Températures négatives au zéro absolu et entropie négative, qu'en est-il ?

[N I O B I]

Bonjour je viens sur votre forum car après avoir lu quelques articles de Roland Lehoucq, astrophysicien au CEA, je me suis retrouvé abasourdi par les résultats qu'il avançait. A savoir obtenir des température négatives aux zéro kelvin sur une particule donc une particule qui en perdant de l'énergie à un niveau négatif donne de l'énergie à des particules environnantes.
Ce résultat m'intéresse énormément et je voudrais savoir si certains d'entre vous ont des sources d'autres articles ou thèses sur cette bizarrerie qui à mes yeux fait sens car j'ai ma petite idée dessus.

Roland Lehoucq ne semble pas un charlatan. Ce qu'il dit est-il vrai ? Dans quelles conditions sont réalisés ces expériences de températures négatives ? Voilà ce qui m'amène.

Bien à vous. Cordialement.


L'article qui m'a ammené ici :
https://www.lemonde.fr/sciences/arti...5_1650684.html
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[Antonium]

Bonjour,

Voir par exemple
https://www.desy.de/user/projects/Ph...20point%20down.

Ou même Wikipédia :
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Negative_temperature

(Il y a aussi en français, mais c’est moins fourni : https://fr.wikipedia.org/wiki/Temp%C..._n%C3%A9gative)

Bonne journée

[N I O B I]

Ces résultats me font peur. On dirait un nouveau projet Manhattan.
Il y a t il de vrais thèses accessibles sur le sujet plutôt que des interviews et un article de page wikipédia ?
Ou tout est verrouillé et on ne sait pas où en sont les recherches dessus ?

[Gilgamesh]

Ces résultats me font peur. On dirait un nouveau projet Manhattan.
Il y a t il de vrais thèses accessibles sur le sujet plutôt que des interviews et un article de page wikipédia ?
Ou tout est verrouillé et on ne sait pas où en sont les recherches dessus ?

C'est de la physique statistique, il n'y a absolument rien de caché ni de redoutable derrière ce concept, il faut juste reprendre la définition thermodynamique de la température.

dS/dE = 1/T

La variation d'entropie dS résultant d'un apport d'énergie dE au système est proportionnel à l'inverse de la température. Un système à temperature négative c'est un système dans lequel l'ajout de chaleur diminue l'entropie, au lieu de l'augmenter. dS/dE <0 pour dE >0 => T<0. Pour ça, le système doit posséder une limite supérieure pour l'énergie de ses particules, c'est-à-dire une énergie maximale possible qu'une particule du système peut avoir.


Une autre page qui explique ça:
https://www.quantum-munich.de/119947...e-Temperatures


Pour prendre un parallèle, avec l'apport non pas de chaleur mais de matière, si on dit que l'entropie est proportionnel au nombre de configurations distinctes que peut prendre le système (= micro état), si je balance des billes dans une pièce, l'entropie augmente car plus il y de billes, plus il y'a de configurations possibles dans la position des billes au sein du volume de la pièce. Mais quand la pièce est remplie de billes jusqu'au plafond, le nombre d'état possible diminue car les billes ne peuvent plus bouger et quand j'ai ajouté la dernière bille qui tient dans la pièce, il n'y a plus qu'un seul état possible et l'entropie est nulle.

[A voir en vidéo sur Futura]

[pm42]

Ces résultats me font peur. On dirait un nouveau projet Manhattan.
Il y a t il de vrais thèses accessibles sur le sujet plutôt que des interviews et un article de page wikipédia ?
Ou tout est verrouillé et on ne sait pas où en sont les recherches dessus ?

On m'en avait parlé en cours en prépa il y a un paquet de décennies, autant dire que ce n'est pas secret.
Pour le reste, on se demande en quoi ça fait peur et le rapport avec le projet Manhattan.

[Gilgamesh]

Je déplace en Physique, c'est plus approprié que l'Astrophysique

[Deedee81]

Salut,

Petite précision un peu tardive.

Tout d'abord l'article est payant, mais la partie que j'ai pu voir m'a l'air correcte.
Ensuite l'article est de la vulgarisation, une très mauvaise manière d'apprendre la science (de même qu'on ne suit pas des cours de géopolitique en lisant Guerre et Paix ou en lisant Le Monde).

A savoir obtenir des température négatives aux zéro kelvin sur une particule [...]

Ce n'est pas une particule. D'ailleurs même parler de température positive d'une seule particule n'a aucun sens. La température est une grandeur statistique se rapportant à un grand nombre de particules.
D'ailleurs dans l'article vers la fin de la partie visible "non payante" ils parlent de désordre (un terme un peu malheureux et souvent mal compris mais si souvent utilisé pour le grand public, hélas), donc d'entropie, donc de comportement de milliers de particules.

Le cas de l'énergie négative n'est qu'un cas quelque peu inhabituel et exotique de comportement thermodynamique. C'est tout. On ne trouve d'ailleurs pas beaucoup d'articles en français là dessus (ce manque d'intérêt est une image du côté quelque peu anecdotique du sujet). Si l'anglais n'est pas ta tasse de thé (sans rire) : utilise un traducteur automatique sur les deux premiers très bons liens donnés par Antonium.

Enfin, comme les autres je suis quand même surpris que ce sujet t'effraye. Il y a franchement des sujets scientifiques bien plus inquiétant que ce genre de chose.

[trebor]

Bonjour à tous,
Je lis ceci dans l'article issu de lemonde :
Ainsi, les molécules d’air ont une vitesse de l’ordre de 500 mètres par seconde à 20 °C et deux fois moindre à – 200 °C.

Il s’agit bien d’une vitesse d’agitation à l’échelle microscopique, et non d’une vitesse d’ensemble, les particules s’agitant incessamment de façon désordonnée.

Un corps étant d’autant plus froid que ses particules bougent lentement, la température la plus basse est celle pour laquelle toutes les particules sont immobiles.

Ce « zéro absolu », qui équivaut à – 273,15 °C, est bien absolu, car il ne dépend pas du type de particules ou de paramètres extérieurs. C’est une limite indépassable, vers laquelle on peut tendre sans jamais l’atteindre.
Le record actuel de température la plus basse est d’un demi-milliardième de degré au-dessus du zéro absolu.


Questions,

Les particules sont-elles réellement immobiles à -273,15°C car (500 mètres par seconde à 20 °C et deux fois moindre (250 m) à – 200 °C) ?

Pourquoi ce demi-milliardième de °C (qui est ridiculement faible) en dessous de -273,15 °C serait inquiétant et est-ce vraiment réalisable ?

[Deedee81]

Un pinaillage et une précision.

la température la plus basse est celle pour laquelle toutes les particules sont immobiles.

Plus précisément (mais je pinaille un peu) c'est l'état quantique de base / d'énergie minimale. Il reste toujours une agitation résiduelle.

C’est une limite indépassable

Oui, c'est vrai .... pour la définition de la température thermodynamique à l'équilibre. Mais ici ce n'est pas le cas et la température absolue peut être négative. Voir les explications et liens donnés plus haut. Ca reste des situations assez exceptionnelles.

[pm42]

Je lis ceci dans l'article issu de lemonde :

La presse grand public est rarement une référence scientifique de bon niveau. Au mieux de la vulgarisation très, très simplifiée et correcte.
Comme le fait remarquer Deedee81, l'existence de températures négatives ainsi que pourquoi a été expliquée plus haut.

[trebor]

Un pinaillage et une précision.



Plus précisément (mais je pinaille un peu) c'est l'état quantique de base / d'énergie minimale. Il reste toujours une agitation résiduelle.



Oui, c'est vrai .... pour la définition de la température thermodynamique à l'équilibre. Mais ici ce n'est pas le cas et la température absolue peut être négative. Voir les explications et liens donnés plus haut. Ca reste des situations assez exceptionnelles.

Merci Deedee,
Il ne reste que la question pourquoi N I O B I a peur et que ça ressemblerai à un nouveau projet Manhattan ?

[Deedee81]

Il ne reste que la question pourquoi N I O B I a peur et que ça ressemblerai à un nouveau projet Manhattan ?

C'est THE question
Amha c'est l'idée bizarre qu'on pourrait tirer indéfiniment de l'énergie en passant en énergie négative, là ça pourrait faire boum, mais c'est évidemment faux.
S'il repasse il précisera.

[franklin.]

Bonjour,

Plus précisément (mais je pinaille un peu) c'est l'état quantique de base / d'énergie minimale. Il reste toujours une agitation résiduelle.

Cela veut-il dire, que les électrons, par exemple, restent en mouvement mais qu'il ne peuvent plus passer d'un niveau d'énergie à un autre ?

merci

[Deedee81]

Salut,

Grumpf, j'avais pas vu ta question. Un couac dans les notifications.

Cela veut-il dire, que les électrons, par exemple, restent en mouvement mais qu'il ne peuvent plus passer d'un niveau d'énergie à un autre ?

Plus exactement ils ne peuvent pas passer à un niveau d'énergie plus faible car ils sont déjà au minimum (il est délicat de parler de mouvement des électrons dans cet état mais c'est possible).
Mais ce n'est pas les électrons qui sont le plus concernés car même à température ambiante ils sont souvent déjà dans cet état minimum (*).
Ce sont surtout les vibrations moléculaires qui sont concernées. L'état d'énergie minimum est une vibration résiduelle. On voit ça très bien avec l'oscillateur harmonique quantique
https://fr.wikipedia.org/wiki/Oscill...ique_quantique
(note que c'est une conséquence du principe d'indétermination car s'il n"y a plus de vibration, il n'y a plus d'incertitude sur la position (la longueur de la liaison ici, qui est égale à la valeur classique "au repos") et il n'y a plus d'incertitude sur la vitesse (il est au repos), et ça c'est impossible)

C'est aussi pour ça que l'électron ne se colle pas au noyau mais reste au minimum dans l'état noté 1S.

Pour les états de translation (ou de rotation), là, c'est différent et l'état de repos existe car la position (ou la direction angulaire) peut être totalement indéterminée.

(*) dans mon livre préféré de physique statistique l'auteur explique qu'on ne tient pas compte généralement des états électroniques qui n'interviennent la plupart du temps qu'à des températures élevées (centaines ou milliers de degrés). C'est encore pire des états nucléaires qui là ne sont excités que dans les millions de degrés.