Le zéro absolu ne serait-il pas quantique ?

[Les Terres Bleues]

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Bonjour,

Pour poser ma question, j’ai choisi de m’appuyer sur une définition du zéro absolu qui, à mon avis, ne devrait pas prêter à polémique mais bien à discussion, car c’est bien là le but.

Le zéro absolu est la température la plus basse qui puisse exister dans l’univers. Elle vaut -273,15 °C soit 0 K (kelvin).
C’est la température minimale asymptotiquement. Elle est théorique et inaccessible. (…) À 0 K, une substance ne contient plus à l’échelle macroscopique l’énergie thermique (ou chaleur) nécessaire à l’occupation de plusieurs niveaux énergétiques microscopiques. Les particules qui la composent (atomes, molécules) sont toutes dans le même état d’énergie minimale (état fondamental). Cela se traduit par une entropie nulle due à l’indiscernabilité de ces particules dans ce même niveau d’énergie fondamentale et par une totale immobilité au sens classique. Mais en fait, on sait que selon la physique quantique, les particules possèdent toujours une quantité de mouvement non nulle d’après le principe d’incertitude (Heisenberg).
En effet, en tendant vers le zéro absolu, les molécules d’un corps auraient leur quantité de mouvement de plus en plus précisément définie (proche de zéro), leurs positions auraient tendance à avoir une indétermination intrinsèque résiduelle. Mais comme elles tendent aussi vers l’arrêt, leurs positions tendraient aussi à être précisément définies. En fait, elles tendent vers un état d’énergie minimale, aux approches du zéro absolu, respectant ainsi le principe d’indétermination quantique.

PHYSIQUE. On ne peut pas atteindre le zéro absolu. Cette température absolue est théorique et n’existe nulle part dans l’univers. 0 K est une limite vers laquelle on peut uniquement tendre. Cette limite est définie dans le troisième principe de la thermodynamique, elle correspond à une entropie nulle. L’unité de mesure utilisée en physique est le kelvin.

Mon souci vient de la conclusion qui est tirée de l’application du principe de Heisenberg au cas du zéro kelvin. Est présentée comme une évidence indiscutable l'hypothèse qu’à 0 K ces particules continueraient de posséder une quantité de mouvement non-nulle.
Or, ça me semble totalement contradictoire avec la définition-même du zéro absolu. En effet, s’il restait encore un tant soit peu de quantité de mouvement, il resterait encore quelque chose à enlever.
Donc selon moi, l’unique possibilité envisageable est de lier le fait que l’on connaisse alors avec une précision infinie la quantité de mouvement (sa valeur est nulle) à une indétermination maximale sur la position, autrement dit à la non-localité de la particule.

Merci par avance de bien vouloir m’expliquer pour quelle raison, on ne procède pas ainsi.
Cordiales salutations.
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[invite655213c3]

En effet, s’il restait encore un tant soit peu de quantité de mouvement, il resterait encore quelque chose à enlever.

A enlever ? désolé mais je vais te demander d'être plus clair

Si la quantité de mouvement est nulle, alors la position de la particule est exact, et on ne peux plus exacte car elle n'a pas de mouvement. Si elle n'a pas de mouvement alors sa vitesse est alors précisément définie (v=0) or c'est en contradiction avec le principe d'indétermination de Heisenberg, on ne peux pas connaitre simultanément sa vitesse et sa position (disons que même si la position est peu précise, il faudrait que en réalité la précision soit nulle pour la position, en gros n'importe où dans l'univers), or c'est faux.

J'espère avoir été clair.

Sur ce, cordiales salutations.

[invite88ef51f0]

Salut,

En effet, s’il restait encore un tant soit peu de quantité de mouvement, il resterait encore quelque chose à enlever.

Non. C'est ce qu'on appelle l'énergie de point zéro : l'état de plus basse énergie a une énergie non-nulle, mais on ne peut pas lui enlever car par définition il n'y a pas d'état en-dessous.

[invite6754323456711]

Bonjour,

Il me semble que dans le cas quantique le concept d'entropie doit être revisité. C'est quoi l'entropie quantique ?

Au niveau classique la définition d'une température absolu 0 K induit me semble t-il une notion de référentiel absolu. Par exemple la thermodynamique d'un gaz à l'échelle microscopique est déterminé par le volume offert au molécule leur nombre et leur énergie cinétique totale tandis qu'à l'échelle macroscopique la thermodynamique repose sur les variables de volume, masse et température.

à 0 K l'énergie cinétique totale deviendrait donc nulle donc toute les particules serait au repos "absolu", mais au repos dans quel référentiel ?

Patrick

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite251213]

à 0 K l'énergie cinétique totale deviendrait donc nulle donc toute les particules serait au repos "absolu", mais au repos dans quel référentiel ?

Bon , je tente une réponse à l'instinct : ca ne serait pas dans le référentiel du centre de masse de l'ensemble des particules ?

Sinon , pour répondre à la question du début du fil , l'explication de la température comme égale à l'énergie cinétique des particules d'un corps , c'est une approximation parfaitement valables en mécanique classique , mais dés que les effets de la mécanique quantique deviennent important , cette explication ne tient plus (d'où l'incohérence avec les relations d'Heisenberg) .

il existe une définition plus générale de la température : va voir ici :http://fr.wikipedia.org/wiki/Tempéra...hermodynamique

En fait , un ensemble de particules est au zéro absolu quand il est dans son état fondamental et que son entropie est la plus petite possible . (enfin c'est comme ca que je l'ai compris) .
Ça n'empêche pas que ces particules puissent conserver un peu d'énergie cinétique à cause d'Heisenberg .

[Les Terres Bleues]

Si la quantité de mouvement est nulle, alors la position de la particule est exact, et on ne peux plus exacte car elle n'a pas de mouvement. Si elle n'a pas de mouvement alors sa vitesse est alors précisément définie (v=0) or c'est en contradiction avec le principe d'indétermination de Heisenberg, on ne peux pas connaitre simultanément sa vitesse et sa position (disons que même si la position est peu précise, il faudrait que en réalité la précision soit nulle pour la position, en gros n'importe où dans l'univers), or c'est faux.

C'est bien pour cette raison que je parle d'indétermination maximale sur la position et donc de non-localité : un zéro absolu quantique.

Non. C'est ce qu'on appelle l'énergie de point zéro : l'état de plus basse énergie a une énergie non-nulle, mais on ne peut pas lui enlever car par définition il n'y a pas d'état en-dessous.

C'est bien sur cette question que ma réflexion achoppe. Définir un état de plus basse énergie comme possédant une énergie non-nulle, ça m'apparaît comme une dernière limite "avant" zéro. C'est le choix qui est actuellement fait et qui est tout à fait légitime d'un point de vue pratique, mais à propos duquel je m'interroge d'un point de vue théorique. D'autant que dire qu'il n'existe pas d'état en-dessous reste assez paradoxal puisque c'est justement zéro (et pas le dernier avant zéro) qui sert de référence.

Aujourdhui, on dit une entropie nulle, et effectivement la question de savoir ce que signifie l'entropie au niveau quantique me semble se trouver au cœur de la problématique.

S'il s'agit de l'information obtenue sur le système, on possède bien une fonction d'onde théorique, mais on ne pourra jamais avoir une quelconque mesure quantique puisque par définition le 0 K ne peut être atteint par aucun système physique.

Ça n'empêche pas que ces particules puissent conserver un peu d'énergie cinétique à cause d'Heisenberg .

Oui, c'est cette interprétation qui a amené la question.

Cordiales salutations.

[invite6754323456711]

Bon , je tente une réponse à l'instinct : ca ne serait pas dans le référentiel du centre de masse de l'ensemble des particules ?

Pour tout l'univers le centre de masse serait le référentiel absolu pour l'immobilité ? Cela n'est il pas incohérent avec la RG ?

Sinon , pour répondre à la question du début du fil ,

Des réponses concernant l'entropie quantique http://forums.futura-sciences.com/ph...quantique.html

Patrick

[invite655213c3]

Définir un état de plus basse énergie comme possédant une énergie non-nulle, ça m'apparaît comme une dernière limite "avant" zéro. C'est le choix qui est actuellement fait et qui est tout à fait légitime d'un point de vue pratique, mais à propos duquel je m'interroge d'un point de vue théorique. D'autant que dire qu'il n'existe pas d'état en-dessous reste assez paradoxal puisque c'est justement zéro (et pas le dernier avant zéro) qui sert de référence

Mettre le zéro au niveau de l'état de plus basse énergie serais, je pense, une absurdité car le zéro n'est pas ici un "étallonage", il sert réelement à indiquer une énergie nulle, ce qui n'est jamais le cas, mais, contrairement au degré Celsus, le degré Kelvin n'est pas arbitraire.
Il n'en reste pas moins inatteigniable.

[invitea774bcd7]

C'est d'autant plus difficile à concevoir pour un gaz d'atomes puisque l'énergie cinétique de chacun des atomes n'est pas quantifiée… Elle peux alors atteindre zéro (chaque atome immobile par rapport à tous les autres). Difficile alors de parler d'énergie de point zéro (l'énergie cinétique des électrons ? Il reste que ça ).
Pour des molécules, pas de problème c'est facile à comprendre puisqu'il y a les états rotationnels et vibrationels fondamentaux où là, ça bouge encore

[Les Terres Bleues]

Des réponses concernant l'entropie quantique http://forums.futura-sciences.com/ph...quantique.html

Hi,

La nouveauté vraiment intéressante sur cette question se trouve dans l'intervention d'Ising. Malheureusement le pdf auquel j'ai accédé à travers la référence "entropie de Gibbs-Von Neumann" fait 42 pages et est écrit "hundred per cent in english". Please, Patrick give us a synthesis.

Thanks a lot.

Cordial salutations.

[Les Terres Bleues]

Difficile alors de parler d'énergie de point zéro (l'énergie cinétique des électrons ? Il reste que ça ).

S'il te plaît, Guérom pas de règlements de comptes sur le fil. Merci.

Mettre le zéro au niveau de l'état de plus basse énergie serais, je pense, une absurdité car le zéro n'est pas ici un "étallonage", il sert réelement à indiquer une énergie nulle, ce qui n'est jamais le cas, mais, contrairement au degré Celsus, le degré Kelvin n'est pas arbitraire.

Il semblerait qu'il vaille mieux parler de niveau zéro de l'entropie que de niveau zéro de l'énergie qui reste encore quelque chose d'assez mal définie du point de vue quantique. Quoique pour l'entropie, comme tu peux le constater, on s'interroge encore, alors... le champ de la réflexion reste très largement ouvert.

Cordiales salutations.

[invitea774bcd7]

S'il te plaît, Guérom pas de règlements de comptes sur le fil. Merci.

De quoi parles-tu ? Ça va pas, nan ?

[invite6754323456711]

Hi,

La nouveauté vraiment intéressante sur cette question se trouve dans l'intervention d'Ising. Malheureusement le pdf auquel j'ai accédé à travers la référence "entropie de Gibbs-Von Neumann" fait 42 pages et est écrit "hundred per cent in english". Please, Patrick give us a synthesis.

Je ne connais pas la vision de Gibbs-Von Neumann sur l'entropie quantique http://www.textes-psy.com/IMG/pdf/Me..._psychisme.pdf

Le mach lui est en langue internationale pour qui connait un peu le Rugby

Patrick

[invite6754323456711]

Bonjour,

L'entropie de Von Neumann est étudié dans les TIQ

Patrick

[Les Terres Bleues]

De quoi parles-tu ? Ça va pas, nan ?

Toutes mes excuses. Il s'agit d'une erreur d'interprétation de ma part, liée au fait que le terme "d'énergie de point zéro" avait été utilisé plus haut pour qualifier l'état de plus basse énergie mais disposant malgré tout d'une énergie non-nulle.

Cordiales salutations.

[Les Terres Bleues]

L'entropie de Von Neumann est étudié dans les TIQ

Je ne connais pas la vision de Gibbs-Von Neumann sur l'entropie quantique http://www.textes-psy.com/IMG/pdf/Me..._psychisme.pdf

En fait de synthèse, j'ai droit à une documentation complète. Ça fait rien, j'embarque quand même.

Merci et cordiales salutations.

[invite6754323456711]

En fait de synthèse, j'ai droit à une documentation complète. Ça fait rien, j'embarque quand même.

Pour faire une synthèse il faut avoir du recul sur la question. De plus tu n'as pas fournis l'url du document et la il faut être madame soleil

Patrick
Comme synthèse j'ai : TIQ La Théorie de l’Information Quantique est une théorie de l’information qui fait état des échanges d’entropie et d’information dans des systèmes superposables comme les systèmes quantiques.

[invitebd2b1648]

L'énergie du point zéro existe réellement et on peut descendre plus bas dixit l'effet Casimir ... !

DarkOctani !

Pas @ +

[Les Terres Bleues]

L'énergie du point zéro existe réellement et on peut descendre plus bas dixit l'effet Casimir ... !

Après recherches, il me semble que cette expression fasse plutôt référence au vide quantique qu'au 0 K.
J'aimerais bien justement que tu me confirmes ou non s'il y a équivalence entre ces deux notions.

Pour faire une synthèse il faut avoir du recul sur la question. De plus tu n'as pas fournis l'url du document et la il faut être madame soleil

C'est vrai que Madame Soleil et le zéro absolu ne sont pas trop compatibles. Voilà quand même l'url dont il était question, mais aucune obligation d'en faire une synthèse, c'est juste une proposition au cas où.

Pour des molécules, pas de problème c'est facile à comprendre puisqu'il y a les états rotationnels et vibrationels fondamentaux où là, ça bouge encore

Comment on concilie alors ces états fondamentaux avec une valeur nulle de l'entropie (même informationnelle) ?
C'est ce genre de trucs qui me posent problème.
Tant que ça bouge, que ça vibrationne ou que ça rotationne, il doit rester un petit quelque chose d'énergie ou d'information dans le système, non ?

Cordiales salutations.

[invite251213]

Tant que ça bouge, que ça vibrationne ou que ça rotationne, il doit rester un petit quelque chose d'énergie ou d'information dans le système, non ?

Il reste bien de l'énergie , mais niveau entropie , ca doit être autre chose.

En gros , au zéro absolu , il y a une seule configuration microscopique pour un système .
Rien n'empêche que dans cette configuration les atomes puissent encore "bouger" , "tourner" ou "vibrer" .

Pour imager , si ca se meut , vibrationne ou rotationne (je reprends tes termes ), mais que ca a une seule façon de la faire , ben pas de problème avec entropie nulle => on a bien une seule configuration microscopique.

[Les Terres Bleues]

En gros , au zéro absolu , il y a une seule configuration microscopique pour un système .
Rien n'empêche que dans cette configuration les atomes puissent encore "bouger" , "tourner" ou "vibrer" .

Pour imager , si ca se meut , vibrationne ou rotationne (je reprends tes termes ), mais que ca a une seule façon de la faire , ben pas de problème avec entropie nulle => on a bien une seule configuration microscopique.

Je souhaiterais une confimation (avec si possible lien http ou autres références) pour savoir s'il s'agit-là du consensus actuel sur la théorisation du 0 K, ou alors, si on me promène avec des arguments plus ou moins de circonstance afin de ne pas parler d'une question non-résolue.

Car il me semble naïvement quand même que bouger, tourner ou vibrer sont des actions qui requièrent pour être physiquement définies deux informations au minimum :
.

• qu'est-ce qui bouge ?
• et par rapport à quoi ?

Cordiales salutations.

[invite29cafaf3]

Bonjour,

Il y a un petit quelque chose qui me chiffone dans votre questionnement par rapport à la définition :

"À 0 K, une substance ne contient plus à l’échelle macroscopique l’énergie thermique (ou chaleur) nécessaire à l’occupation de plusieurs niveaux énergétiques microscopiques. Les particules qui la composent (atomes, molécules) sont toutes dans le même état d’énergie minimale (état fondamental)."

Le O° Kelvin ne concerne donc QUE l'échelle macroscopique, non ?
Que d'un "point de vue" quantique il se passe encore quelque chose ne me paraît pas rédhibitoire ; simplement il ne se passe "plus rien de mesurable" MACROSCOPIQUEMENT PARLANT", parceque le niveau microscopique ne possède plus une énergie (ou un désordre entropique) suffisante pouvant se traduire au niveau macroscopique.

Alors, où est le blême ?

[invite251213]

Je souhaiterais une confimation (avec si possible lien http ou autres références) pour savoir s'il s'agit-là du consensus actuel sur la théorisation du 0 K, ou alors, si on me promène avec des arguments plus ou moins de circonstance afin de ne pas parler d'une question non-résolue.

Car il me semble naïvement quand même que bouger, tourner ou vibrer sont des actions qui requièrent pour être physiquement définies deux informations au minimum :
.

• qu'est-ce qui bouge ?
• et par rapport à quoi ?

J'ai l'impression que ce qui ne va pas , c'est que ce qui est appelé information en physique me semble être différent de ce que tu appelles information ( et on ne peut pas t'en vouloir , dans le langage courant , le terme est vachement flou ).

Comme explication sur tes questions ; je recommande la lecture de ces liens : http://www.sciences.ch/htmlfr/mecani...tistique01.php.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Théorie_de_l'information#D.C3. A9veloppement_de_la_th.C3.A9or ie_math.C3.A9matique_de_l.27in formation

J'éspére que ca va t'aider .

Pour essayer de résumer .
Imagine que tu aie un évènement dont la probabilité d'occurrence vaut 1 .
Si cet évènement a lieu , vu que tu sais que sa probabilité d'occurrence est 1 , tu savais qu'il allait arriver . L'occurrence de cet évènement ne t'as apporté aucune information .
Maintenant , si tu as un évènement qui a une probabilité plus faible , tu ne peut pas être certain qu'il va arriver .
Si il a lieu , il va donc te donner une information .

En physique l'information c'est : tu as un système dans un macro état (un état décrit uniquement par des variable macroscopiques , comme la pression , l'énergie , la température , le volume) , et tu veux savoir dans quel état microscopique (au niveau qui fait intervenir des particules et leurs interactions) il est .

Au zéro absolu , et as un microetat = un macroetat . donc si tu connais le macroetat , tu connais le microetat .
La connaissance du microetat ne te donne aucune information sur le système .
Par contre , au dessus de 0K , il y a plusieurs configurations pour un macroetat .
Si tu mesure alors le microetat correspondant , tu gagnes de l'information . (temporairement , vu que ce microetat évolue alors).

[Les Terres Bleues]

Le O° Kelvin ne concerne donc QUE l'échelle macroscopique, non ?
Que d'un "point de vue" quantique il se passe encore quelque chose ne me paraît pas rédhibitoire ; simplement il ne se passe "plus rien de mesurable" MACROSCOPIQUEMENT PARLANT", parceque le niveau microscopique ne possède plus une énergie (ou un désordre entropique) suffisante pouvant se traduire au niveau macroscopique.

Alors, où est le blême ?

Il existe par exemple des systèmes d'oscillateurs quantiques dits à température nulle.

Le 0 K fait donc sens en physique quantique. Cependant, on y parle par exemple d'oscillations autour de la configuration d'équilibre. Il apparaît donc avec cette interprétation que des mouvements ont bien lieu autour du zéro kelvin et non à zéro kelvin. La différence entre "autour" et "à" ne se trouve-t-elle que dans mon questionnement ou figure-t-elle également dans les réponses que l'on peut lire à ce sujet ? De quoi être un peu chiffonné, non ?

Dans une discussion sur le forum : définition de la température en mécanique quantique, il est là-aussi question de mouvements (résiduels, c'est l'idée mais le terme n'est pas employé) à 0 K. Mouvements de quoi ? -- Du système quantique, d'accord. Mais par rapport à quoi ? -- À lui-même ?

Enfin, en ce qui concerne ton message : « simplement il ne se passe "plus rien de mesurable" MACROSCOPIQUEMENT PARLANT", parceque le niveau microscopique ne possède plus une énergie (ou un désordre entropique) suffisante pouvant se traduire au niveau macroscopique. » Je rappelle que mon interrogation est d'ordre général, car je l'ai dit plus haut : « C'est bien sur cette question que ma réflexion achoppe. Définir un état de plus basse énergie comme possédant une énergie non-nulle, ça m'apparaît comme une dernière limite "avant" zéro. C'est le choix qui est actuellement fait et qui est tout à fait légitime d'un point de vue pratique, mais à propos duquel je m'interroge d'un point de vue théorique. »

En prévisualisant, je m'aperçois que Mewtow apporte quelques éléments de réflexion, et je vais m'accorder un peu de temps pour la lecture des références qu'il indique avant de revenir éventuellement. Pour discuter, pas pour polémiquer.

Cordiales salutations.

[invite251213]

Mouvements de quoi ? -- Du système quantique, d'accord. Mais par rapport à quoi ? -- À lui-même ?

Je commence à comprendre ce qui te trouble (mes autres réponses étaient un peu à coté de la plaque)...et je commence à être perdu moi aussi .
Déjà , Ces mouvements sont dus à Heisenberg . J'ai l'impression que ca signifie que l'on ne peut trouver de référentiel dans lequel ces mouvements s'annulent et disparaissent.
Que dit la relativité la dessus ?
C'est possible que l'on ait un objet en mouvement dans tous les référentiels possibles et imaginables (même accélérés)?

[invitea774bcd7]

Comme je l'ai dit plus (avant de me faire houspiller…) il me semble important de définir de quoi on parle. En particulier, des atomes ou des molécules dans l'état gazeux ou pas.
– Atomes dans l'état gazeux : c'est le cas que j'ai le plus de mal à cerner. Il n'y a, a priori, aucune contrainte pour que chaque atome soit immobile par rapport à chacun des autres. Une énergie cinétique des atomes identiquement nulle. Le problème, il y aura toujours des interactions entre ces atomes même infiniment petite (vdW) et donc le système ne restera pas immobile.
– Molécules dans l'état gazeux : il restera de toute façon le mouvement associé à l'état rovibronique fondamental (v=0, J=0)
– Molécules ou atomes dans l'état liquide ou solide : il restera de toute façon le mouvement des atomes/molécules autour de leurs positions d'équilibre dans le « cristal ».

[invite6754323456711]

– Atomes dans l'état gazeux : c'est le cas que j'ai le plus de mal à cerner. Il n'y a, a priori, aucune contrainte pour que chaque atome soit immobile par rapport à chacun des autres.

Dans une vision Newtonienne des choses qui postule l'existence d'un ether. Donc l'existence d'une famille de référentiels inertiels privilégiés immobiles les uns par rapport aux autres définissant une simultanéité privilégiée et une notion privilégiée d'immobilité.

Ce qui ne me semble pas être le discours de la RG. Pour mieux s'en rendre compte il faut sortir du référentiel d'un laboratoire est considérer par exemple le problème de l'univers tout entier à 0 K

Patrick

[invitea774bcd7]

Laissons de côté la RG pour ce qui nous concerne ici… Vous voyez ce que je veux dire, le concept de température pour un gaz d'atome que l'on connaît tous L'énergie cinétique translationnelle des atomes, distribution de vitesses, distribution de Maxwell, etc…
J'ajoute d'ailleurs que c'est dans ce cas (état gazeux) que l'on change justement d'état quand on refroidit (BEC pour des bosons, gaz dégénéré pour des fermions, BCS, etc…). C'est là qu'il se passe plein de trucs en fait

[invite6754323456711]

Laissons de côté la RG pour ce qui nous concerne ici…

Pourquoi pas, mais il faut dire clairement les choses pour supprimer toute ambiguïté. En terme thermodynamique on fait donc l’hypothèse d’existence d’un « éther », cad plus précisément une notion de simultanéité locale et de comobilité locale privilégiée.

Patrick

[invite6754323456711]

Car il me semble naïvement quand même que bouger, tourner ou vibrer sont des actions qui requièrent pour être physiquement définies deux informations au minimum :
.

• qu'est-ce qui bouge ?
• et par rapport à quoi ?

En fait d'interprétation n'est elle pas plutôt de se trouver dans une superposition d’états : il ne "vibre" plus à proprement parler, mais occupe toutes les positions possibles du mode de vibration ?

Patrick