Le mouvement brownien est apparemment réversible puisque le mouvement inverse de chaque particule est parfaitement possible. Mais l’évolution de l’ensemble du système est irréversible...
En 1872 Ludwig Boltzmann inventa le "théorème H" que l’on peut résumer comme suit : "Dans un mélange gazeux, l’entropie ne peut varier que dans un seul sens. Le mouvement des particules tend vers l’équilibre". En soumettant ce modèle aux scientifiques, Boltzmann allait s’opposer aux arguments de plusieurs physiciens, dont Zermelo et Poincaré. Le "théorème H" ou théorème de l’irréversibilité appliquait les lois de la physique classique. En fait il confortait les thèses mécanistes et réversibles de la physique. Boltzmann exprimait les lois de la thermodynamique en termes de mouvements de milliards de molécules régis par des lois statistiques (mécanique statistique). Mais avec des milliards de molécules, un gaz peut difficilement rester ordonner. Or depuis Galilée et Leibniz l’évolution dynamique des systèmes était réversible. Leibniz avait même énoncé le principe de "raison suffisante" car il était persuadé que la réversibilité déterministe allait de soi. Mais l’interprétation statistique de Boltzmann n’était pas valable pour les systèmes ouverts car ils n’avaient aucune tendance vers le désordre total.
En réponse à ces interprétations déterministes Poincaré énonça en 1890 le "théorème de récurrence”. Guidés par la tradition dynamique, Poincaré et Zermelo[2] supposaient qu’à tout moment l’état thermodynamique d’un système isolé pouvait se retourner et retrouver indéfiniment de fois un état très proche de sa valeur initiale. Ils considéraient de même que tous les états devaient se reproduire pourvu que l’on attende suffisamment longtemps. Ce “temps de Poincaré” mettait le doigt sur l’un des paradoxes de la thermodynamique. Mais les lois de la Nature nous permettent-elles de retourner la flèche du temps comme le théorème de Loschmidt le sous -entend ? Nous aimerions bien que le monde - et les lois de Joule et de Clausius en particulier - soient symétriques mais la réalité ne l’est pas.
C’est Léon Brillouin qui s’affranchit de ces difficultés en considérant qu’il existait des limites objectives à toute connaissance, limites fixées par le quantum d’action. La théorie classique devenait une approximation de la physique quantique. Au départ d’un processus thermodynamique ou quantique, il est vrai en théorie que chaque possibilité a une chance de s’actualiser. En pratique il y a réduction du paquet d’ondes, effondrement du nuage probabiliste dans une seule réalité. Ainsi, même si par nature les lois sont réversibles, les processus ne le sont pas, en particulier les structures dissipatives ou les phénomènes quantiques. Pour s’en convaincre, statistiquement il y a beaucoup plus de chances pour qu’un système éloigné de l’état d’équilibre, c’est-à-dire de l’état final attendu, tende à le retrouver, plutôt qu’il s’en éloigne.
Bien malgré lui, Boltzmann découvrit également que l’irréversibilité était prouvée dans les transferts de chaleur. Lorsqu’il mettait deux substances de température différentes en contact, la chaleur de la première se transmettait à la plus froide, mais jamais l’inverse.
Le mouvement brownien est apparemment réversible puisque le mouvement inverse de chaque particule est parfaitement possible. Mais l’évolution de l’ensemble du système est irréversible...
En 1872 Ludwig Boltzmann inventa le "théorème H" que l’on peut résumer comme suit : "Dans un mélange gazeux, l’entropie ne peut varier que dans un seul sens. Le mouvement des particules tend vers l’équilibre". En soumettant ce modèle aux scientifiques, Boltzmann allait s’opposer aux arguments de plusieurs physiciens, dont Zermelo et Poincaré. Le "théorème H" ou théorème de l’irréversibilité appliquait les lois de la physique classique. En fait il confortait les thèses mécanistes et réversibles de la physique. Boltzmann exprimait les lois de la thermodynamique en termes de mouvements de milliards de molécules régis par des lois statistiques (mécanique statistique). Mais avec des milliards de molécules, un gaz peut difficilement rester ordonner. Or depuis Galilée et Leibniz l’évolution dynamique des systèmes était réversible. Leibniz avait même énoncé le principe de "raison suffisante" car il était persuadé que la réversibilité déterministe allait de soi. Mais l’interprétation statistique de Boltzmann n’était pas valable pour les systèmes ouverts car ils n’avaient aucune tendance vers le désordre total.
En réponse à ces interprétations déterministes Poincaré énonça en 1890 le "théorème de récurrence”. Guidés par la tradition dynamique, Poincaré et Zermelo[2] supposaient qu’à tout moment l’état thermodynamique d’un système isolé pouvait se retourner et retrouver indéfiniment de fois un état très proche de sa valeur initiale. Ils considéraient de même que tous les états devaient se reproduire pourvu que l’on attende suffisamment longtemps. Ce “temps de Poincaré” mettait le doigt sur l’un des paradoxes de la thermodynamique. Mais les lois de la Nature nous permettent-elles de retourner la flèche du temps comme le théorème de Loschmidt le sous -entend ? Nous aimerions bien que le monde - et les lois de Joule et de Clausius en particulier - soient symétriques mais la réalité ne l’est pas.
C’est Léon Brillouin qui s’affranchit de ces difficultés en considérant qu’il existait des limites objectives à toute connaissance, limites fixées par le quantum d’action. La théorie classique devenait une approximation de la physique quantique. Au départ d’un processus thermodynamique ou quantique, il est vrai en théorie que chaque possibilité a une chance de s’actualiser. En pratique il y a réduction du paquet d’ondes, effondrement du nuage probabiliste dans une seule réalité. Ainsi, même si par nature les lois sont réversibles, les processus ne le sont pas, en particulier les structures dissipatives ou les phénomènes quantiques. Pour s’en convaincre, statistiquement il y a beaucoup plus de chances pour qu’un système éloigné de l’état d’équilibre, c’est-à-dire de l’état final attendu, tende à le retrouver, plutôt qu’il s’en éloigne.
Bien malgré lui, Boltzmann découvrit également que l’irréversibilité était prouvée dans les transferts de chaleur. Lorsqu’il mettait deux substances de température différentes en contact, la chaleur de la première se transmettait à la plus froide, mais jamais l’inverse.