Second principe, démon de Maxwell, moteur monotherme

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ABC
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Second principe, démon de Maxwell, moteur monotherme

#1

Message par ABC » 31 déc. 2019, 21:07

Kroumik a écrit :
30 déc. 2019, 21:29
Un Indien de l'Inde invente un générateur d'électricité illimitée et gratuite...
Arensor a écrit :
31 déc. 2019, 04:21
Ces conneries ont la vie dure.... :feste:
Faut creuser. Il doit surement y avoir un élixir de jouvence caché derrière pour expliquer une telle longévité. A mon sens, c'est la seule explication rationnelle possible :mrgreen:.

L'impossibilité de moteurs monothermes est-elle physique ou technologique ?
Bon cela dit, plus sérieusement, je me suis parfois interrogé sur la solidité de l'impossibilité de moteurs monothermes (cf. Carnot, Kelvin, Clausius et compagnie). Cette impossibilité est reliée au second principe de la thermo, principe selon lequel l'entropie d'un système isolé (la quantité d'information inaccessible à l'observateur macroscopique si l'on s'en tient à l'entropie de Boltzmann) ne peut que croître. Je me demande si cette impossibilité pourrait, après tout, être plus technologique que réellement physique.

Je m'explique et j'illustre ma question avec une expérience de pensée (dans le cas inverse je ferais breveter :mrgreen:)

Tout d'abord, l'impossibilité de moteurs monothermes, c'est l'impossibilité de transformer :
  • de la chaleur (énergie cinétique d'agitation thermique, donc "désorganisée, c'est à dire à priori inexploitable, du moins sous cette forme désorganisée, pour agir mécaniquement dans une direction souhaitée par le thermomécanicien)
    .
  • en énergie mécanique (énergie organisée, c'est à dire facilement exploitable à l'échelle macroscopique en vue de réaliser une action mécanique donnée par exemple).
La démonstration jugée la plus convaincante de cette impossibilité, c'est l'impossibilité de construire un démon de Maxwell, c'est à dire l'impossibilité (statistiquement) de voir décroitre l'entropie d'un système isolé. Quelle est la pierre angulaire de cette démonstration ?

Le démon de Maxwell
  • Le démon est dans un réservoir de gaz séparé en deux chambres par une cloison étanche,
    .
  • la pression du gaz est la même dans les deux chambres (la chambre 1 à gauche, la chambre 2 à droite par exemple)
    .
  • une petite trappe est ménagée dans la paroi étanche,
    .
  • le démon de Maxwell est dans la chambre 2,
    .
  • en embuscade derrière la trappe, le démon (forcément microscopique, mais quand même très malin) observe les molécules de gaz s'agitant en tout sens dans la chambre 2,
    .
  • et Chlack ! Chaque fois que le démon voit une particule se précipiter en direction de la trappe, il l'ouvre pour la laisser passer dans la chambre 1. Puis, vite, vite, il referme la trappe pour empêcher des molécules de gaz prisonnières de la chambre 1 de s'en échapper par la trappe pour aller batifoler dans la chambre 2.
Au bout d'un certain temps, le démon est très fier de son oeuvre. Le démon a fait augmenter (croit-il) l'entropie d'un système isolé : le réservoir de gaz, sa cloison étanche et le gaz. Grâce à l'action du démon, l'entropie du gaz a considérablement décru puisque toutes les molécules de gaz sont maintenant dans la chambre 1. En effet, le volume où on sait localiser les molécules de gaz à l'échelle macroscopique est maintenant plus précis d'un facteur 2. L'information d'un observateur macroscopique sur l'état positions-vitesses des molécules du gaz (permettant de localiser cet état dans son espace de phase) est meilleure.

L'entropie du gaz, c'est à dire le manque d'information d'un observateur macroscopique sur l'état du gaz, est plus faible.

Voui mais voilà. L'ensemble gaz + conteneur n'est pas un système isolé. Dans son enthousiasme de novice en thermodynamique, le démon a oublié qu'il faisait partie du système. Le démon a du acquérir de l'information sur la position et la vitesse des molécules de la chambre 2 arrivant en direction de la trappe. Cette opération a nécessité un enregistrement irréversible d'information en sacrifiant, du fait de cette irréversibilité, une quantité d'information (dite non pertinente) supérieure à la quantité d'information (dite pertinente) recueillie.

Et donc, l'entropie de l'ensemble réservoir + gaz + enceinte + le démon lui-même et ses éventuels moyens d'observation, n'a pas diminué contrairement à ce que croit naïvement ce petit démon pourtant très malin.

Il semble toutefois possible (spéculativement) de parvenir à faire baisser l'entropie du gaz sans recourir à une compensation par une création d'entropie encore plus grande ailleurs. Comment ? Au lieu d'avoir une trappe dont l'ouverture demande un démon et une opération dispendieuse en néguentropie (afin d'acquérir l'information permettant de savoir quand ouvrir puis refermer rapidement la trappe), on pourrait imaginer une trappe :
  • s'ouvrant toute seule dans le sens chambre 2 vers chambre 1 quand elle est percutée par une molécule,
    .
  • se refermant naturellement (rappel type ressort) après passage de la molécule,
    .
  • bloquée dans la direction chambre 1 vers chambre 2.

Un tourniquet (fictif) transformant de la chaleur en mouvement de rotation
Bref, l'idée c'est d'avoir, quelque chose d'analogue à ces tourniquets tournant sous l'action de la lumière. Les pales de ce tourniquet réfléchissent les photons quand ils heurtent une face (blanche) et absorbent au contraire ces photons quand ils heurtent la face opposée (noire).

Dans le cas fictif envisagé ici, on vise à puiser l'énergie thermique désorganisée d'un gaz pour la convertir en énergie cinétique organisée de rotation d'un tourniquet. De façon analogue à notre tourniquet à photons, il s'agit d'un tourniquet formé de pales (hypothétiques) qui réfléchiraient les molécules de gaz lorsqu'elles heurtent une face et, au contraire, les laisseraient passer lorsque ces mêmes molécules heurtent la face opposée.

Un tourniquet formé de ces pales (hypothétiques) fonctionnant sur ce principe constituerait un moteur monotherme. Ce tourniquet hypothétique refroidirait le gaz pour convertir son énergie cinétique désorganisée d'agitation thermique en énergie cinétique organisée de rotation, en violation de l'impossibilité des lois actuellement connues de la thermodynamique. On peut donc être tenté de se poser la question suivante : nos gros doigts maladroits d'observacteur macroscopique nous interdiront-ils éternellement de réaliser un moteur monotherme ?

Je m'empresse d'ajouter qu'il ne s'agit bien sûr que d'une simple image illustrative et non d'une réelle possibilité envisageable avec les technologies aujourd'hui disponibles (ou proches de l'être) pour fabriquer une machine thermique monotherme (dont le bilan total d'énergie mécanique produite - énergie mécanique consommée resterait positif sur l'ensemble de son cycle de vie : fabrication de la machine, livraison, mise en service, production d'énergie et opérations de maintenance, recyclage).

Cette image vise donc seulement à suggérer l'hypothèse selon laquelle l'impossibilité d'un moteur monotherme pourrait, peut-être (sait-on jamais), avoir un caractère plus technologique que réellement fondamental.

J'ai d'ailleurs posté cette même remarque sur le forum de physique de futura science il y a quelques années (forum sur lequel passent assez régulièrement des physiciens professionnels) et je ne n'ai pas reçu la contradiction un peu énergique à laquelle je m'attendais.


Existe-t-il des théories physiques fondamentales ?
En fait, d'une façon plus générale, je doute qu'il existe des théories physiques réellement fondamentales. Un jour ou l'autre, une théorie physique à caractère supposé fondamental, s'avère devenir, avec les avancées de la science et celles de la technologie d'action et d'observation en découlant, une théorie effective. C'est d'ailleurs un point de vue (que je soupçonne toutefois d'être minoritaire) défendu par John Wheeler, cf. par exemple On recognizing ‘law without law’.

D'une façon ou d'une autre, j'ai maintenant tendance à penser que toutes les lois physiques sont, en fait, des modèles prédictifs à caractère d'inférence statistique. La qualité, la fiabilité et la précision incroyable des prédictions obtenues a pu, un temps, nous amener à penser qu'il s'agissait de lois de la nature ne devant strictement rien à l'observacteur et à l'acte d'observaction.

Je n'y crois plus. Même les constantes les mieux connues de la physique (G, c, hbarre, e, me, mp...), l'archétype de ce que l'on tend à considérer comme des grandeurs physiques, fondamentales, objectives, totalement indépendantes de toute considération d'observateur et d'observation, demandent, pour être déterminées, des mesures, c'est à dire des observations (recueil d'information par des interactions irréversibles entre un système observé et un observateur).

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Spartacus
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Re: Second principe, démon de Maxwell, moteur monotherme

#2

Message par Spartacus » 01 janv. 2020, 12:49

en 200 ans d'experimentation, du moteur a vapeur au moteur a explosion, on peut raisonnable en conclure que l'esclavagisme etait une oeuvre humanitaire a coté des ces "machines a boucher".

La guillotine a fonctionné (et j'espere refoncrionnera a nouveaux) tres tres bien avec le seul usage intelligent de cette energie gratuite disponible pour tous qu'est la force de geavité.

jean7
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Re: Second principe, démon de Maxwell, moteur monotherme

#3

Message par jean7 » 01 janv. 2020, 15:37

Merci et bonne année !
Le libre arbitre est à la causalité ce que le corps est à la physique

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