Cercle des Sciences
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Collision psychologique et philosophique à travers la Thermodynamique

« Une théorie est d’autant plus impressionnante que ses bases sont plus simples que les

phénomènes qu’elle corrèle sont plus nombreux, que son champ d’application est plus vaste. D’où la profonde impression que me cause la thermodynamique phénoménologique. C’est la seule théorie physique de contenu universel dont je suis convaincu que, dans les limites de ces concepts de base, elle ne sera jamais dépassée. » – Albert Einstein

La nature, les êtres vivants, notre existence, nos constructions – tout l’univers – est gouverné par des lois incontournables auxquelles rien ni personne ne peut échapper et qui servent à décrire le monde qui nous entoure. Pas seulement primordiales dans la science mais également présentes dans la vie quotidienne et le comportement humain… bienvenue dans le monde impressionant – trivial et complexe – de la Thermodynamique !

La Thermodynamique décrit les mouvements de chaleur et les transformations d’énergie. Prenons le « système humanité » et imaginons 7,8 milliards de particules en mouvement incessant et aléatoire qui interagissent entre elles. C’est un système isolé, restreint à la population de notre monde (pas d’échange de matière ni d’énergie). Au sein de ce système, se trouvent différentes sociétés séparées par les limites de temps et d’espace que l’on pourrait appeler des systèmes fermés (seulement échange d’énergie). Ceux-ci incluent diverses bulles sociales c’est-à-dire des réseaux sociaux variables que l’on pourrait désigner comme systèmes ouverts (échange d’énergie et de matière).

Il existe quatre lois fondamentales (dont celle qui est apparue en dernier a été placée par son importance à la première place, c’est pourquoi on a une loi « zéro »).

Principe zéro : uniformisation de l’énergie thermique de corps mis en contact

« Si deux systèmes sont en équilibre thermique avec un troisième système, ils sont également en équilibre l’un avec l’autre. »

La chaleur se transmet de l’objet plus chaud à l’objet plus froid jusqu’à établir la même température entre les deux objets. À proprement parler, la personne ayant plus d’Aura radieuse/plus de bonne humeur/ plus d’aptitude empathique, réussit plus à convaincre une autre personne de sa vision/ sa méthode/ son attitude. Le danger ici, c’est l’uniformisation totale mais cela nécessite un long chemin.

  • Deux adolescent.e.s qui passent toute leur vie estudiantine tout.e.s seul.e.s dans leur chambre peuvent avoir des troubles d’humeur tandis que s’iels sont au milieu de plein de jeunes au Cim d’Ix, iels sont envahi.e.s par l’ambiance festive partagée.
  • Le sport en commun engendre un esprit d’équipe qui encourage chaque athlète indépendamment de son niveau de rester motivé.e.
  • Chaque employé.e traversant la porte à l’endroit de travail coupe avec sa sphère privée pour un moment et se met dans le mode attentif et productif qui y règne.
  • Lorsque l’on va à la bibli pour étudier, chaque étudiant.e apporte une motivation plus ou moins grande mais en se mettant dans l’atmosphère studieuse globale, chacun.e adopte tôt ou tard une attitude de travail selon sa propre méthode.
  • Des réunions à distance se déroulent de manière isolée par l’écran en comparaison avec des réunions animées par une atmosphère participative et conviviale en présentiel.
  • L’activité habituelle dans un même groupe social égalise les intérêts, les opinions et les comportements des membres/ participant.e.s.
  • L’intégration dans une culture « hôte » augmente des normes collectives et diminue des modes de vie individuels.

Premier Principe : conservation de l’énergie

« L’énergie ne peut ni être crée, ni détruite, elle peut seulement être transformée. »

Dans un système isolé, le niveau d’énergie reste constant, seulement sa nature peut varier. Après chaque transformation, la qualité de l’énergie change, l’énergie se divise en énergie utile (travail) et énergie inutile (chaleur). Pour faire fonctionner un moteur de manière perpétuelle, il faut tout d’abord une différence de température mais nous avons aussi besoin d’une source d’énergie extérieure.

Faisons une expérience de la pensée : Premièrement, on a un rêve ou un talent qui sommeille au sein de nous (l’énergie potentielle). Ceux-ci sont découvert un jour sous forme d’inspiration ou de capacité et deviennent une idée ou un plan plus concret. Leur état d’être est changé, ils se mettent en mouvement, l’action se réveille (l’énergie cinétique). Pendant cette activité, de l’énergie inutile se dissipe (la chaleur) et de l’énergie utile (le travail) prend forme. On peut imaginer l’énergie inutile comme les effets secondaires ou les efforts en vain et l’énergie utile comme la réalisation du but et du succès. Une autre illustration, ce sont les relations entre humains qui montrent bien comment une énergie « optimiste » peut se transformer en énergie « pessimiste » et vice-versa.

Deuxième Principe : augmentation spontanée de l’entropie

« Tout processus spontané augmente l’entropie de l’univers. »

Dans un système isolé (comme l’univers), nous avons toujours une augmentation générale de l’entropie mais on peut avoir une diminution locale de l’entropie au détriment de l’entropie environnante. Le principe de d’action-réaction nous confirme cela. Selon la flèche du temps, tout système évolue dans une certaine direction (spontanéité). C’est impossible de retrouver les conditions initiales d’une situation et de réaliser un processus en sens inverse lors de la transgression d’un seuil de tolérance (irréversibilité). Dû à des échanges de chaleur et à l’agitation thermique des particules d’un système non-isolé, l’énergie est dégradée sous forme de chaleur (DS = dQ/T). La production d’entropie est favorisée par le passage du déséquilibre à l’équilibre et de l’ordre au désordre. Nous pouvons aborder l’entropie de différentes manières : la mesure du désordre, le caractère aléatoire, le niveau de dispersion de l’énergie.

  • L’énergie est « rangée » sous forme de ressources naturelles comme les combustibles fossiles, les courants d’eau, les mouvements du vent et le Soleil. Celle-ci est consommé des sociétés humain.e.s pour devenir de l’énergie « désordonnée ».
  • Quand un cube de glace est mis dans une boisson, les deux s’adaptent à la température ambiante et s’homogénéisent via l’agitation thermique, l’énergie ordonnée devient de l’énergie désordonnée jusqu’à atteindre l’équilibre thermique. La même chose se passe avec du miel dans un thé ou du lait dans un café.
  • La digestion se fait à partir d’aliments ordonnés (sandwich) en nutriments désordonnés (carbohydrates, protéines, lipides).
  • La diminution locale de l’entropie à court-terme comme le développement de l’anatomie et de la physiologie contribuant au bon fonctionnement du corps est compensé par l’augmentation environnante de l’entropie à long-terme comme les interactions entre le corps et son environnement via les organes sensoriels.
  • Le déséquilibre initial de l’âme innocente d’un bébé tend vers l’équilibre final de l’âme mature d’une personne âgée qui se développe lors d’un processus d’épanouissement au fil et à mesure de la vie.
  • Au début de la journée, la chambre d’un.e adolescent.e se trouve dans un état rangé et à la fin de la journée, la même chambre s’est transformée en chaos.

L’augmentation de l’entropie va de main en main avec la diminution de l’information. Quand tout est rangé dans une chambre, chaque affaire a une place déterminée et la probabilité de trouver l’affaire est faible car la position est seulement fixée dans une configuration de la chambre. Quand la chambre se trouve en désordre, l’affaire qu’on cherche peut se trouver partout et la probabilité de la trouver est forte car on pourrait essayer n’importe où et c’est le hasard qui détermine sa place.

La notion d’entropie est basée sur la mécanique statistique de Ludwig Boltzmann, plus exactement la théorie cinétique des gaz parfaits. Pour décrire la distribution de particules et les propriétés d’un gaz au sein d’un système, on définit des micro-états (arrangement exacte de propriétés microscopiques de toutes les particules comme position et vitesse) et des macro-états (combinaison spécifique des propriétés macroscopiques d’un gaz comme température, pression, volume et nombre de particules). Pour un macro-état donné, tous les micro-états sont tous aussi probables. Le macro-état le plus probable est celui qui est en accord avec le plus grand nombre de micro-états.

Imaginons un jeu de go avec ses jetons blancs et noirs. A l’échelle microscopique, on considère chaque configuration possible donnant une image exacte dont chaque jeton a une place précise. A l’échelle macroscopique, on prend seulement en compte la forme globale c’est-à-dire qu’on différentie seulement entre « configuration désorganisée » dans laquelle les jetons se mélangent indépendamment de leur couleur ce qui donne en moyenne une couleur grise et « configuration organisée » dans laquelle les jetons s’ordonnent en fonction de leur couleur ce qui donne une distribution noire-blanche. Il existe donc beaucoup de configurations désorganisées et peu de configurations organisées. C’est-à-dire que c’est plus probable que les jetons se répartissent de manière homogène que de se séparer de manière hétérogène. Ceci est une analogie pour la distribution de l’énergie.

Troisième Principe : entropie nulle

« Tout corps pur dans sa forme stable ayant l’état d’un cristal parfait au zéro absolu de température a une entropie nulle. »

Au zéro absolu de température, 0K = -273,15°C, il y a absence de mouvement des particules ce qui le fait impossible pour n’importe quel processus de se dérouler. Cette température sert juste comme point de repère pour des calculs mais en réalité, elle est inatteignable car pour l’atteindre, il faudra injecter tant d’énergie, que le système finira par chauffer. Cela implique que c’est impossible que l’entropie vale 0.

Dans notre interprétation à l’échelle des humains, il n’y a pas d’humain « parfait » mais l’humanité contribue à « engendrer le chaos ».

En pratique, c’est plus compliqué qu’en théorie. Les lois scientifiques sont des modélisations simplifiées de problèmes complexes. Ils servent à décrire notre immense univers et à comprendre des phénomènes naturels. Néanmoins, il existe des limites et il reste des secrets à découvrir. La nature de l’humanité possède des failles et ne se comporte pas selon des règles fixes. Reprenons notre « système humanité », on ne peut pas suivre une ligne droite sans frottement mais il y a des effets de son environnement qui influencent notre chemin. Les collisions des particules au sein d’un gaz se traduisent par des rencontres. Pour atteindre l’état d’énergie minimum, les atomes forment des molécules. Nous, les humains, formons des couples, des groupes, des organisations, des communautés, des états – nous sommes des paquets de particules organisés ayant suivi l’évolution vers des organismes complexes. La « thermo » est notre substance incarnée et la « dynamique » notre changement continu.

Anna Moll

Sources :