Entropie Article, Signification, Explication
On nomme entropie la quantité physique qui mesure le degré de désordre d'un système.
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L'entropie a été introduite historiquement comme une fonction d'état en thermodynamique, symbolisée par la lettre S. Il s'agit d'une variable extensive, ce qui signifie qu'on obtient l'entropie d'un système en faisant la somme des entropies des éléments (par opposition, la température n'est pas une variable extensive, car des tempértaures de deux parties d'un systèmes ne s'additionnent pas).
Elle caractérise le manque d'information que l'on a sur un système physico-chimique, ou ce qui revient au même, le nombre d'états différents au niveau microscopique qui ont les mêmes caractéristiques macroscopiques, et que nous ne pouvons donc distinguer.
On a constaté qu'un système isolé voyait en général son entropie augmenter, pas diminuer : c'est le second principe de la thermodynamique. Par la suite, le problème a été considéré comme posé à l'envers, et des chercheurs aussi divers que Ilya Prigogine ou Stephen Hawking considèrent plutôt aujourd'hui que c'est l'augmentation d'entropie qui détermine la flèche du temps et non l'inverse.
La « flèche du temps », posée pour rendre compte de faits d'expériences, s'articule difficilement avec des équations physiques macroscopiques, qui pour leur part sont réversibles. Encore aujourd'hui, cette question est un objet d'intenses recherches, de par son lien avec la nature profonde de l'univers (relativité, mécanique quantique). Il est à noter qu'en mécanique quantique, des expériences comme celles dérivées des fentes d'Young ou l'expérience de Marlan Scully ne font plus apparaître de véritable notion de « temps ». Le sujet de savoir si l'on peut considérer le temps comme une propriété émergente fait l'objet de discussions actuellement (2004).
Historique
S = k ln(Ω)
Il s'agit bien dans tous ces cas de la même entropie.
L'article Conceptual inadequacy of the Shannon information in quantum measurement, publié en 2001 par Anton Zellinger et Caslav Brukner, a synthétisé et développé ces remarques. On nomme pour cette raison principe de Zeilinger l'idée que la quantification observée en mécanique quantique serait liée à des questions de quantification de l'information (on ne peut obtenir moins d'information qu'un bit, et ce qui n'est pas observé est par définition aléatoire) qu'à la nature du monde physique. En 2004 on n'a toujours pas trouvé de contre-exemple à ce principe. Ce dernier, comme tous les autres principes en physique, devra être abandonné dès lors que l'on en constaterait un seul.
Concept
L'intuition commune comprend facilement l'existence de l'énergie, cette grandeur qui, pour un système isolé, a la propriété de se conserver sans faille jusqu'à la nuit des temps.
Autrement surprenante est la grandeur dénommée entropie. Pour le même système isolé, l'entropie, dans le meilleur des cas, ne changera pas, mais en dehors de ce cas très théorique l'entropie ne fera que croître.
Plus concrètement, les réflexions que l'on peut tirer du concept d'entropie expliquent pourquoi nous passons notre temps à faire et refaire le ménage (car la poussière se disperse et se dispersera toujours...), et finalement révèlent notre nécessité de travailler (le travail au sens de la mécanique classique) pour conserver, via notre alimentation, l'organisation extraordinaire de notre organisme et une température proche de 37°C (température supérieure à la température moyenne de la surface terrestre, ce qui n'est pas un hasard; si l'on désire une température constante, propice à une bonne régulation des phénomènes chimiques, il est plus aidé de l'assurer par chauffage que par refroidissement). Voici pourquoi vous devez « gagner votre pain » mais également pourquoi le mouvement perpétuel dit de deuxième espèce n'existe pas.
L'entropie est un concept lié à la fois au temps et à une autre notion qui n'a été quantifiée mathématiquement qu'au 20 siècle : l'information.
L'observation des systèmes montre qu'il y a parfois - à l'inverse - passage spontané du désordre à l'ordre quand se produit le phénomène d'auto-organisation. Le système est alors dit dissipatif (exemple : un organisme vivant doit dissiper chaleur et entropie - même s'il s'agit d'un animal « à sang froid » ou d'une plante - pour maintenir son organisation et persister).
Une diminution d'entropie pour un système délimité est en effet possible dès lors que celui-ci cède au milieu extérieur une plus grande quantité d'entropie (au prix d'une consommation d'énergie libre). Le bilan reste conforme à la deuxième loi de la thermodynamique : une augmentation globale de l'entropie.
Ainsi un réfrigérateur est globalement un appareil de chauffage : il produit plus de chaleur qu'il ne fait de « froid ». D'où le non-sens qu'il y aurait à vouloir lutter contre le réchauffement planétaire... à grand coup de climatiseurs!
L'organisation d'un chaos apparent de corps interstellaire en disques d'accrétion donne l'impression d'un contre-exemple, mais la notion d'irréversibilité du temps lève celle-ci : on peut en effet imaginer un tel chaos se transformer au cours du temps en disque d'accrétion, mais non l'inverse. C'est donc bien l'état de disque (anneaux planétaires, plan de l'écliptique, forme des galaxies) qui doit être considéré comme « dégradé »