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Physique des systèmes complexes
Mais, cette affirmation est insuffisante pour décrire le sens dans lequel évolue
spontanément tout système naturel, conduisant systématiquement au désordre
maximum, à la dispersion de toutes les sortes d'énergie potentielle sous la forme
ultime d'une énergie calorifique distribuée aléatoirement sur les particules, soit
encore une« perte d'information».
Ce désordre, cette «perte d'information», ou plutôt cette information finalement
«cachée» dans le désordre qui s'installe, peut être caractérisé par une nouvelle
grandeur extensive : l'entropie qui ne peut que croître au cours de toute transformation spontanée. Cette nouvelle grandeur reçoit une signification particulièrement claire dans le cadre de la physique statistique introduite ou plutôt créée par
L. Boltzmann. Mais le fait que l'entropie ne puisse que croître lors de toute transformation naturelle n'est pas déductible des lois fondamentales de la physique qui
ne prévoient pas intrinsèquement dans quel sens s'écoule le temps !
Le concept d'entropie ainsi que le second principe de la thermodynamique sont
donc à mettre au même rang que les concepts fondamentaux de la physique. Ils
doivent avoir une portée universelle s'appliquant des plus petits organismes comme les microbes jusqu'aux systèmes cosmologiques comme les trous noirs et
même plus!
Ainsi, grâce aux concepts fondamentaux de la physique complétés par les principes généraux de la thermodynamique, il est possible de comprendre, sinon de mettre en équation, le comportement moyen de tout système complexe et de décrire,
comme nous l'avons fait dans cet ouvrage, les propriétés physiques des solides
indéformables ou plastiques, des fluides ainsi que le comportement des champs
électromagnétiques dans les milieux matériels.
Cependant, les équations obtenues ne sont pas forcément simples ! C'est tout particulièrement visible dans le cas du comportement des fluides où les phénomènes
de convexion introduisent des termes non linéaires dans les équations de mouvement des particules fluides. Même si l'on s'en tient aux seules solutions numériques, on constate que celles-ci peuvent devenir chaotiques, c'est-à-dire présenter
la possibilité de bifurcations, ce qui limite les possibilités de prédiction en deçà
d'un certain temps dit de Lyapunov.
Alors, peut-on affirmer que l'entropie, le désordre ne feront que croître indéfiniment ? Il faut reconnaître que même si l'on peut adjoindre aux trous
noirs une entropie, une température et donc un rayonnement possible, pour
l'instant, les plus gros d'entre eux, les trous noirs stellaires, continuent à gober la
matière et l'énergie qui les environnent, à les ranger dans des points singuliers de
l'espace-temps, tant qu'ils seront plus froids que l'univers!
Mais les scientifiques ont toujours refusé les limites de leur compréhension. Il ne
fait aucun doute que les futurs chercheurs, les futurs prix Nobel et, pourquoi pas,
les quelques étudiants qui auront lu ce livre, pourront sûrement écrire une suite à
cette histoire.
Jean-Louis Farvacque,janvier 2013
Physique des systèmes complexes
Mais, cette affirmation est insuffisante pour décrire le sens dans lequel évolue
spontanément tout système naturel, conduisant systématiquement au désordre
maximum, à la dispersion de toutes les sortes d'énergie potentielle sous la forme
ultime d'une énergie calorifique distribuée aléatoirement sur les particules, soit
encore une« perte d'information».
Ce désordre, cette «perte d'information», ou plutôt cette information finalement
«cachée» dans le désordre qui s'installe, peut être caractérisé par une nouvelle
grandeur extensive : l'entropie qui ne peut que croître au cours de toute transformation spontanée. Cette nouvelle grandeur reçoit une signification particulièrement claire dans le cadre de la physique statistique introduite ou plutôt créée par
L. Boltzmann. Mais le fait que l'entropie ne puisse que croître lors de toute transformation naturelle n'est pas déductible des lois fondamentales de la physique qui
ne prévoient pas intrinsèquement dans quel sens s'écoule le temps !
Le concept d'entropie ainsi que le second principe de la thermodynamique sont
donc à mettre au même rang que les concepts fondamentaux de la physique. Ils
doivent avoir une portée universelle s'appliquant des plus petits organismes comme les microbes jusqu'aux systèmes cosmologiques comme les trous noirs et
même plus!
Ainsi, grâce aux concepts fondamentaux de la physique complétés par les principes généraux de la thermodynamique, il est possible de comprendre, sinon de mettre en équation, le comportement moyen de tout système complexe et de décrire,
comme nous l'avons fait dans cet ouvrage, les propriétés physiques des solides
indéformables ou plastiques, des fluides ainsi que le comportement des champs
électromagnétiques dans les milieux matériels.
Cependant, les équations obtenues ne sont pas forcément simples ! C'est tout particulièrement visible dans le cas du comportement des fluides où les phénomènes
de convexion introduisent des termes non linéaires dans les équations de mouvement des particules fluides. Même si l'on s'en tient aux seules solutions numériques, on constate que celles-ci peuvent devenir chaotiques, c'est-à-dire présenter
la possibilité de bifurcations, ce qui limite les possibilités de prédiction en deçà
d'un certain temps dit de Lyapunov.
Alors, peut-on affirmer que l'entropie, le désordre ne feront que croître indéfiniment ? Il faut reconnaître que même si l'on peut adjoindre aux trous
noirs une entropie, une température et donc un rayonnement possible, pour
l'instant, les plus gros d'entre eux, les trous noirs stellaires, continuent à gober la
matière et l'énergie qui les environnent, à les ranger dans des points singuliers de
l'espace-temps, tant qu'ils seront plus froids que l'univers!
Mais les scientifiques ont toujours refusé les limites de leur compréhension. Il ne
fait aucun doute que les futurs chercheurs, les futurs prix Nobel et, pourquoi pas,
les quelques étudiants qui auront lu ce livre, pourront sûrement écrire une suite à
cette histoire.
Jean-Louis Farvacque,janvier 2013