téléchargement balance

Les objets de matière possèdent une « taille ». Aussi le monde du macroscopique se distingue-t-il de celui du microscopique par la taille. Et diffèrent les règles mathématiques et physiques régissant ces deux mondes complémentaires. Cependant des passerelles existent.

Le concept d'entropie symbolisé par la lettre majuscule S appartient au monde de taille macroscopique à l'inverse de l'entropie statistique qui appartient au monde du microscopique. Cependant les comportements physiques de qualité microscopique sous-tendent ceux de qualité macroscopique et un dialogue s'instaure.

Le système Solaire avec la planète Terre compose un système de taille macroscopique. L'univers comme système physique isolé serait de taille hypermacroscopique.

La deuxième loi de la thermodynamique de taille macroscopique stipule que l'entropie d'un système isolé, un système dépourvu de tous échanges physiques avec le contexte, augmente inévitablement. Peut-on en conclure que la destinée de l'univers serait un effondrement glacial dans une hypothermie mortifère et une homogénéité thermique plate comme le pensaient les thermodynamiciens du XIXe siècle ? Rien n'est moins sûr.

barette moyennageuse

 

Le macroscopique.

Tout système physique contient de l'énergie. Les systèmes fortement structurés et organisés en contiennent beaucoup plus que les systèmes simples. La densité de matière, sa quantité et la complexité, c'est-à-dire l'information possédée déterminent la quantité d'énergie interne d'un système.

Aussi plus un système est complexe et organisé, structuré et plus il possède de l'énergie. Son entropie macroscopique S est alors dite « faible ».

L'augmentation de l'entropie macroscopique mesure la destructuration d'un système initialement organisé. Cette désorganisation s'accompagne d'une libération sous différentes formes d'énergie. Cette énergie « libre » peut-être utilisée pour accomplir un travail.

L'état macroscopique d'un système physique à l'état gazeux s'évalue dans la relation qui unie quatre paramètres conjugués; la pression P, le volume V, la température absolue T et le nombre de particules n (la mole).

Un lien relie ces paramètres macroscopiques et fonde l'équation des Gaz parfait; PV = nRT. R est une constante (une grandeur de valeur 8,32 SI) précisant la taille du lien (une proportion) reliant ces quatre paramètres entre-eux.

barette moyennageuse

 

Le microscopique.

Cependant l'entropie S d'un état macroscopique est l'expression d'un état microscopique sous-jacent fondé sur l'organisation de milliards de milliards... de particules élémentaires microscopiques en étroite corrélation. Plus le nombre de cette multitude colossale d'éléments lilliputiens sera élevé et son organisation complexe et plus est élevé le nombre de combinaisons « théoriques » possibles pouvant déterminer l'état macroscopique.

Aussi un état macroscopique dans le réel est sous-tendu par une multitude de configurations sous-jacentes possibles mais inconnues. Laquelle est la bonne parmi toutes ces nombreuses possibilités microscopiques théoriques ? Impossible de le savoir directement.

L'unique langage pouvant démêler l'écheveau aléatoire des multiples configurations microscopiques possibles est celui des statistiques et des probabilités. Ainsi ces lois mathématiques spécifiques aux très (mais très...) Grands nombres et aux phénomènes lilliputiens déterminent plus ou moins précisément les évolutions passées et futures des systèmes macroscopiques.

 

barette moyennageuse

 

La mesure de l'entropie statistique S fut proposée par Ludwig Boltzmann en 1872 sous la forme d'une équation logarithmique népérien. S = Kb ln W. Le lien établi entre le monde du microscopique et celui du macroscopique qui en résulte est une équation.

W représente le nombre (extrêmement élevé) de combinaisons d'états microscopiques théoriques potentiellement possibles sous-tendant l'état global (unique) du système macroscopique. W = le nombre de micro-états accessibles à un système macroscopique donné.

Kb est une constante extrêment petite, micronisante, la constante de Ludwig Boltzmann.

A chaque micro-état théoriquement possible d'un système macroscopique est associée une « probabilité » identique de se réaliser; « c'est moi micro-état théorique qui sous-tend réellement l'état macroscopique observé ». Cette équiprobabilité est égale à 1/W. Ici un postulat d'équiprobabilité de survenue pour les micro-états en nombre W; probabilité = 1/W.

Désormais les Grands, très grands nombres (de taille lilliputienne) dialoguent à chaque instant avec le macroscopique au travers du langage statistique et des probabilités. Une passerelle mathématique relie le monde microscopique à celui du macroscopique.

barette moyennageuse

La perte de l'arrangement complexe de ces milliards d'éléments microscopiques libère de l'énergie. Ainsi la destructuration d'un système physique par une combustion fournit un travail utilisable pour partie. Le coût en sera la perte d'une information et l'augmentation de l'entropie macroscopique d'un corps.

L'énergie libéré par un système qui se destructure se manifeste en particulier par une production de chaleur. Cette chaleur va modifier les quatre paramètres macroscopiques en lien, la pression, la température, le volume et la mole. La variation du paramètre macroscopique volume et de la pression engendrée est alors utilisée puis canalisée et ainsi orientée pour effectuer un travail; à savoir faire tourner la roue.

La combustion du charbon dans une chaudière de locomotive (la décomposition moléculaire de la source chaude-une réaction chimique en chaîne déclenchée par l'échauffement d'une flamme ou d'une étincelle) fournit une énergie de combustion sous forme de chaleur convertie en travail, en une action orientée... L'eau chauffée est vaporisée en parallèle du délitement du charbon. Cette eau se dilate « macroscopiquement » par l'agitation plus grande des molécules excitées par l'apport de chaleur.

La combustion du charbon est un phénomène microscopique à l'inverse de l'augmentation de volume, de l'expansion de l'eau vaporisée suivit de la rétraction de l'eau refroidit. Ces phénomènes impactent directement le milieu macroscopique et sont dès lors perceptibles. 

L'agitation et la dilatation des molécules d'eau déclinent un phénomène physique de taille intermédiaire; la taille inhérente aux phénomènes physiques moléculaires.

La combustion du charbon, une source chaude, sa destructuration dégage de l'énergie sous forme de chaleur qui est en partie captée par l'eau froide, une source froide, qui entre alors en ébullition moléculaire et se vaporise. L'énergie chaleur libérée par la combustion structure différemment l'eau dont les molécules s'échauffent, s'agitent, se dilatent, s'entrechoquent plus violemment... Le gain thermique gagné par l'eau froide chauffée tranforme l'état liquide de l'eau en état gazeux sous l'effet de la chaleur. Une vaporisation s'en suit accompagnée d'une importante augmentation de volume et de pression

Ainsi dans ce processus physique de vaporistion d'un corps l'énergie calorique se convertit en énergie cinétique et entraine une augmentation de volume et de pression significative. Il suffit dès lors de canaliser cette pression-dilatation apportée au système froid dans la direction désirée et le tour (de roue macroscopique) est joué.

La vapeur d'eau (l'eau chauffée et agitée puis vaporisée) a vu son entropie baisser, son degré d'organisation et de structuration augmenter, à l'inverse du charbon consumé qui a vu son entropie augmenter et son degré d'organisation baisser. La complexité initiale du charbon s'est convertie par la combustion en une uniformité pauvre en différences et en structures. Se constitue par la combustion un état dispersé pauvre en informations pouvant se percevoir comme un délitement. La perte de l'information « matière charbon » signe la désagrégation d'une structure hautement organisée. Et cette uniformité caractérise un système à très forte entropie. Dès lors l'entropie définit un différentiel ΔS mesurant le degré d'organisation et d'information contenu dans un corps macroscopique.

 

barette moyennageuse

 

Ludwig Boltzmann, James Clerk Maxwell, Max Planck, Albert Einstein, Max Born... tous utilisèrent le langage statistique et probabiliste afin de traduire en un langage de taille humaine les comportements lilliputiens du microscopique.

Le vide et son énergie quantifiée, les particules élémentaires sub-atomiques, le monde des atomes et celui des molécules composent le monde du macroscopique aux strates imbriquées et de tailles différentes. Puis les Big Data complètent le big Mag de chez Mac DO' d'une couche de sauce mathématique d'une taille supérieure mais cependant dotée d'un fort embonpoint... un bien mauvais point.

LUCY d'Enfer. Le 01 Février 2019. LUCY, un agencement complexe hautement ordonnée et à entropie faible... cependant un brin prétentieuse.