Entropie de l’univers

[yvon l]

Bonjour;
Je me pose la question suivante :
contrairement aux autres forces fondamentales, la force gravitationnelle, serait de par sa nature uniquement attractive, une source d’énergie engendrant une diminution de l’entropie de l’univers .
Contrairement aux forces électromagnétiques qui engendrent une répartition énergétique de type thermique, la force gravitationnelle engendre une forme d’énergie structurée qui aboutit au niveau de l’univers à la fabrication de structures de basses entropies.
On pourrait ainsi voir, que la contribution des différentes forces fondamentales aboutit à un univers dont l’entropie n’augmente pas inexorablement.
Qu’en pensez-vous ?
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[Deedee81]

Salut,

Qu’en pensez-vous ?

Que c'est faux. L'entropie est de nature statistique et ne dépend pas du tout des forces en présences.
Et attention de ne pas confondre désordre et entropie.

[yvon l]

Salut,



Que c'est faux. L'entropie est de nature statistique et ne dépend pas du tout des forces en présences.
Et attention de ne pas confondre désordre et entropie.

Mais alors,quelle est donc alors la dynamique physique ( force?) qui aboutit à ce qu’une structure arrive à une entropie particulière?

[Deedee81]

Mais alors,quelle est donc alors la dynamique physique ( force?) qui aboutit à ce qu’une structure arrive à une entropie particulière?

Ah oui, bien sûr, l'évolution dynamique est dictée par les lois physiques et donc ces interactions. Mais ça ne change pas le fait que l'entropie est statistique. Et donc les interactions et leur dynamique va jouer sur le résultat final mais pas sur le fait que l'entropie augmente.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Entrop...ue_statistique

EDIT mais si tu as une référence montrant que la gravité provoque une diminution de l'entropie, mais foi n'hésite pas, on peut regarder

[A voir en vidéo sur Futura]

[sunyata]

Bonjour;
Contrairement aux forces électromagnétiques qui engendrent une répartition énergétique de type thermique, la force gravitationnelle engendre une forme d’énergie structurée qui aboutit au niveau de l’univers à la fabrication de structures de basses entropie.

Oui mais la structuration à basse entropie dont tu parles se traduit par des émissions de photons et de particules qui sont le coût entropique de toute structuration.
Non ?

[yvon l]

Ah oui, bien sûr, l'évolution dynamique est dictée par les lois physiques et donc ces interactions. Mais ça ne change pas le fait que l'entropie est statistique. Et donc les interactions et leur dynamique va jouer sur le résultat final mais pas sur le fait que l'entropie augmente.

Si, seules des forces uniquement attractives, piloteraient un phénomène de mélange on n’aboutirait pas à un phénomène d’homogénéisation du type thermique (pas de dispersion dans de nombreux degrés de liberté).

[yvon l]

Oui mais la structuration à basse entropie dont tu parles se traduit par des émissions de photons et de particules qui sont le coût entropique de toute structuration.
Non ?

Je ne sais pas. Je m'en tiens au cas de la force gravitationnelle et ses conséquences statistiques

[coussin]

Si, seules des forces uniquement attractives, piloteraient un phénomène de mélange on n’aboutirait pas à un phénomène d’homogénéisation du type thermique (pas de dispersion dans de nombreux degrés de liberté).

Dans un gaz parfait, il n'y a que l'interaction de van der Waals purement attractive. On y développe pourtant toute la thermodynamique classique usuelle...

[sunyata]

On pourrait ainsi voir, que la contribution des différentes forces fondamentales aboutit à un univers dont l’entropie n’augmente pas inexorablement.
Qu’en pensez-vous ?

L'augmentation de l'entropie de l'univers est proportionnelle à l'augmentation du nombre de particules.
Par exemple un photon jaune de basse entropie qui arrive sur terre est absorbé puis réémis sous forme de 9 photons infrarouges de plus haute entropie.
L'augmentation du nombre de photons est corrélée à l'augmentation d'entropie.

Pour les étoiles c'est pareil, elles sont forgées par la gravitation, l'hydrogène est transmuté en Hélium moyen à un coût entropique qui se facture sous forme de rayonnement photonique et autres...

[sunyata]

Si, seules des forces uniquement attractives, piloteraient un phénomène de mélange on n’aboutirait pas à un phénomène d’homogénéisation du type thermique (pas de dispersion dans de nombreux degrés de liberté).

En effet mais cela ne se réduit pas à une entropie de mélange. Puisque la gravitation engendre les réactions thermonucléaires du nuage d'hydrogène initial.
Le soleil dissipe son énergie de masse : E = MC² qui est transformée en rayonnement.

[Pio2001]

EDIT mais si tu as une référence montrant que la gravité provoque une diminution de l'entropie, mais foi n'hésite pas, on peut regarder

De mon côté je n'ai rien trouvé de précis à part ceci : https://www.nature.com/articles/213319a0
Entropy and Information in the Universe, W Büchel, Nature, 1967

Abstract :

POPPER denies the cosmic significance of the principle of increase of entropy, stating that “the entropy in almost all known regions (of sufficient size) of our universe either remains constant or decreases, although energy is dissipated (by escaping from the system in question)”. This statement seems in error when we assume the “cosmological principle” that the distribution of energy and matter in the universe on a large scale is uniform in space. Consider a volume of space so great that it contains several thousand galaxies. Through the limits of this system there is—on the large scale—no flow of energy or entropy. In the interior of the system the total entropy at least does not decrease; it increases (among other things) to the extent that the radiation emitted by the stars is transformed (by interaction with matter, for example) into black-body radiation uniformly distributed throughout the volume.

Si je comprends bien Popper aurait affirmé que l'entropie diminue dans toute région de l'univers assez grande alors que de l'énergie est dissipée, et Büchel montre le contraire en s'appuyant sur le principe cosmologique d'homogénéité à grande échelle.

[Pio2001]

Dans un gaz parfait, il n'y a que l'interaction de van der Waals purement attractive. On y développe pourtant toute la thermodynamique classique usuelle...

Tu oublies la répulsion électrostatique entre les molécules, qui est responsable de la pression, et conduit au principe bien connu "un gaz occupe tout l'espace disponible".

[yvon l]

Dans un gaz parfait, il n'y a que l'interaction de van der Waals purement attractive. On y développe pourtant toute la thermodynamique classique usuelle...

Mais les forces des chocs moléculaires sont du type électromagnétique.

[sunyata]

Une explication assez claire sur le lien entre Forces, structuration de la matière, et entropie :

Selon la loi d'équivalence d'Einstein E = mc2, à toute liaison entre deux corps correspond une perte de
masse proportionnelle à la liaison électromagnétique qui les maintient : une perte de un pourcent de
masse est consentie au niveau nucléaire, à un billionième (1/10^12) pour les atomes.
Ainsi le Soleil est plus léger que ses atomes. Pour solidariser les atomes individuels dans son enceinte,
le Soleil doit concéder une perte d'environ 16000 tonnes en énergie de liaison tandis qu’il perd environ
1% de sa masse (2x10^24 kg), soit le poids de la Terre sous forme de chaleur (2 ergs/g/s), celle-ci même
qui amorça le rayonnement de l'étoile dans l'espace. Il en est de même pour les atomes radioactifs : c'est
le phénomène de désintégration qui entretient la chaleur interne de la Terre.

[yvon l]

EDIT mais si tu as une référence montrant que la gravité provoque une diminution de l'entropie, mais foi n'hésite pas, on peut regarder

Tout simplement en constatant l’état du lait, lorsqu’une couche de crème est apparue.
Le phénomène de décantation est le procédé naturel, qui, sous l’action de la gravité, sépare par exemple 2 liquides au départ homogénéisé mais de densité différentes. Le résultat est une séparation des 2 liquides . Si on considère l’entropie de la thermodynamique classique, la décantation produit de l’entropie, via un travail dissipatif proportionnel à la diminution de hauteur du centre de gravité de l’ensemble.
Par contre à mon sens il y a diminution de l’entropie statistique

[sunyata]

Tout simplement en constatant l’état du lait, lorsqu’une couche de crème est apparue.
Le phénomène de décantation est le procédé naturel, qui, sous l’action de la gravité, sépare par exemple 2 liquides au départ homogénéisé mais de densité différentes. Le résultat est une séparation des 2 liquides . Si on considère l’entropie de la thermodynamique classique, la décantation produit de l’entropie, via un travail dissipatif proportionnel à la diminution de hauteur du centre de gravité de l’ensemble.
Par contre à mon sens il y a diminution de l’entropie statistique

C'est un exemple de changement de structure (diminution locale de l'entropie de Shannon : on acquière de l'information) qui a un coût entropique global. Il n'y a jamais de "repas gratuit".

La dissipation d'énergie globale permet une diminution d'énergie locale se traduisant par une structuration. (Information)
La dissipation crée des corrélations, donc de l'ordre.

[yvon l]

C'est un exemple de changement de structure (diminution locale de l'entropie de Shannon : on acquière de l'information) qui a un coût entropique global. Il n'y a jamais de "repas gratuit".
.

Oui,
En termes de flux, la structure reçoit de l'énergie d'entropie nulle via la gravité, elle évacue via un thermostat (pour maintenir une température constante) cette énergie qu'elle a dégradée sous forme thermique (Q/T) . la structure a diminué son entropie au prix d'une augmentation de l'entropie du milieu dans laquelle elle échange de l'énergie. Voir aussi https://forums.futura-sciences.com/d...econdaire.html

[sunyata]

En termes de flux, la structure reçoit de l'énergie d'entropie nulle via la gravité

Je ne comprends pas pourquoi tu écris que la structure reçoit de l'énergie d'entropie nulle ?
Si une structure reçoit de l'énergie, il y a forcément une augmentation d'entropie quelque-part.
Non ?

[yvon l]

Je considère un système comprenant un mélange de liquide homogène de hauteur H et de masse M dans un cylindre dont l'axe est vertical.
Le centre d'inertie est a une distance H/2 du sol ce qui donne une énergie potentielle de E= Mg.H/2
Après décantation, le liquide dont la densité est la plus grande se retrouve en-dessous de la colonne et celui de densité plus faible au-dessus. Donc si je recherche le nouveau centre d'inertie je trouverai une distance plus petite que H/2. Soit h cette différence.
Le résultat est une différence d'énergie potentielle.
Elle diminue de Mg.h. Ceci correspond à un transfert énergétique sous forme d'un travail complètement dissipatif (pas d'énergie cinétique avant et après la décantation) Soit Q= Mgh. L'énergie potentielle empruntée au champ de gravitation (sous forme de travail) est d'entropie nulle . C'est elle qui est entièrement dégradée en une entropie Q/T.
J'évacue cette énergie thermique en plaçant en contact le système en contact avec un thermostat (à température T). Dans ces conditions, le système proprement dit ne voit pas son énergie interne changée (T) (l'énergie potentielle est externe au système).
Le résultat, pour le système est une diminution d'entropie par le flux énergétique qui le traverse (Mg.h)

[sunyata]

L'énergie potentielle empruntée au champ de gravitation (sous forme de travail) est d'entropie nulle . C'est elle qui est entièrement dégradée en une entropie Q/T.

On pourrait aussi préciser que le champ gravitationnel subit également une entropie du fait de la perte de masse du système :
Masse après l'expérience = Masse avant - mgh/C², même si mgh/C² est très petit, cela correspond à une entropie du champ gravitationnel.

[sunyata]

Petite vidéo, qui explique bien le truc de la masse = énergie libérée par l'assemblage des ingrédients.

https://www.youtube.com/watch?v=nr1VbvODVPo

[Sethy]

Pourquoi ne pas chercher la réponse là où elle se trouve ?

Ici, en moins de 5 minutes de recherche sur le web, un cours d'astrophysique de l'université de Genève et qui aborde les questions d'entropie : https://www.unige.ch/sciences/astro/...ours_bases.pdf

[Deedee81]

Salut,

On peut prendre aussi un exemple idéalisé qui me semble clair.

Imaginons qu'il n'y a que la gravité et rien que la gravité, que la matière est composée de petites billes indestructibles, parfaitement élastiques. Et on a initialement un "nuage de billes".

Sous la gravité, ce nuage va s'effondrer donnant un nuage plus dense. Mais il serait faux de croire que l'effet se limite au changement de structure : un gaz plus ou moins hétérogène qui forme des groupes de matière plus concentrée. Il y a autre chose : en tombant, ces billes prennent de la vitesse. Faut pas l'oublier ça !

Voyons deux cas. Les billes sont distribuées de manière strictement régulière à symétrie sphérique (une configuration peu réaliste évidemment si on a des milliards de billes) alors elles vont se regrouper à pleine vitesse, rebondir les unes sur les autres et.... revenir à leur position initiale. La transformation est donc réversible avec une variation nulle d'entropie.

L'autre cas est celui où la distribution n'est strictement régulière. Lorsque les billes vont se heurter vers le centre, à pleine vitsse, elles ne vont pas le faire de manière symétrie, ni de manière parfaitement frontale, elles vont donc rebondir dans tous les sens et heurter d'autres billes etc... C'est un système typiquement chaotique (c'est presque toujours le cas avec des objets qui se heurtent de forme sphérique, une infime variation de direction suffit à avoir une forte variation de la trajectoire finale, c'est l'influence sensitive aux conditions initiales, la base du chaos déterministe, et quelque chose que les joueurs de billards professionnels connaissent bien : il est plus facile de prédire les trajectoires après plusieurs bandes qu'en heurtant plusieurs fois les bouchons). Le résultat est que le système ne revient pas à sa position initiale mais forme un système plus compact mais aux billes rapides en mouvement chaotique.

on peut considérer ces billes comme microscopique (des atomes idéalisés, puisque j'ai dit "on n'a que la gravité"). Et donc ce nuage dense et chaotique n'est rien d'autre qu'un gaz... chaud, de température élevée. Et là, la thermo vient aussi à notre aide (ou la physique statistique, c'est pas beaucoup plus compliqué avec une ch'tit discrétisation des positions et vitesses et un calcul de nombre d'états) : l'entropie a bien augmenté.

Et de fait c'est ce qu'on voit dans l'univers : des nuages de gaz qui se contractent et chauffent. Après les interactions électromagnétiques entrrent en jeu, les interactions nucléaires,... mais même sans elle la pure gravité aussi donne une augmentation d'entropie. Par simple effet dyamique. Même un gaz "d'étoiles" qui se mélange (deux galaixes qui fusionnent, les collisions sont très rare) subit ça, par un phénomène appelé viscosité dynamique.

Il ne faut surtout pas estimer l'entropie en terme d'ordre, d'homogénéité .... ça ne se limite pas à ça, c'est pas du tout intuitif l'entropie, un système homogène et froid a moins d'entropie qu'un système plus "structuré" mais de température élevée, simplement parce que le nombre de micro-états est beaucoup plus élevé à cause des vitesses microscopiques beaucoup plus élevées.

Ca invalide aussi l'affirmation "énergie gravitationnelle d'entrtopie nulle"

[yvon l]

Salut,

On peut prendre aussi un exemple idéalisé qui me semble clair.

Imaginons qu'il n'y a que la gravité et rien que la gravité, que la matière est composée de petites billes indestructibles, parfaitement élastiques. Et on a initialement un "nuage de billes".

Sous la gravité, ce nuage va s'effondrer donnant un nuage plus dense. (...)(

.
Le problème, c'est que l'élasticité fait intervenir des transferts énergétiques autres que la gravitation. Nécessairement on est devant des forces d'une autre nature, et avec des propriétés différentes.

[Deedee81]

Le problème, c'est que l'élasticité fait intervenir des transferts énergétiques autres que la gravitation. Nécessairement on est devant des forces d'une autre nature, et avec des propriétés différentes.

C'est vrai... j'y ai pensé tardivement mais on peut considérer alors le cas de la viscosité dynamique que je citais. on considère les billes comme ponctuelles et sans interaction autre que la gravité. En s'approchant elles se dévient par attraction et la conséquence est inchangée (chaos déterministe, influence sensitive des conditions initiales). Même si le processus est généralement plus lent (dans les fusions de galaxies par exemple, les halos de matière noire "dépassent" la matière ordinaire car elle semble bien n'interragir que par la gravité, puis revient et ainsi de suite jusqu'à se stabiliser, par viscosité dynamique).

Comme je l'avais dit au début l'entropie est un pur concept statistique indépendant des la nature des interactions qui ne font que dicter une dynamique particulière. Il serait absurde de croire qu'une interaction uniquement attractive implique une diminution de l'entropie sauf si bien sûr on n'a pas compris la signification de l'entropie.

Pourquoi ne pas commencer par là d'ailleurs : https://fr.wikipedia.org/wiki/Entrop...ermodynamique)
(à lire à fond au moins jusqu'au 3, puis le pdf de Sethy qui est vraiment très bien)

[yvon l]

C'est vrai... j'y ai pensé tardivement mais on peut considérer alors le cas de la viscosité dynamique que je citais. on considère les billes comme ponctuelles et sans interaction autre que la gravité. (...)
Comme je l'avais dit au début l'entropie est un pur concept statistique indépendant des la nature des interactions qui ne font que dicter une dynamique particulière. Il serait absurde de croire qu'une interaction uniquement attractive implique une diminution de l'entropie sauf si bien sûr on n'a pas compris la signification de l'entropie.
)

Le modèle des billes serait plus exact si on considérait des chocs avec absorption complète de l'énergie (avec évacuation de l'énergie par rayonnement pour maintenir T). Dans ce cas on reste dans une simple contraction, donc diminution d'entropie.
Autre expérience de pensée: si la gravitation terrestre disparaissait, l’atmosphère en se dilatant dans l'univers verrait son entropie augmenter presque infiniment. la gravitation limite donc l'entropie de l'atmosphère et cela d'autant plus que la gravitation serait importante.

[sunyata]

Si la gravitation terrestre disparaissait, l’atmosphère en se dilatant dans l'univers verrait son entropie augmenter presque infiniment. la gravitation limite donc l'entropie de l'atmosphère et cela d'autant plus que la gravitation serait importante.

Bonsoir,

En fait non, pour la gravité c'est plutôt le contraire. Si la gravitation disparaissait l'atmosphère en se dilatant verrait son entropie diminuer, par refroidissement
du nuage d'hydrogène.

Pour s'en rendre compte il suffit de suivre la flèche du temps.
La gravitation transforme le nuage d'hydrogène en étoile. L'émission de photons est une dispersion d'énergie qui augmente l'entropie du nuage d'hydrogène qui perd ainsi de la masse.

Un trou noir forgé par l'action gravitationnel est un état d'entropie maximum et non le contraire.

[gts2]

Si la gravitation disparaissait l'atmosphère en se dilatant verrait son entropie diminuer, par refroidissement du nuage d'hydrogène.

Vous voulez par émission thermique ? Parce que sinon, vu qu'il n'y a beaucoup d'échange, l'entropie augmenterait.

[sunyata]

Si on analyse l'expérience du Démon de Maxwell où l'entropie est présentée comme un concept purement statistique.
On pensait qu'on parviendrait sur la base de cette hypothèse à violer le second principe, en imaginant un petit démon,
qui en triant les molécules parviendrait à en tirer une certaine quantité de travail, violant ainsi le second principe.

Alors pourquoi s'est-il avéré que cela était impossible ?
Parce-que le démon pour trier les molécules va devoir effectuer des mesures et effectuer des actions qui augmenteront l'entropie en compensation de tris effectués.
Donc l'ordre créé a du être payé par un coût entropique équivalent.
Ce qui fait le lien entre l'entropie et l'information. L'information a toujours un coût entropique.

Que fait le Démon de Maxwell ? Sans s'en rendre compte il ouvre le système, alors qu'il croyait que son intervention était gratuite.
C'est cette ouverture du système sur l'extérieur qui augmente l'entropie.

L'entropie est bien un concept purement statistique mais il faut aussi préciser : Dans le contexte d'un système parfaitement isolé.

Hors les systèmes parfaitement isolés n'existent par dans la nature. Même les trous noirs s'évaporent.
Et c'est à mon avis l'impossibilité d'existence de systèmes parfaitement isolés qui cause de l'augmentation d'entropie.

LA grande question est de savoir s'il faut traiter l'univers comme un système parfaitement isolé ou bien comme un système ouvert ?

Autre point :

Pour analyser l'action de la gravité relativement à l'entropie, je ne pense pas qu'il faut l'isoler des autres forces, car les forces interagissent entre elles.
Le nuage d'hydrogène se condense sous l'action de la gravité => gain de structure (information) => Emission de photons et de rayonnement = Coût entropique.

[yvon l]

Autre expérience de pensée: si la gravitation terrestre disparaissait, l’atmosphère en se dilatant dans l'univers verrait son entropie augmenter presque infiniment. la gravitation limite donc l'entropie de l'atmosphère et cela d'autant plus que la gravitation serait importante.

A oui, j'ai oublié, il faut supposer en plus que la terre et son atmosphère serait à la température de l'univers (loin du soleil) .