Avez-vous déjà essayé de retourner la cuillère après avoir mélangé de la confiture en un riz au lait ? Il ne ramène jamais la confiture dans la cuillère. Ce trouble de plus en plus important est lié à une notion appelée entropie. L'entropie intéresse les physiciens qui étudient l'évolution de systèmes constitués de multiples éléments identiques, comme le gaz. Encore, comment les états dans de tels systèmes devraient être comptés est une pomme de discorde. La vision traditionnelle développée par l'un des pères de la mécanique statistique, Ludwig Boltzmann - qui a travaillé sur un très grand nombre d'éléments - s'oppose à la perspective théorique en apparence décousue d'un autre scientifique fondateur de la discipline, Willard Gibbs, qui décrit des systèmes avec un très petit nombre d'éléments.
Dans une nouvelle étude publiée dans EPJ Plus , Loris Ferrari de l'Université de Bologne, Italie, démystifie cet affrontement entre théories en analysant les conséquences pratiques de la définition de Gibbs dans deux systèmes d'une taille bien définie. Ferrari spécule sur la possibilité que, pour certaines quantités, les différences résultant de l'approche de Boltzmann et Gibbs peuvent être mesurées expérimentalement.
Ce débat s'articule autour de la notion de température absolue négative (NAT), considéré comme une conséquence trompeuse de la définition de Boltzmann de l'entropie. En revanche, La théorie de Gibbs interdit le NAT et rend l'équipartition énergétique rigoureuse dans les systèmes de taille arbitraire. Les deux approches, cependant, convergent lorsque les systèmes ont un très grand nombre d'éléments. Il s'agit donc ici de définir le système de taille minimale pour lequel les deux théories s'accordent.
Pour tester les deux approches l'une contre l'autre, l'auteur examine deux modèles; à savoir un gaz de N atomes qui n'interagissent pas chimiquement et un autre système avec N spins interagissant. Ses simulations numériques montrent qu'il est possible d'évaluer lequel des deux modèles est le plus précis à l'aide de preuves expérimentales.
