Origine de l’énergie ?

[Karmastuff2]

Salut

En considérant les interactions atomiques (évolution de l’électron autour du noyau, cohésion des quarks, etc) d’où provient l’énergie permettant la continuité de ce système «éternel» ? Pour l’exemple prenons un kg d’or ou peu importe, isolé de toute interaction ou perturbation extérieure, ce kg d’or restant tel quel durant des milliards et milliards d’années (le problème se pose d’ailleurs pour une heure ou un jour). L’énergie permettant aux électrons ou aux nuages électroniques de se maintenir indéfiniment autour des noyaux, ou l’énergie des gluons permettant aux quarks de former indéfiniment les noyaux, et ainsi de suite pour d’autres interactions... cette énergie d’où provient-elle ? Un rapport avec la conservation de l’énergie ? Ou bien cette énergie proviendrait du vide quantique ? Merci d’avance pour vos réponses.
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[Deedee81]

Salut,

Bienvenue sur Futura.

Pour se maintenir dans un état stable (par exemple un atome dans son état de base, une planète tournant tranquillement autour de son étoile, un ensemble d'atomes alignés bien sagement dans de l'or, du plomb, du plastique, de la crème anglaise, etc...) un système ne perd ni ne consomme aucune énergie.

L'énergie est fournie ou consommée lors de transformations du système (par exemple il faut fournir de l'énergie pour arracher un électron à un atome. Ou lors de la liaison chimique C + O2 => CO2 = combustion du carbone, la reconfiguration des électrons dégage de l'énergie). Certaines transformations peuvent faire intervenir beaucoup d'énergie, c'est le cas des transformations nucléaires (fission de l'uranium, fusion thermonucléaire,...)

Donc pas besoin de faire intervenir une source quelconque d'énergie dans le cas que tu présentes, que ce soit l'énergie du vide, de l'énergie thermique, de l'énergie potentielle ou de l'énergie d'Harry Potter

[calculair]

bonjour,

Cette question est interessante :

1) L'energie totale se conserve.

2) Alors peut on répondre à la question "d'ou vient l'énergie totale de l'univers " ???

3 ) Peut on avoir une idée de l'énergie initiale, et comment peut on l'évaluer ( si on a un début de reponse à cette question ? )

[Deedee81]

2) Alors peut on répondre à la question "d'ou vient l'énergie totale de l'univers " ???

Ce n'était pas vraiment la question posée mais on peut se poser cette question.

Mais attention. Il faut bien se rappeler que l'énergie, comme la quantité de mouvement, etc..., n'est pas une sorte de truc machin, un fluide ou autre qui serait en plus de la matière. Ce n'est jamais qu'une grandeur caractérisant la matière et qui a le bon goût d'être une grandeur conservée. Une simple grandeur comme la couleur, la taille, la vitesse. Par conséquent, cette question :
- Revient à demander "pourquoi la matière constituant l'univers est-elle telle qu'elle est ?". Ce qui revient à décrire le contenu de l'univers et son évolution.
- Ca vient aussi à poser la question des débuts de l'univers. Et là, on est dans la spéculation la plus brutale. On ignore même si l'univers a un début, s'il y a un pré big-bang et on ignore même si la question a un sens !!!!
- Enfin, il faut se rappeler que comme toute grandeur conservée, l'énergie (totale) n'est conservée que dans certaines conditions. Ainsi la conservation de l'énergie totale est associée à une symétrie via le théorème de Noether : l'invariance des équations décrivant le système par translation dans le temps (la quantité de mouvement c'est la translation dans l'espace, le moment angulaire c'est aux rotations, la charge électrique c'est à un changement global de la phase des champs, etc....). Or pour l'univers dans sa globalité, celui-ci ayant une évolution globale il n'y a pas invariance et donc l'énergie totale n'est pas conservée !!! (c'est même plus général en relativité générale, même une partie de la variété espace-temps ne présente guère de symétries la plupart du temps, sauf idéalisations, et la notion d'énergie totale est presque toujours mal définie, carrément !!!!).

On peut donc dire que :
- la question n'a en réalité pas vraiment de sens telle que posée
- la meilleure réponse à donner est : description par le Modèle Standard de la Cosmologie faisant appel entre autre chose à la relativité générale.

Ca répond aussi au point 3.

Ca peut aussi paraître frustrant comme réponse. Mais poser une question c'est aussi bien définir de ce dont on parle, ce qui peut être tout aussi enrichissant et satisfaisant

[A voir en vidéo sur Futura]

[Karmastuff2]

Merci pour ta réponse Deedee, pour des atomes stables le système ne consomme aucune énergie, c’est aussi simple que ça, les interactions étant ainsi «programmées» pour l’éternité si je puis dire (un lien avec le temps propre figé des bosons selon leur référentiel et leur nombre non limité pouvant occuper le même état quantique?). Et merci pour la bienvenue, ça fait un bail que je ne poste plus sur FS, je postais pas mal auparavant via KarmaStuff mais ce fut la galère pour récupérer mon code d’accès tout ça, aucune importance, d’ailleurs que devient DeepTurtle ?

S’agissant des interrogations de calculair, en considérant l’Univers avec un grand U, soit l’Ensemble de tous les Ensembles ou de tout ce qui existe (lequel je pense est éternel) à ne pas confondre avec notre «portion locale» Cosmos ekpyrotique, Big Bang/inflation/fond diffus cosmologique etc (qui sait peut-être un cosmos parmi d’autres) difficile de tirer l’affaire au clair quant à l’énergie totale de l’Univers, d’autant plus si l’infinitude est (pourquoi pas) prise en considération.

En outre il existe bel et bien des calculs concernant les «premiers instants» pour l’Univers observable voire au-delà, inflation d’un facteur de 10E50 en 10E-30s etc et les énergies mises en branle à l’époque (et je tire mon chapeau aux physiciens ayant été capables de calculer tout ça) et entropie ou pas, la totalité de l’énergie initiale a sans doute dû rester la même (?)

[Deedee81]

Merci pour ta réponse Deedee, pour des atomes stables le système ne consomme aucune énergie, c’est aussi simple que ça, les interactions étant ainsi «programmées» pour l’éternité si je puis dire (un lien avec le temps propre figé des bosons selon leur référentiel et leur nombre non limité pouvant occuper le même état quantique?). Et merci pour la bienvenue, ça fait un bail que je ne poste plus sur FS, je postais pas mal auparavant via KarmaStuff mais ce fut la galère pour récupérer mon code d’accès tout ça, aucune importance, d’ailleurs que devient DeepTurtle ?

Je me disais bien que je connaissais ton pseudo. Eventuellement envoie un MP à MH34 pour demander de fusionner l'ancien pseudo avec celui-ci.

DeepTurtle, je ne sais pas. Plus de nouvelle depuis une éternité. Rincevent est par contré passé de temps à autre.

et je tire mon chapeau aux physiciens ayant été capables de calculer tout ça

Toutes les questions dans ce domaine sont hautement compliquées d'un point de vue théorique. Mon dada c'est la gravité quantique à boucles, j'ai potassé...... mais je suis encore loin de pouvoir développer moi-même quoi que ce soit. C'est ardu de chez ardu (j'avais essayé de calculer le spectre d'une variante d'opérateur géométrique et évidemment je me suis cassé la figure, mais je ne désespère pas, je ne suis pas encore si vieux même si mes jambes me disent souvent le contraire )

EDIT oups, j'arrête ici avec tout ça, évitons de tchat.

[Amanuensis]

pour des atomes stables le système ne consomme aucune énergie, c’est aussi simple que ça

Sauf qu'un atome a bien une énergie en propre, qu'il a fallu amener un jour le créer, son énergie de masse mc².

d’ailleurs que devient DeepTurtle ?

Voir sa page sur FaceBook, ou ses vidéos sur Youtube, ou son blog sur scilogs

[Deedee81]

Sauf qu'un atome a bien une énergie en propre, qu'il a fallu amener un jour le créer, son énergie de masse mc².

Réponse (au moins dans l'esprit) qui peut être utile : https://fr.wikipedia.org/wiki/Nucl%C...se_primordiale
Ca ne répond pas à tout (reste les nucléons eux-mêmes dans cette histoire, et puis plus tard la recombinaison pour les protons).

[Karmastuff2]

Deedee, j’avais entendu dire que la Gravitation quantique à boucles, étant donné qu’il existe un espace minimal quantifiable, permet de passer outre le «Mur de Planck» et soutenir l’hypothèse d’un passage Big Crunch => Big Bang (rebond et ainsi de suite). Tout comme la Théorie des cordes (Théorie M) étant donné qu’il existe une température maximale quantifiable. Ce qui permet donc de faire fi de la «singularité»/du point et des notions de densités et températures infinies.

De toute façon l’Univers est éternel ou il n’est pas. ^^

ps : ok je vais voir avec MH34

Amanuensis, personne ne nie le potentiel énergétique de l’atome, ma question portait sur l’énergie nécessaire «extérieure» pour le maintien des interactions atomiques, or l’atome stable, selon la réponse de Deedee, se suffit à lui-même. S’agissant de l’apport énergétique primordial (avant même la création de l’hydrogène) selon moi c’est cyclique (Big Crunch => Big Bang etc).

ps : merci pour DeepTurtle

[calculair]

bonjour,

J'avoue que je suis un peu perdu avec ces réflexions de physique moderne.

Si l'energie se conserve , alors :

Essayons de raisonner par l'absurde /

A ) L'energie de l'UNIVERS = 0, alors nous ne serions pas là pour en discuter

B) L'energie de l'univers est différente de 0 , alors il est difficile de la quantifier et de dire la valeur quelle doit prendre. Peut être même elle n'est pas quantifiable.....

C) Si cette question a t'elle un sens, ou elle n'a pas de reponse actuellement ?ou comment lui donner un sens permettant de progresser. Peut être je ne suis pas suffisamment formé sur les visions cosmologiques actuelles pour tenter de mieux appréhender cette question.

[Amanuensis]

Amanuensis, personne ne nie le potentiel énergétique de l’atome, ma question portait sur l’énergie nécessaire «extérieure» pour le maintien des interactions
atomiques, or l’atome stable, selon la réponse de Deedee, se suffit à lui-même

Si la réponse vous plaît, il n'y a rien à dire. Les goûts et les couleurs, ça ne se discute pas.

[Deedee81]

Deedee, j’avais entendu dire que la Gravitation quantique à boucles, étant donné qu’il existe un espace minimal quantifiable, permet de passer outre le «Mur de Planck»

Plus exactement, elle montre (si elle est valide, of course) qu'il existe une longueur minimale (lié à la valeur minimale des spectres des opérateurs surfaces et volumes) qui est la longueur de Planck (à un multiple près proche de un).

et soutenir l’hypothèse d’un passage Big Crunch => Big Bang (rebond et ainsi de suite).

Ca, ça dépend du modèle cosmologique adopté. C'est en effet celui qui a la côte (mais ce n'est pas mon préféré ).
Elle évite toutefois (vu la longueur minimale) la singularité à T = 0.

Je ne me prononce pas pour les cordes, je connais moins bien.

De toute façon l’Univers est éternel ou il n’est pas. ^^

Même pas, car il faut pour cela que le mot "éternel" aie un sens, lui-même étant lié au sens du mot "temps" (et même ici temps global pour l'univers, le temps cosmologique).
Or en gravité quantique le temps macroscopique est une grandeur émergente (d'une structure plus fondamentale matérialisée dans la théorie par les états réseaux de spins).
Voir aussi https://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_time_hypothesis (malheureusement article rikiki et en anglais). Mais Rovelli doit en parler quelque part (il en parle sommairement dans son livre loop quantum gravity dont les anciennes éditions sont en accès libre.... en anglais, technique, mais une grande partie est très abordable et bien vulgarisée).

Dans le modèle cosmologique que je préfère (goût d'origine philosophique, aucun autre critère théorique expérimental ou théorique n'y pousse), l'état de l'univers est une transition du second ordre (comme pour le ferromagnétisme) d'un état chaotique à un état ordonné (le paramètre d'ordre n'étant évidemment pas le moment magnétique ici mais le temps) avec expansion. Parler de début ou d'éternité devient "sans aucun sens" !!!!

A ) L'energie de l'UNIVERS = 0, alors nous ne serions pas là pour en discuter

N'oublie pas deux choses :
- on définit le zéro de l'énergie comme on veut (la seule chose qu'on peut observer c'est les échanges/variations d'énergie). Donc 0 ne veut pas dire "néant" !!!!
- l'énergie totale de l'univers n'est pas conservée (voir mon explication plus haut)

[Amanuensis]

- on définit le zéro de l'énergie comme on veut

Pas vraiment. mc², une fois de plus. Ou hν. Ou le Tmunu... La mécanique classique a été remplacée.

[Deedee81]

Pas vraiment. mc², une fois de plus. Ou hν. Ou le Tmunu... La mécanique classique a été remplacée.

Remarque tout à fait juste. J'aurais du y penser !!!!

Mais en incluant les énergies de liaison y compris gravitationnelle, je prendrais bien garde d'affirmer que énergie 0 = "rien".

[ansset]

Pas vraiment. mc², une fois de plus. Ou hν. Ou le Tmunu... La mécanique classique a été remplacée.

Remarque tout à fait juste. J'aurais du y penser !!!!
Mais en incluant les énergies de liaison y compris gravitationnelle, je prendrais bien garde d'affirmer que énergie 0 = "rien".

suis je embrouillé ce matin ?
prenons un nucléon constitué de 3 quarks.
la "masse" de celui-ci est justement essentiellement due aux énergies de liaison , pas vraiment aux masses des quarks.
donc, on parle en fait de la même chose, ou presque.
j'ai du mal à comprendre pourquoi deux discours qui semblent différents.
mais je lis peut être mal ces courtes phrases.

[Deedee81]

prenons un nucléon constitué de 3 quarks.
la "masse" de celui-ci est justement essentiellement due aux énergies de liaison , pas vraiment aux masses des quarks.
donc, on parle en fait de la même chose, ou presque.
j'ai du mal à comprendre pourquoi deux discours qui semblent différents.

Ce que tu dis est correct. Je ne comprend pas bien ta remarque. Ce n'est pas contradictoire. Plus haut on parlait de l'énergie totale de l'univers (ou d'une portion de celle-ci). Il faut tenir compte de l'énergie de liaison gravitationnelle, qui est négative. Et aboutir à E = 0 ne voudrait pas dire => univers sans rien. En tout, j'y réfléchirais à deux fois avant d'affirmer une telle chose.

courtes phrases.

En fin de semaine, les phrases sont plus courtes. C'est un effet de la contraction relativiste des longueurs

[Amanuensis]

je prendrais bien garde d'affirmer que énergie 0 = "rien".

D'un autre côté il n'y a pas dans le modèle standard de particule d'énergie 0, même en laissant libre le choix du référentiel. (En termes relativistes, le Tmu d'une particule n'est jamais nul, ni ne peut l'être la projection sur un qv de genre temps.)

[Deedee81]

La question est quelque peu ésotérique. On trouve peu d'article sur le sujet.

Un article wikipedia que je ne donnerai pas (pas d'équivalent en anglais et signalé comme manquant de sources, mais dans l'article aussi ils disent que ce concept est ambigu).
Pas mal d'explications.... dans des blogs, que je ne donnerai pas pour des raisons évidentes (je manque de temps pour voir si leur contenu est correct).
Déjà débattu ici même : https://forums.futura-sciences.com/a...-lunivers.html
Intéressant : https://www.pourlascience.fr/sd/cosm...ergie-1774.php

[Deedee81]

D'un autre côté il n'y a pas dans le modèle standard de particule d'énergie 0, même en laissant libre le choix du référentiel. (En termes relativistes, le Tmu d'une particule n'est jamais nul, ni ne peut l'être la projection sur un qv de genre temps.)

C'est exact. Et je ne pense d'ailleurs pas qu'une particule d'énergie propre 0 ait un sens en théorie quantique des champs. A creuser (avec la renormalisation et tout et tout, j'hésite à être vraiment affirmatif sur le sujet).

[Karmastuff2]

Amanuensis, je ne suis pas physicien (oui j’aurais dû choisir cette voie, cette passion, mais c’est une autre histoire, il n’est jamais trop tard me diras-tu, et si un physicien veut bien me prendre sous son aile lol) c’est pourquoi je pose la question ici, et j’ose espérer que la réponse obtenue d’un modérateur corresponde aux théories pour ainsi dire admises de nos jours (faute de mieux).

Et si toutefois ce modérateur fait erreur dans sa réponse, j’ose espérer encore une fois qu’un autre modérateur ou membre - dont le domaine de la Physique est aussi sa profession - rectifie le tir avec arguments à l’appui. Or jusque-là Deedee n’a pas été contredit et je lui fais pour l’instant confiance.

Certes cela me semble étrange, ou contre-intuitif, ou que sais-je, que les nuages électroniques puissent se maintenir comme si de rien n’était de manière éternelle autour des noyaux sans que cela ne nécessite ou ne consomme d’énergie, ou que les gluons (et quelle force !) puissent maintenir en cohésion les quarks des noyaux atomiques de manière éternelle sans consommation énergétique, et j’en passe.

Et bis repetita, je ne suis pas physicien, par conséquent j’accepte de retenir la réponse de Deedee. Si tu es capable - et je dis ça sans condescendance ni provocation - de fournir une alternative ou autre solution ou explication, go ahead.

Deedee, la question des «origines» touche (quasi ?) à la Métaphysique. L’état chaotique (transitant à un état ordonné) d’où proviendrait-il ? Et ainsi de suite. Création ex nihilo ? Non merci. Sur un autre aspect certains évoquent les fluctuations quantiques de la métrique, et quid de l’origine de l’énergie concernée ? Pour ma part «l’éternité*» ou équivalent est ce qui me semble le plus raisonnable si je puis dire, mais je n’affirme pas avoir raison, c’est ce qui me paraît le plus «logique», un phénomène cyclique.

J’admets qu’il s’agit de complexes problématiques et réflexions, et je me dis que l’être humain, avec ses limites (?), concernant l’Univers et certaines de ses subtilités, est qui sait peut-être dans l’incapacité d’aboutir à une solution absolue (même si je pense que l’Univers ou tout ce qui s’y rattache est mathématique et donc théorisable) ce qui n’empêche pas de continuer à chercher bien évidemment.

ps : pour la parabole, nos très proches cousins génétiques les primates sont dans l’incapacité totale d’apprendre les règles des Échecs, pourtant ces règles ne sont pas si complexes... et si certains caprices universels nous étaient hors de portée ?

[Deedee81]

Certes cela me semble étrange, ou contre-intuitif, ou que sais-je, que les nuages électroniques puissent se maintenir comme si de rien n’était de manière éternelle autour des noyaux sans que cela ne nécessite ou ne consomme d’énergie, ou que les gluons (et quelle force !) puissent maintenir en cohésion les quarks des noyaux atomiques de manière éternelle sans consommation énergétique, et j’en passe.

Ce n'est pas différent d'une planète qui se maintient sur son orbite. (mais là c'est Newton, c'est plus facile à comprendre )

Deedee, la question des «origines» touche (quasi ?) à la Métaphysique.

Ou en tout cas à la spéculation (parfois sauvage, il faut bien le dire).

L’état chaotique (transitant à un état ordonné) d’où proviendrait-il ?

"Provenir" implique le temps, hors dans l'état chaotique il n'y a pas de temps macroscopique. Donc la question perd son sens. (je vais même te dire que c'est pour cette raison que j'aime bien ce modèle).

Mais j'insiste sur le fait que c'est n'est qu'un modèle parmi bien d'autres et la plupart du temps les physiciens (et les autres) choisissent en fonction de leurs goûts et de leur philosophie....... à défaut d'autre chose !!!!

ps : pour la parabole, nos très proches cousins génétiques les primates sont dans l’incapacité totale d’apprendre les règles des Échecs, pourtant ces règles ne sont pas si complexes

Je suis sûr qu'il y a déjà des petits malins qui ont appris à jouer à des chimpanzés (mais je ne dit pas qu'ils jouaient correctement)

et si certains caprices universels nous étaient hors de portée ?

Va savoir.

[Karmastuff2]

Deedee, de nos jours n’est-ce pas la Relativité Générale qui fait foi ? Par conséquent la déformation spatio-temporelle, et exit les (pseudo) gravitons. C’est autre chose que le maintien éternel via des ondes/particules. D’où mon interrogation précédente quant au temps propre figé des bosons dans leur référentiel (évoluant à c) responsables des interactions, ainsi que leur nombre non limité pouvant occuper le même état quantique, mais peut-être que je m’égare.

Si tu affirmes que les interactions atomiques (pour les atomes dits stables) ne consomment absolument rien, que dalle, peanuts, énergétiquement parlant et ce éternellement (ou presque), ok j’te crois !

[ansset]

Certes cela me semble étrange, ou contre-intuitif, ou que sais-je, que les nuages électroniques puissent se maintenir comme si de rien n’était de manière éternelle autour des noyaux sans que cela ne nécessite ou ne consomme d’énergie, ou que les gluons (et quelle force !) puissent maintenir en cohésion les quarks des noyaux atomiques de manière éternelle sans consommation énergétique, et j’en passe.

Quand il est stable , en voyant le nucléon comme un ensemble, il possède un état énergétique qui n'a pas de raison de changer.

DeeDee a fait la comparaison avec Newton.
J'en propose une autre plus vulgarisée.
Prenons un récipient de liquide isolé à une certaine température. ( exercice de pensée )
Cette température est corrélée avec une agitation des molécules qui le compose.
Selon ton raisonnement, cette agitation devrait faire perdre de l'énergie à l'ensemble.
Hors, isolé, le récipient maintient sa température. ( il est dans un état de stabilité thermique )

[Amanuensis]

C'est comme rester assis sur une chaise, ça ne consomme pas d'énergie. Ou comme la chaise elle-même qui reste en place sur Terre...

En termes plus techniques, quand un système est au fond d'un potentiel d'énergie, il y reste...

[Deedee81]

Deedee, de nos jours n’est-ce pas la Relativité Générale qui fait foi ?

C'est la théorie de la gravité, validée, la plus avancée. Sans plus.

Par conséquent la déformation spatio-temporelle, et exit les (pseudo) gravitons. C’est autre chose que le maintien éternel via des ondes/particules. D’où mon interrogation précédente quant au temps propre figé des bosons dans leur référentiel (évoluant à c) responsables des interactions, ainsi que leur nombre non limité pouvant occuper le même état quantique, mais peut-être que je m’égare.
!

C'est peut-être parce qu'on est vendredi et que je fatigue, mais je n'ai pas compris ce passage.

[Deedee81]

C'est comme resté assis sur une chaise, ça ne consomme pas d'énergie.

Quand on est fonctionnaire, si, si, ça consomme de l'énergie
Désolé, celle là j'ai pas pu m'en empêcher, mais ça détend l'atmosphère.
EDIT je ne veux choquer personne, je précise : c'est de l'auto-dérision puisque je suis fonctionnaire.

[Amanuensis]

j’ose espérer que la réponse obtenue d’un modérateur corresponde aux théories pour ainsi dire admises de nos jours

Ah voilà qui est intéressant. Et, par inférence implicite, celles données par les autres, c'est de la m...

[Amanuensis]

Je ne comprends pas non plus, mais

au temps propre figé des bosons dans leur référentiel (évoluant à c)

ça je comprends que c'est un des trucs faux qu'on n'arrête pas d'essayer de contrer, en vain.

[Karmastuff2]

ansset, si je me mets en mode chipotage ou en mode taquinage, ton exercice de pensée ne fonctionnerait nulle part dans l’Univers, l’isolation en question étant utopique, entropie quand tu nous tiens. Pour l’exemple, l’exercice de pensée de Galilée avec la chute des corps (contredisant les concepts d’alors) tenait la route, en ce sens que l’expérience dans le vide est théoriquement possible. Ta parabole est théoriquement impossible. Mais ok ok, je vois où tu veux en venir, et l’atome se suffit à lui-même. Ah... Dame Nature... quelle coquine celle-là !

[Deedee81]

en ce sens que l’expérience dans le vide est théoriquement possible

L'expérience de Galilée a même été faite, par Neil Armstrong sur la Lune

Ah... Dame Nature... quelle coquine celle-là !

Einstein disait "Ce qu'il y a de plus incompréhensible dans l'Univers, c'est qu'il soit compréhensible."
Moi j'aurais tendance à dire "Ce qu'il y a de plus extraordinaire dans l'Univers est qu'il est juste assez compliqué pour nous donner beaucoup de fil à retordre pour le comprendre"