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Le vieil adage selon lequel « il n’y a pas de mouvement perpétuel » est-il valable selon les lois de la physique ?

lundi 30 juin 2014, par Robert Paris

Le vieil adage selon lequel « il n’y a pas de mouvement perpétuel » est-il valable selon les lois de la physique ?

Le mouvement perpétuel désigne l’idée d’un mouvement (généralement périodique), au sein d’un système, capable de durer indéfiniment sans apport extérieur d’énergie ou de matière, ni transformation irréversible du système.

L’idée de base de l’impossibilité du mouvement perpétuel fait appel aux principes de la thermodynamique.

Premier principe : si l’énergie d’un système varie, c’est par échange avec l’extérieur. C’est une loi de conservation de l’énergie.

Deuxième principe : le désordre ne peut que grandir dans une transformation d’un système isolé (augmentation de l’entropie), ce qui introduit une irréversibilité de celle-ci. C’est une loi de passage de niveau d’agitation des structures matérielles : du niveau plus élevé au niveau plus petit.

Troisième principe : dans le cas d’un système ouvert, l’auto-organisation du système conduit à la maximisation de la dissipation d’énergie.

Le premier principe exprime la conservation de l’énergie de l’ensemble Système + milieu extérieur pour un système fermé limité par une surface au travers de laquelle peuvent s’effectuer des échanges énergétiques.

Le second principe relativement à une machine monotherme (liée à une seule source de chaleur) a été énoncé par Kelvin (et Planck) :

"Un système subissant une transformation monotherme fermée ne peut qu’absorber du travail et fournir de la chaleur."

Le troisième principe de la Thermodynamique s’écrit :

« Au zéro de la température absolue, l’entropie de tout corps cristallisé chimiquement homogène vaut zéro. » Le premier principe interdit les moteurs à mouvement perpétuel de première espèce où l’on produirait du travail sans rien emprunter au milieu extérieur. En effet, au bout d’un cycle : la variation d’énergie est nulle !

Le second principe interdit les moteurs à mouvement perpétuel de deuxième espèce. On peut utiliser de l’électricité pour chauffer une pièce par un radiateur électrique, ou pour éclairer. Et si une fois que l’électricité transformée en lumière voire en chaleur, il existait une machine capable de récupérer cette énergie thermique pour la retransformer en électricité ?

La conclusion n’est pas qu’il n’y aurait pas de mouvement perpétuel puisque la matière est perpétuellement en mouvement et que rien n’arrête celui-ci. Par contre, il n’y a pas de machine fournissant de l’énergie, effectuant donc un travail et capable de fonctionner sans arrêt.

Il n’est pas possible de fournir une énergie ou un travail si on ne reçoit pas de l’énergie de l’extérieur. La machine éternelle n’existe donc pas.

Si la machine va nécessairement s’arrêter, ce n’est pas parce que du mouvement s’est perdu, ni de l’énergie, mais parce qu’elle est passée à un niveau hiérarchique inférieur (qu’elle a changé de qualité). Par exemple, par frottement de l’énergie se transforme en chaleur et passe donc en mouvement moléculaire. Il n’y a pas eu perte de mouvement mais changement de qualité de l’énergie. Or, il y a irréversibilité des changements qualitatifs de niveaux d’énergie. Ainsi, on ne peut pas tirer de l’énergie à notre échelle du mouvement perpétuel brownien.

L’idée qu’il n’y a pas mouvement perpétuel ne signifie pas qu’il y ait perte de mouvement au cours de la transformation. Au contraire, la quantité de mouvement se conserve et aussi le moment cinétique du mouvement.

Cependant, il y a des mouvements qui sont perpétuels. Ils nombreux et variés mais ils ne violent pas les lois de la mécanique ni de la thermodynamique ou de la physique quantique. Mais leur mouvement ne permet pas de construire une machine : de transmettre de l’énergie ni d’effectuer un travail.

Voici par exemple un commentaire sur le mouvement brownien, exemple de mouvement perpétuel présentant un mélange de hasard et de nécessité, d’ordre et de désordre :

"Puisque l’effet du mouvement brownien est de classer statistiquement le fluide de telle sorte que la vitesse (ou la température ce qui revient au même) de l’ensemble de ses molécules soit toujours rangée en ordre bien progressif, il permet que les molécules se suivent toujours en bon ordre de vitesse. Mais puisque ce classement statistique n’est obtenu que par le mélange hasardeux perpétuel, le dérangement perpétuel du classement des molécules entre elles qui ne cessent de se brasser, il implique donc aussi que les molécules ne se suivent jamais en bon ordre de vitesse. Dans cette situation donc, toujours ça se suit sans se suivre." Le mouvement brownien

Le mouvement brownien n’est pas le seul exemple de mouvement perpétuel naturel :

- un objet en mouvement rectiligne et uniforme dans le vide ne s’arrête pas. (principe d’inertie)

- Le vivant est sans cesse en mouvement.

- Le vide quantique est agité en permanence.

- Les électrons sont sans cesse agités au sein du nuage atomique.

- Les noyaux s’agitent sans cesse dans l’atome.

- Les atomes s’agitent sans cesse dans la molécule.

- Les molécules s’agitent sans cesse dans les matériaux.

- Le mouvement brownien est perpétuel.

- Les planètes sont en mouvement perpétuel (à notre échelle).

- L’expansion de l’univers ne s’arrête pas.

- L’agitation du vide ne diminue pas.

- La vitesse de la lumière ne ralentit pas.

- La vitesse de rotation des galaxies reste constante.

- L’agitation électronique ne s’annule pas.

Etc, etc…

Il n’existe pas de matière sans mouvement. Même si, à une échelle, il n’y a apparemment pas de mouvement (ni de changement), il y en a nécessairement aux échelles inférieures.

La matière est inséparable du mouvement.

Friedrich Hegel :

« Il faut reconnaître avec les dialecticiens de l’antiquité (Parménide, Zénon, Socrate...) les contradictions qu’ils ont montrées dans le mouvement, mais il ne faut pas en conclure que le mouvement n’est pas ; au contraire, on doit en conclure que le mouvement est le contraire de son existence visible. » Dans Science de la Logique

Karl Marx :

« Elle (la dialectique) saisit toute forme faite dans le flux du mouvement. »

Dans la postface à l’édition allemande du livre I du Capital du 24 janvier 1873 :

Richard Feynman :

« Toutes les choses sont faites d’atomes - petites particules qui se déplacent en mouvement perpétuel, s’attirant mutuellement à petite distance les unes les autres et se repoussant lorsque l’on veut les faire se pénétrer. »

Dans Le cours de physique de Feynman

Hal Putoff, parlant du champ du point zéro, le champ quantique du vide :

« On peut donc mathématiquement démontrer que les électrons perdent et gagnent constamment de l’énergie du champ du point zéro et maintiennent un équilibre dynamique dans une orbite précisément équilibrée. Les électrons puisent cette énergie pour rester en mouvement sans ralentir, faisant le plein en captant l’énergie des fluctuations du vide spatial. Autrement dit, le champ du point zéro explique la stabilité de l’atome d’hydrogène et, par déduction, celle de toute matière. »

Eftichios Bitsakis :

« L’identification de la masse et de la matière a dominé la physique classique, et continue à dominer même la physique contemporaine. Selon cette conception, ce qui n’a pas de masse n’est pas matériel. Et étant donné qu’on considérait l’ « énergie » comme impondérable, on a divisé l’univers en deux entités distinctes et irréductibles : la masse-matière et l’énergie (immatérielle). L’énergie se présentait donc comme quelque chose d’extérieur à la matière, qui lui donnait mouvement et vie… En fait, le mouvement est le mode d’existence de la matière, produit et source en même temps de l’interdépendance et de l’interaction mutuelles des formes de la matière… La séparation du mouvement et de la matière et les conceptions de l’impulsion initiale étaient la conséquence des conceptions simplistes liées à un stade de la physique où seulement la mécanique avait acquis une forme scientifiquement élaborée. Mais cette simplification est de loin dépassée, après la théorie électromagnétique, la relativité et les quanta. »

Dans « Physique contemporaine et matérialisme dialectique »

Rappelons que la confirmation du mécanisme du boson de Higgs signifie que c’est une particule sans masse (un boson est du même type que le photon lumineux) qui transporte la masse d’une particule sans masse (virtuelle) à une autre. Cela signifie que particules de masse et particules sans masse, dites réelles et virtuelle, ne sont pas de nature différent mais seulement dans des états momentanément différents. Cela signifie aussi que l’histoire de la particule de masse inerte, dite particule réelle, n’est autre qu’une succession de particules virtuelles, ayant successivement absorbé puis émis le photon de Higgs. Une particule ne reste pas durablement réelle mais la particule virtuelle qui capte la propriété de masse est suffisamment proche pour donner l’impression d’une continuité.

Friedrich Engels :

« Le mouvement est le mode d’existence de la matière. Jamais, ni nulle part, il n’y a eu de matière sans mouvement, ni il ne peut y en avoir. Mouvement dans l’espace de l’univers, mouvement mécanique de masses plus petites sur chaque corps céleste, vibration moléculaire sous forme de chaleur ou de courant électrique ou magnétique, décomposition et combinaison chimiques, vie organique : chaque atome singulier de matière dans l’univers participe à chaque instant donné à l’une ou à l’autre de ces formes du mouvement, ou à plusieurs à la fois… »

Dans « Dialectique de la nature »

Friedrich Engels :

« La matière sans mouvement est aussi inconcevable que le mouvement sans matière. »

Dans l’ « Anti-Dühring

David Bohm :

« La théorie (quantique) du champ décrit tout mouvement dans le domaine quanto-mécanique, sur la base de la « création » et de la « destruction » des particules élémentaires. C’est ainsi que, si un électron est dévié d’une direction de mouvement dans une direction différente, cet événement est décrit comme « destruction » de l’électron initial, et comme « création » d’un autre électron, qui se meut dans la nouvelle direction. »

Friedrich Engels :

« Le mouvement par lui-même est une contradiction ; déjà, le simple changement mécanique de lieu lui-même ne peut s’accomplir que parce qu’à un seul et même moment un corps est à la fois dans un lieu et dans un autre lieu, en un seul et même lieu et non en lui. Et c’est dans la façon que cette contradiction a de se poser continuellement et de se résoudre en même temps que réside précisément le mouvement. »

Dans l’ « Anti-Dühring

Lénine :

« La réalité objective, c’est la matière en mouvement… »

Dans « Matérialisme et empiriocriticisme »

Friedrich Engels :

« Le matérialisme du siècle précédent était surtout mécaniste, parce que, à cette époque, de toutes les sciences de la nature, seule la mécanique, et encore seulement celle des corps solides - célestes et terrestres - bref, la mécanique de la pesanteur, était arrivée à un certain achèvement. La chimie n’existait encore que dans sa forme enfantine, phlogistique [8]. La biologie était encore dans les langes ; l’organisme végétal et animal n’avait encore été étudié que grossièrement et n’était expliqué que par des causes purement mécaniques ; pour les matérialistes du XVII° siècle, l’homme était une machine, tout comme l’animal pour Descartes. Cette application exclusive du modèle de la mécanique à des phénomènes de nature chimique et organique dans lesquels les lois mécaniques agissent assurément aussi, mais sont rejetées à l’arrière-plan par des lois d’ordre supérieur, constitue une des étroitesses spécifiques, mais inévitables à cette époque, du matérialisme français classique.

La deuxième étroitesse spécifique de ce matérialisme consistait dans son incapacité à concevoir le monde comme un processus, comme une matière en voie de développement historique. Cela correspondait au niveau qu’avaient atteint à l’époque les sciences de la nature et à la façon métaphysique, c’est-à-dire antidialectique, de philosopher qui leur était connexe. On savait que la nature était engagée dans un mouvement perpétuel. Mais, selon les idées de l’époque, ce mouvement décrivait un cercle tout aussi perpétuel et, par conséquent, ne progressait jamais ; il produisait toujours les mêmes résultats. Cette manière de voir était inévitable à l’époque. La théorie kantienne de la formation du système solaire venait à peine d’être formulée et n’était acceptée que comme simple curiosité. L’histoire de l’évolution de la terre, la géologie, était encore totalement inconnue, et l’idée que les êtres vivants actuels sont le résultat d’une longue série évolutive qui va du simple au complexe ne pouvait absolument pas être alors établie scientifiquement. La conception non historique de la nature était, par conséquent, inévitable. On peut d’autant moins en faire reproche aux philosophes du XVII° siècle qu’on la rencontre également chez Hegel. Chez ce dernier, la nature, en tant que simple « aliénation » l’Idée, n’est susceptible d’aucun développement dans le temps, mais seulement d’un déploiement de sa diversité dans l’espace, de telle sorte qu’elle étale simultanément et l’un à côté de l’autre tous les degrés de développement qu’elle comporte et se trouve condamnée à une perpétuelle répétition de processus toujours les mêmes. Et c’est cette absurdité d’un développement dans l’espace, mais en dehors du temps - condition fondamentale de tout développement - que Hegel impose à la nature, au moment même où la géologie, l’embryologie, la physiologie végétale et animale et la chimie organique se développaient, et où partout, sur la base de ces sciences nouvelles, on voyait pressentir génialement la théorie ultérieure de l’évolution (par exemple, chez Goethe et Lamarck). Mais le système l’exigeait ainsi et force était à la méthode, pour l’amour du système, d’être infidèle à elle-même. »

Dans « Ludwig Feuerbach et la fin de la philosophie classique allemande »

Paul Lafargue :

« Marx saisissait les choses à la façon du Dieu de Vico ; il n’en voyait pas seulement la surface, il pénétrait à l’intérieur, en étudiait tous les éléments dans leurs actions et réactions réciproques, isolait chacun de ces éléments et suivait l’histoire de son développement. Puis il passait de la chose au milieu qui l’entourait, observait l’effet de celui-ci sur celle-là, et réciproquement. Il remontait à l’origine de l’objet, aux transformations, évolutions et révolutions qu’il avait subies, pour aboutir enfin à ses effets les plus éloignés. Il voyait non pas une chose isolée, un phénomène en soi sans rapport avec son milieu, mais un monde complexe en mouvement perpétuel. Et il voulait exprimer toute la vie de ce monde, dans ses actions et réactions si variées et constamment changeantes. »

Dans wikipedia, le mouvement perpétuel

Zénon sur le mouvement

Engels et Lénine sur le mouvement

Diderot sur le mouvement

Qu’est-ce que la quantité de mouvement ?

Qu’est-ce que le moment cinétique du mouvement ?

Les lois de conservation

Discontinuité et mouvement

Exemples amusants de prétendu mouvement perpétuel :

Un véritable exemple de mouvement perpétuel : le mouvement brownien induit par celui des molécules, lui-même en permanence activé par l’agitation du vide quantique :

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