh]

Je vous rassure, ce n'est pas une théorie personnel. Pour me comprendre je vous invite à écouterJP Pérez, professeur émérite à l'université de Toulouse
Voici le lien:
https://www.youtube.com/watch?v=TrD9SJHAncM

Oui, je comprend. Mais je vous invite à joindre mes propos au sien. En effet, la température et l'énergie sont relié depuis Boltzmann, (E ~ kT) mais à la notion de température s'ajoute cet aspect statistique que j'ai détaillé dans le post précédent. Un bloc d'atomes qui vont tous dans le même sens à la même vitesse, qui ont tous la même énergie cinétique, est à 0K. Si cette énergie se redistribue en son sein (suite à un choc), que chaque atome acquiert une vitesse particulière pointant en tout sens, ce qu'on appelle une thermalisation de l'énergie, alors il va acquérir la température correspondant à cette énergie.

[Gilgamesh]

On revient indirectement (ou par la bande) de cette façon à la question de la néguentropie vous croyez pas ?

Si fait, mais je choisirais un autre terme pour désigner le concept, comme "information efficiente" (s'il s'agit de biologie) ou "information signifiante" (s'il s'agit du langage). Ceci pour l'extraire du champ de la Physique, et pour ne pas s'emberlificoter avec une notion d'entropie négative, ce que le terme suggère.

[yvon l]

Oui, je comprend. Mais je vous invite à ajouter mes propos au sien. En effet, la température et l'énergie sont relié depuis Boltzmann, (E ~ kT) mais à la notion de température s'ajoute cet aspect statistique que j'ai détaillé dans le post précédent. Un bloc d'atomes qui vont tous dans le même sens à la même vitesse, qui ont tous la même énergie cinétique, est à 0K. Si cette énergie se redistribue en sont sein (suite à un choc), ce qu'on appelle une thermalisation de l'énergie, alors il va acquérir la température correspondante à cette énergie.

Bien d’accord, mais en retirant cependant ce que j’ai souligné dans votre intervention #23
reprise ici.

Et pourtant, le Kelvin fait partie du système fondamental d'unité. Il est même plus fondamental que le Joule. Au lieu de se dire : ah, tiens j'ai trouvé un truc, je vais proposer de changer la Physique, la bonne démarche consiste à se dire : ah, tiens on dirait que c'est la même chose, et pourtant les physiciens distinguent le Joule du Kelvin. Pour quelle raison ?

Avant tout la température est une notion définie comme l'entropie au niveau macroscopique. (On pourrait donc pensez qu'il en serait de même pour l'information, car liée à l'entropie ?)