La naissance de l’univers à partir de RIEN (17) L’entropie

 

 

 

 

 

 

 

L’Entropie

            La notion d’entropie est assez difficile à saisir lorsqu’on la décrit comme étant l’évolution de l’ordre vers le désordre; ce qui est loin d’être une notion d’« évolution » positive, avouons-le. Sans parler que de voir une évolution vers le désordre est beaucoup plus un concept de « femme de ménage » que d’un scientifique. Il nous semble préférable de lui appliquer une notion évolutive plus positive que nous orientons plutôt de la « simplicité » vers la « complexité« . Ce qui élimine radicalement cette impression que l’entropie mène un évènement « à sa perte ».  En réalité, pour nous, l’entropie mêne un événement à sa « réalisation » et non à sa « perte ». L’avantage est qu’il n’y a plus aucune raison d’avoir peur.

           Pour expliquer ce concept de simplicité -> complexité, je prends l’exemple d’une table de billard (jeu de snooker) où les boules sont très spécifiquement disposées avant le premier coup. Mme St-Onge est très contente puisque la table et les boules présentent un ordre parfait (Une espèce d’homogénéité indiscutable).

          Le physicien, quant à lui, pense que la disposition des boules est très simple et qu’il est facile de définir l’emplacement de chacune.

          Le premier coup est donné (celui qu’on appelle la « casse ») et les boules sont catapultées partout sur la table. Mme St-onge s’écrit alors: « -Ô mon Dieu Seigneur!!! »; et lorsque les boules s’arrêtent, elle renchérit énergiquement:  « Non mais, qu’avez-vous fait-là??? Quel bordel nom de Dieu!!! excusez-moi; je veux dire: « …Quel désordre! Mon doux Seigneur Jésus! ».

          Le physicien lui, très calme, en parfaite maîtrise de ses émotions (C’est-y pas beau ça?), est très intéressé. Parce qu’il se rend compte que de calculer l’emplacement de chacune des boules et en déduire les évènements qui les y ont menés est un problème très complexe; un défit pour son intellect, tout autant que pour la science.

          C’est ce mouvement évolutif  que nous décrivons comme une succession de transitions vers la complexité à partir de la simplicité initiale. Pour décrire ce qu’est, à vos propres yeux, le concept d’entropie, il ne suffit que de décider si vous adoptez la position d’une femme de ménage ou celle d’un physicien. Pour nous l’optique du physicien est beaucoup plus intéressante (et moins stressante, surtout).

         D’autant plus que, selon l’optique « femme de ménage », l’entropie mène un organisme « à sa perte »; ce qui est quelque peu… »émotionnel ». Mieux vaut l’optique plus objective indiquant que l’entropie est une complexification déterminant un équilibre de plus en plus viable. Ce qui est un résultat tout à fait contraire à celui de l’optique de Mme St-Onge.

         L’entropie devient donc le résultat d’une complexification suite au mouvement évolutif de l’univers vers une détermination de l’équilibre parfait à travers une série d’expériences physiques déterminant la viabilité avec de plus en plus de précision. Et comme la notion d’entropie est liée aux principe de la thermodynamique, voici quelques infos sur le sujet:

        « Le deuxième principe de la thermodynamique établit l’irréversibilité des phénomènes physiques, en particulier lors des échanges thermiques. C’est un principe d’évolution qui fut énoncé pour la première fois par Sadi Carnot en 1824. Il a depuis fait l’objet de nombreuses généralisations et formulations successives. Le second principe introduit la fonction d’état entropie : S, usuellement assimilée à la notion de désordre qui ne peut que croître au cours d’une transformation réelle ».

       Cette loi s’énonce ainsi :

« Toute transformation d’un système thermodynamique s’effectue avec augmentation de l’entropie globale incluant l’entropie du système et du milieu extérieur. On dit alors qu’il y a création d’entropie. »

        Évidemment, au niveau de l’univers, il n’y a pas de « système extérieur » ; mais la loi s’applique à l’univers en tant que « système thermodynamique fermé »; et la relation avec « l’extérieur » est contrebalancé par l’échange énergétique de photons avec l’énergie ambiante de l’univers électromagnétique.

« Le second principe est un principe d’évolution qui stipule que toute transformation réelle s’effectue avec création d’entropie. »

        Nous venons d’en faire une « nouvelle formulation » quelque peu nuançée, qui s’applique maintenant à l’univers entier. Malheureusement, l’irréversibilité des phénomènes physiques est déboutée, à ce niveau, par le mouvement d’effondrement de l’espace. Cela me peine énormément ; soyez-en assuré.

        Par contre, à bien y penser, l’irréversibilité est conservée au niveau du mouvement lui-même. Il ne suffit que de se limiter à le considérer exclusivement dans un sens ou dans l’autre.

       Il me reste à expliquer le Spin versus l’électromagnétique. Notez que je ne vous ferez pas passer par toutes les tentatives que j’ai faites pour trouver la solution. J’ai vraiment voyagé sur toutes les branches de l’arbre avant de trouver la bonne branche. Je faisais face au principe d’incertitude d’Heisenberg. Je vais vous éviter ce stress et me comporter comme un « écureuil-guide »… Allons-y :

       Voyons, pour commencer, la définition et l’histoire du spin:

       « Le spin a été expérimentalement mis en évidence en 1922 dans l’expérience de Stern et Gerlach et a été d’abord interprété comme le moment angulaire d’une rotation de la particule sur elle-même, autour d’un axe. Cette image est correcte dans la mesure où le spin peut être modélisé par les mêmes lois mathématiques qu’un moment angulaire (quantique), mais comme cette interprétation implique une propriété géométrique qui est en contradiction avec la relativité, elle a été abandonnée. On désigne parfois le spin comme un moment angulaire (ou cinétique) intrinsèque[1], c’est-à-dire répondant aux mêmes lois algébriques, sans correspondre à la représentation géométrique que l’on s’en fait. ».

-Bon ! Ça commence mal ! On élimine la géométrie d’un univers géométrique tridimensionnel. Suis-je obligé d’expliquer pourquoi je ne suivrai pas  la même route ?

       J’imagine que oui, sinon les objections ne finiront plus.

        Il nous faut donc premièrement, prendre conscience que tout ce qui existe dans l’univers est en mouvement; et ceci  n’est pas une illusion, mais bien un fait. Dans l’absolu, rien n’est immobile. Ce qui nous semble « immobile » est simplement « notre référentiel »; et c’est là où se trouve l’illusion.

       Prenons comme exemple, lorsque vous vous tenez debout au bord d’une route. Vous vous croyez immobile simplement parce que vous faites alors parti de votre référentiel qui est la Terre et que vous vous « déplacez » à la même vitesse que ce référentiel. Les voitures qui passent devant vous, ne se déplacent pas à la même vitesse que ce différentiel; donc, vous percevez la différence de vitesse de leur mouvement, comparativement à votre vitesse à vous.  Si vous êtes dans la voiture, c’est vous qui semblez immobile et c’est le gars  qui fait du stop, et tout ce qui l’entoure, qui s’éloigne derrière vous. C’est pourquoi on appelle ce fait : la Relativité.

       En réalité, même debout, au bord de la route,vous vous déplacez à la même vitesse que votre référentiel, la Terre; qui se déplace à la vitesse de 108,000 km /hre sur son orbite, sans parler de sa rotation; votre sensation d’immobilité N,est qu’une illusion. Donc la relativité n’est pas une réalité en soi, mais un « outil » pour quantifier un mouvement par rapport à un référentiel lui-même en mouvement considéré comme « immobile ».

       Permettez-moi, alors, de ne pas suivre cette directive d’abandonner l’interprétation géométrique de la particule en rotation sur elle-même.

Merci !

       Revenons maintenant, au moment angulaire d’une rotation ; c’est-à-dire : à la rotation même d’une particule sur son axe. Ceci nous permettra d’identifier le spin à « hélicité gauche » du neutrino que nous rencontrons depuis le début de ces articles.

       Au sujet du neutrino, il est énoncé partout qu’il pourrait être sa propre antiparticule. Ce qui voudrait dire qu’une moitié du neutrino tourne dans un sens pendant que l’autre moitié tourne dans l’autre. Voici ce que cela donne :  

       Si nous disons que le neutrino, responsable de l’existence de la distance « non nulle » et du temps « non figé », est l’hélicité gauche pointée dans le sens contraire de son déplacement, cela indique que c’est la moitié tournant vers la droite qui « avance » en créant de l’espace.

       Comme dans le dessin suivant :

       Dans le dessin qui suit, le sens du déplacement du neutrino à hélicité gauche est celui se dirigeant « vers la droie de l’écran » (Oui je sais, le dessin ne concorde pas; mais j’explique pourquoi très bientôt). 

       Par contre, il faudra composer avec toutes les particules à ½ spin formées de la même façon que ce neutrino. C’est donc dire que les quarks possèdent la même structure de rotation individuelle : une moitié dans un sens et l’autre moitié, dans l’autre sens. Sauf que…hé oui… encore une fois; sauf que le neutrino, contrairement au quark, n’a pas de volume. Ce qui me permet de vous expliquer pourquoi un neutrino est sa propre antiparticule. Le neutrino n’est donc qu’une « surface » sans profondeur  ou une particule sans « volume »(ce qui n’est pas le cas de la boule précédente, et c’est pourquoi les deux moitiées tournent vers la gauche lorsqu’on fait face à l’une ou l’autre. Le cas pour un neutrino est complètement différent).

       Si vous vous placez debout, face à une autre personne, et que vous faites tourner un de vos bras dans le sens des aiguilles d’une montre, cette personne s’exclamera :

-Mais veux-tu bien me dire pourquoi tu fais tourner ton bras dans le sens contraire d’une aiguille d’une montre?

       Pour vous, le sens de rotation est dans le sens d’une aiguille d’une montre et pour elle, c’est tout à fait le contraire. Tout simplement parce que votre mouvement de bras n’a pas de profondeur. Ce mouvement est celui d’une surface. Et nous savons depuis le début que le neutrino n’a pas de profondeur.

       Voilà l’explication de l’hélicité gauche du neutrino dont le spin pointe dans la direction opposée de son déplacement. Si vous regardez l’autre facette de la surface qu’est le neutrino, vous découvrez son hélicité droite. La même particule sert donc à être son antiparticule, parce qu’elle n’a pas de volume. Ce qui n’est pas le cas d’une particule tridimensionnelle, évidemment.

       Il nous reste à définir le spin 1, ou le spin complet.

       Nous n’avons plus le choix, il se doit d’être un sens de rotation spécifique pour toute la particule qui est maintenant, un « volume ». Tel que le dessin suivant:   

       Rappelons-nous qu’une particule ayant un spin entier est un boson (Gluon, Zo, W+, W- et photon) Le gluon ne nous pose pas de problème car il est apparu sans l’univers en provenance de l’ère de Planck.

       Le Zo, quant à lui, est tout simplement la « matérialisation » du premier rayonnement électromagnétique, le rayonnement Gamma. Sa durée de vie devrait nous donner la durée de vie d’un « moment présent », puisqu’il disparaît aussitôt apparu, étant lui-même toujours au présent à cause de sa vitesse de la lumière. Son « présent » étant permanent, il disparaît rapidement du passé que nous observons constamment. Sa présence dans l’univers, ne dure qu’un « instant présent ». Les mathématiciens pourront maintenant se permettre de calculer le passé et le futur au moyen de l’unité de mesure de cet « instant présent » qui est de 10^-24 seconde comme on l’a vu à l’article 11.

       Mais qu’en est-il du W+ et du W- ? Comment une particule peut-elle disparaître en entrant en contact avec son antiparticule et en ne laissant derrière elles qu’un photon massif W+ ou W- ?

       Vérifions tout de suite avec une particule et son antiparticule :

Note: J’ai séparé les moitiés de chacune des particules pour visualiser les différents mouvements à venir, plus facilement.

       On a donc une particule beige et son antiparticule verte. On a également le petit « beigne » que l’on voit entre les deux particules, mais qui se situe un peu plus loin à l’arrière. Il représente la singularité du mur de Planck; ou plutôt une « ouverture » dans le mur de Planck. En fait c’est un « trou » qui communique avec l’ère de Planck qui a précédé notre univers tridimensionnel. C’est donc de ce « trou » que gicla la particule neutrino ainsi que le gluon.

       Si vous regardez attentivement, en imaginant le rapprochement des deux particules, vous allez voir que lorsque les deux particules vont entrer en contact, le spin de leur moitié respective du bas va les projeter   en s’éloignant de la singularité centrale (vers vous, le lecteur),  pendant que le spin de celles du haut va les projeter vers cette singularité où elles pénètreront et disparaîtront au centre du « beigne ».  La matière et l’antimatière s’annihilent de notre univers tridimensionnel.

       Mais qu’arrive-t-il aux deux moitiés qui furent projetées en s’éloignant du « trou », c’est à dire vers vous?

       La réponse est assez simple puis qu’il est évident qu’une demi-particule ne paut pas exister dans notre univers univers tridimensionnel. Les deux moitiés se joignent donc l’une à l’autre immédiatement, produisant une particule  qui ressemble à  la suivante :…

         …parce que les deux moitiés tournaient, toutes les deux, dans le même sens. Vous remarquez sûrement que cette particule est maintenant un Boson. Et ce Boson est définitivement la particule W+ ou W- que nous cherchions, produit par l’annihilation d’une particule et d’une antiparticule.

       Essayons maintenant de produire des protons avec nos particules Quarks à ½ spin. Pour cela, nous allons, encore une fois, retourner dans le passé, à l’époque où l’univers était un plasma de Quarks et de Gluons. État  que les savants on pu produire en laboratoire, en 2000.

       Donc, dans ce plasma, les particules quarks déambulent librement (preuve de l’inexistence de « forces magiques de retenu ». Les déformations de la géométrie de l’espace déambulent, évidemment, au « diapason » de ces particules massives puisqu’elles les contiennent.. Tiens, en voilà une qui se dirige vers une autre particule. Woops ! Elles n’ont fait que se frôler et ont pu s’échapper de leurs déformations respectives. Mais elles semblent avoir accru leur vitesse. Curieux non? Ce doit être une illusion d’optique. Attention en voilà deux qui se dirigent directement vers leur centre respectif. Observons ce que cela donne.

       Vous avez vu ? En plein dans le mille ! Et les deux particules sont maintenant coincées dans une seule déformation spatiale  produite par le « jumelage » du centre de leur déformation spatiale respective. Ils n’y a plus qu’un seul centre de gravité pour les deux particules. Regardez-les ces particules ! Elles se poussent l’une l’autre pour s’installer sur ce centre de gravité de la nouvelle déformation. Et comme elles sont de « force égales », leur poussée mutuelle les font tourner autour du centre de gravité comme de vrais enfants obstinés.

       Excellent ! J’aurai un article de moins à écrire car vous venez de voir pourquoi une masse de matière se met en rotation. C’est la poussée de l’énergie de masse qui fait tourner les particules autour du centre de gravité. C’est donc pourquoi, lorsqu’une étoile devient une étoile à neutron, elle se met à tourner à une vitesse folle. La poussée de l’énergie de masse sur les particules de son centre y est extraordinaire. Une autre promesse de tenue à mon actif!.

       Bon ! Voici une troisième particule qui arrive ; je n’ai pas eu le temps d’aller vraiment vérifier ce qui se passait au niveau des deux première. Tant pis ! Ça m’apprendra à faire le jars. Merde ! une quatrième particule arrive et se joint aux trois autres.

       STOP!  Voilà ! Je viens de mettre l’événement sur « Pause » de sorte que nous pourrons l’étudier sans être dérangés par d’autres particules qui pourraient arriver. Ce qui est tout à fait normal, puisque cette foutue déformation spatiale ne cesse de grossir et de gagner en intensité.

       Rapprochons-nous tout de suite, et regardons le comportement de chacun des quanta à ½ spin.

Extraordinaire !!!

       Les demi-spins « contraires » de chacune des particules obligent celles-ci à se « coller » l’une sur l’autre. Je n’en reviens pas! Elles contribuent même à ajouter une poussée supplémentaire sur le point de gravité. C’est pas croyable!!! Les polarités contraires se collent l’une à l’autre. Voilà un fait d’établi.

        Remarquons, encore une fois, qu’ il n’y a aucune « magie » dans cet événement ! On voit bien ici que c’est un résultat tout à fait normal. Maintenant, si nous pouvions trouver pourquoi des spins identiques (mêmes polarités) se repoussent, nous  serions fixés. Voyons ça tout de suite .

       Imaginons deux particules de spin entier (pour ne pas nous compliquer la vie) qui ont une polarité identique l’une et l’autre. Autrement dit : elles tournent toutes les deux dans le même sens :

-Bin ça alors!!! Au point de contact des deux particules, les mouvements deviennent contraires et lorsque les particules se touchent, elles sont naturellement projetées au loin. C’est pas croyable, non plus!!!

-Et pourtant c’est bien le cas! Voilà pourquoi les spins identiques se repoussent et que les spins contraires s’attirent. Déjà que les deux particules sont prisonnières d’une même déformation spatiale, on découvre, qu’en plus elles se collent l’une à l’autre ou se repoussent l’une de l’autre. Il n’existe donc pas encore de forces magiques inexplicables. J’en suis extrêmement soulagé.

–  Ouais c’est bien beau tout ça ; mais cela va à l’encontre du fait que le nuage électronique enveloppe le noyau. Non ?

–  Pas sûr ! Pas sûr ! Un nuage est moins solide qu’un noyau ; de sorte qu’il peut contenir un noyau sans trop de problème. Un nuage est plus « flexible », pourrait-on dire.

–  Disons que je te l’accorde ; mais que fais-tu lorsque deux atomes se joignent ? Ce sont les nuages à polarités identiques qui se touchent. Ils devraient se repousser.

–  Mais ils ne le font pas parce que la résistance au point de contact de deux « nuages » n’est pas celle de deux surfaces « solides » ; donc ils ne réagissent presque pas à leur « spin » identique et ne se repoussent pratiquement pas. Ils restent près l’un de l’autre parce qu’ils sont coincées dans la déformation de la géométrie de l’espace produite par l’énergie de masse du noyau où se trouvent autant de protons que d’électrons autour de ce noyau. Ajoutons, en plus, que le propre centre de gravité du « nuage » s’est joint au centre de gravité du noyau qu’il enveloppe. Donc cela devient très difficile pour le nuage de s’échapper.

       Ceci, cependant, voudrait dire  que normalement, un atome devrait avoir plus d’énergie de masse qu’un noyau tout seul puisque la poussée du nuage s’ajoute sur le centre de gravité mutuel. On devrait  vérifier  tout de suite cette « prédiction ».

       Voici l’information qui nous préoccupe :

« Considérons un atome dont le noyau est caractérisé par le couple (Z,A): le noyau, formé de Z protons et de (A-Z) neutrons est entouré par Z électrons. Les masses du neutron et du proton étant très supérieures à celles de l’électron, la masse de l’atome est très voisine de celle du noyau.

Voilà !

       Donc la masse est « très voisine », mais est définitivement plus grande. Donc l’énergie de masse de l’électron s’ajoute à celle du noyau parce que les centres de gravité des deux intervenants se sont joints l’un à l’autre. C’est encore la « gravitation » d’Einstein qui réunit et garde unifiés les composants d’un atome.  Et la poussée du nuage électronique, autour du noyau, s’ajoute à la poussée des particules du noyau lui-même. Es-tu satisfait ?

-Mmmm. Oui ça va ! Merci.

-C’est moi qui te remercie. Je crois avoir rempli ma mission d’expliquer

« La Naissance de l’Univers à partir de RIEN ».

– Pas vraiment. Il te reste à nous dire si la période d’inflation était indispensable à l’univers, comme tu l’as promis.

– C’est vrai! J’oubliais complètement. Donc on se revoit dans trois jours pour le dernier article. Bye!

Amicalement

                                                                     André Lefebvre

Une pensée sur “La naissance de l’univers à partir de RIEN (17) L’entropie

  • avatar
    15 août 2010 à 22 10 55 08558
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    Pas de commentaires. C’est assez surprenant!

    André Lefebvre

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