Expansion de l'Univers et Entropie

[invite28b9f8aa]

Bonjour,

Thermodynamique :

1°) L'entropie de l'univers ne peut qu'augmenter (lié au 2° principe de la thermodynamique).

2°) L'entropie d'un système tend vers 0 K/J si T tend vers 0 K ( lié au 3° principe).
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Dans la théorie de l'expansion de l'Univers (adoptons l'hypothèse d'une expansion non suivie de contraction ?) la température de cet univers devrait-elle tendre vers 0 K ?

Si oui comment concilier avec les deux premières phrases ?

Merci pour vos éventuelles réponses.

PS : mes études supérieures datent des années 1960 ...
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[invitec3f06645]

Bonjour,

2°) L'entropie d'un système tend vers 0 K/J si T tend vers 0 K ( lié au 3° principe)

le troisième principe de la thermo c'est "L'entropie d'un corps pur tend vers 0 ..."
ce qui est loin d'etre le cas de l'Univers...

[invite28b9f8aa]

Réponse de MafateMafate lue. Merci

Si le corps n'est pas pur (l'univers est un sacré mélange), à 0 K tout est néanmoins IMMOBILE.
Que vaut alors le désordre ? N'est-il pas nul ?
L'entropie, liée au désordre, n'est-elle pas nulle ?

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Autrement dit l'ordre est-il seulement lié à l'immobilité ?

[invite28b9f8aa]

UNITES : .. tend vers 0 J / K si T tend vers 0 K ( lié au 3° principe).

[A voir en vidéo sur Futura]

[Pio2001]

Force est de constater que l'univers, au cours de son histoire, devient de plus en plus ordonné, structuré... depuis la soupe de quarks aux microprocesseurs de nos ordinateurs et aux réseaux de neurones de nos cerveaux, en passant par la formation des étoiles et des galaxies.

Huvert Reeves pense qu'il s'agit d'un effet dû à l'expansion de l'espace. L'entropie se "diluerait" en quelque sorte.

[invite28b9f8aa]

A PIO2001

Le 2° Principe dit que si le désordre diminue localement quand on fabrique un ordinateur, néanmoins le désordre total ou entropie (système ordinateur + extérieur = univers) augmente...

[Gilgamesh]

Bonjour,

Thermodynamique :

1°) L'entropie de l'univers ne peut qu'augmenter (lié au 2° principe de la thermodynamique).

2°) L'entropie d'un système tend vers 0 K/J si T tend vers 0 K ( lié au 3° principe).
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Dans la théorie de l'expansion de l'Univers (adoptons l'hypothèse d'une expansion non suivie de contraction ?) la température de cet univers devrait-elle tendre vers 0 K ?

Si oui comment concilier avec les deux premières phrases ?

Merci pour vos éventuelles réponses.

PS : mes études supérieures datent des années 1960 ...

En première approximation, l'entropie de l'univers est constante et élevée : 10⁸ photons/baryon, depuis le Big Bang. Ces photons sont ceux du fond microonde cosmologique (CMB). Par contre la densité d'entropie diminue car les photons du CMB sont dilués dans le volume croissant de l'univers.

En seconde approximation, l'entropie augmente via toutes les transformation irréversibles liés aux processus d'évolutions stellaires. Environ 1/1000e des photons de l'univers provient de ce processus. L'entropie trouve son terme maximal quand toutes la matière est rassemblée en trous noirs.


a+

[invite28b9f8aa]

"Par contre la densité d'entropie diminue car les photons du CMB sont dilués dans le volume croissant de l'univers."

Peut-on prévoir ce que sera la température de l'univers dans de nombreux milliards de milliars d'années ???? Tendra-t-elle vers O K ?

[invite88ef51f0]

Salut,

Peut-on prévoir ce que sera la température de l'univers dans de nombreux milliards de milliars d'années ???? Tendra-t-elle vers O K ?

Oui. Pour le cas des photons du CMB, on connaît la façon dont la densité d'énergie se dilue avec l'expansion (facteur 1/a⁴), on sait par ailleurs comment se comporte la température avec la densité d'énergie (la densité d'énergie est proportionnelle à T⁴). Au final, on trouve donc que la température varie comme 1/a : si l'Univers double de taille, la température diminue de moitié.
Donc plus l'Univers s'expandra et plus la température diminuera, tendant vers 0 K sans jamais l'atteindre.

[invité576543]

si l'Univers double de taille, la température diminue de moitié.

La température du CMB, non?

Donc plus l'Univers s'expandra et plus la température diminuera, tendant vers 0 K sans jamais l'atteindre.

Peut-on passer de la mesure (bien définie) de la température du CMB à une température de l'Univers, ou faut-il lire là aussi "température du CMB" en lieu et place de "la température".

Cordialement,

[invite88ef51f0]

Effectivement, je n'ai considéré que le CMB. De manière générale, c'est plus compliqué car tu peux avoir un couplage entre les différentes espèces et un découplage qui réinjecte de l'entropie, qui dépendra du nombre de degrés de liberté de tes espèces (c'est pour cela que le fond diffus de neutrinos est légèrement plus chaud que le CMB). Mais surtout, ça ne marche que pour une espèce en équilibre thermique. C'est le cas du CMB, tant que tu ne prends pas en compte ses interactions avec la matière. Mais ce n'est clairement pas le cas de la matière : il fait légèrement plus chaud au cœur du Soleil que dans mon bureau...
Le CMB a ceci de bien qu'il est uniforme, en équilibre, ... Donc si je devais parler de "la" température de l'Univers, c'est à ça que je penserais. Mais il est clair que l'Univers n'a pas "une" température, étant donné qu'il n'est (heureusement) pas à l'équilibre.

[invité576543]

étant donné qu'il n'est (heureusement) pas à l'équilibre.

Mais est-ce qu'on peut dire qu'il tend vers un équilibre thermique?

Un mélange de neutrinos et de photons peut-il ou pas atteindre un équilibre thermique par exemple, ou le CMB et les neutrinos vont-ils se refroidir indépendamment, chacun suivant son petit bonhomme de chemin sans s'occuper de l'autre espèce jusqu'à la fin des temps?

Cordialement,

[invite88ef51f0]

Bonne question. Certes les neutrinos et les photons n'interagissent pas directement car le neutrino n'est pas chargé, mais ils interagissent indirectement par le biais de la matière. Donc si on coupait l'expansion, sur des échelles de temps démentes, on finirait par un équilibre thermique.
Sauf qu'il y a l'expansion. Et l'expansion influe différemment sur les neutrinos et sur les photons : les photons sont "redshiftés" (en bon jargon) tandis que les neutrinos finissent par se comporter comme des particules massives lorsque que T<<m (rajouter les constantes nécessaires pour ne pas faire hurler ceux qui n'ont pas l'habitude). Donc tu alimentes la situation hors équilibre. Le facteur gouvernant tout ça étant le produit du taux d'interaction et de la constante de Hubble.
Étant dans un Univers où l'expansion s'accélère, on finira forcément dans le cas où l'expansion est trop rapide pour être compensée par les interactions. Donc tu as un équilibre dynamique, pour lequel les deux espèces vivent leur vie séparément et n'ont pas la même température (ou plutôt densité d'énergie pour inclure les particules massives). Mais les deux tendent vers zéro...

C'est le fruit de mes propres réflexions et je peux me tromper.