Il existe un concept crucial en chimie et en physique.
Il explique pourquoi certains processus physiques
marchent dans un sens, et non dans un autre :
pourquoi la glace fond,
pourquoi la crème se répand dans le café,
pourquoi l'air fuit d'un pneu crevé.
C'est l'entropie, et elle est, notoirement, difficile à comprendre.
L'entropie est souvent décrite comme une mesure du désordre.
C'est une image pratique mais, malheureusement, trompeuse.
Par exemple, lequel est-il le plus désorganisé ?
Un verre de glace pilée, ou un verre d'eau à température ambiante ?
La plupart des gens vont dire : la glace,
mais, en fait, c'est elle qui possède la plus faible entropie.
Donc, voici une autre façon de l'aborder : grâce aux probabilités.
Cela semble plus compliqué à comprendre mais prenez le temps de l'assimiler,
et vous aurez une bien meilleure compréhension de l'entropie.
Prenez deux petits solides,
constitués de six liaisons atomiques chacun.
Dans cet exemple, l'énergie dans chaque solide est conservée dans les liens.
Ceux-ci peuvent être regardés comme de simples récipients,
pouvant contenir des unités inséparables d'énergie appelées « quanta ».
Plus le solide a d'énergie, plus il est chaud.
Il s'avère que l'énergie peut se distribuer de nombreuses façons
dans les deux solides,
tout en gardant la même quantité totale d'énergie dans chaque.
Chacune de ces options est appelée : un « micro-état ».
Pour six quanta d'énergie dans le solide A, et deux dans le solide B,
il existe 9 702 micro-états.
Bien sûr, nos huit quanta d'énergie peuvent être arrangés autrement.
Toute l'énergie peut être dans le solide A par exemple, et rien dans le B,
ou la moitié dans A, et la moitié dans B.
Si nous supposons que chaque micro-état est également probable,
nous constatons que certaines configurations de l'énergie.
ont plus de chances d'arriver que d'autres.
Cela est dû à leur plus grand nombre de micro-états.
L'entropie est une mesure directe
de la probabilité de chaque configuration de l'énergie.
Ce que nous voyons, c'est que la configuration de l'énergie
dans laquelle l'énergie est la plus répartie entre les solides,
est celle qui a le plus d'entropie.
Donc, dans un sens plus général, l'entropie peut être considérée
comme la mesure de cette répartition d'énergie.
Une entropie faible veut dire que l'énergie est concentrée.
Une entropie élevée veut dire qu'elle est répartie.
Afin de comprendre pourquoi l'entropie aide à expliquer les processus spontanés,
tels que le refroidissement des objets chauds,
il nous faut examiner un système dynamique,
dans lequel l'énergie est en mouvement.
En réalité, l'énergie ne reste pas en place.
Elle se déplace, continuellement, entre les liens voisins.
Du fait que l'énergie se déplace,
la configuration de l'énergie peut changer.
À cause de la répartition des micro-états,
il y a 21 % de chances que le système soit, plus tard, dans une configuration
dans laquelle l'énergie est répartie au maximum.
Il y a 13 % de chances qu'il retourne à son état de départ,
et 8 % de chance que le solide A obtienne, en fait, plus d'énergie.
Nous voyons là encore que, du fait qu'il y a plus de façons
d'obtenir une énergie répartie et une entropie élevée,
qu'une énergie concentrée,
l'énergie a tendance à se répartir.
Voilà pourquoi, si vous mettez un objet chaud à côté d'un objet froid,
le froid va se réchauffer, et le chaud se refroidir.
Mais, même dans cet exemple,
il y a 8 % de chance que l'objet chaud devienne plus chaud.
Pourquoi cela n'arrive-t-il jamais dans la réalité ?
C'est une question de taille du système.
Nos solides hypothétiques ont seulement six liens chacun.
Mettons nos solides à l'échelle de 6 000 liens et 8 000 unités d'énergie,
et recommençons ce système, avec trois quarts de l'énergie dans A
et un quart dans B.
Maintenant, nous voyons que les chances qu'a A
de gagner spontanément plus d'énergie
sont ce chiffre minuscule.
Les objets familiers de tous les jours ont infiniment plus de particules que cela.
Les chances qu'un objet chaud devienne plus chaud, dans la réalité,
sont si ridiculement petites,
que cela n'arrive simplement jamais.
La glace fond,
la crème se mélange,
et les pneus se dégonflent,
parce que ces états ont plus d'énergie répartie que leur état d'origine.
Il n'y a pas de force mystérieuse poussant le système vers plus d'entropie.
C'est simplement que l'entropie élevée
est toujours statistiquement plus probable.
C'est pourquoi l'entropie a été appelée : « la flèche du temps ».
Si l'énergie a l'opportunité de se diffuser, elle le fait !