Depuis la fin du XIXe siècle, les physiciens savent que le transfert d'énergie d'un corps à un autre est associé à l'entropie. Il est vite devenu évident que cette quantité est d'une importance fondamentale, et c'est ainsi qu'a commencé son ascension triomphale en tant que quantité théorique utile en physique, chimie et ingénierie. Cependant, il est souvent très difficile à mesurer. Le professeur Dietmar Block et Frank Wieben de l'Université de Kiel (CAU) ont maintenant réussi à mesurer l'entropie dans des plasmas complexes, comme ils l'ont rapporté récemment dans la célèbre revue scientifique Lettres d'examen physique . Dans un système de microparticules chargées au sein de ce gaz ionisé, les chercheurs ont pu mesurer simultanément toutes les positions et vitesses des particules. De cette façon, ils ont pu déterminer l'entropie, tel qu'il a déjà été décrit théoriquement par le physicien Ludwig Boltzmann vers 1880.

Équilibre thermodynamique surprenant dans le plasma

"Avec nos expériences, nous avons pu prouver que dans le système modèle important du plasma complexe, les fondamentaux thermodynamiques sont remplis. Ce qui est surprenant, c'est que cela s'applique aux microparticules dans un plasma, qui est loin de l'équilibre thermodynamique, " explique Frank Wieben, doctorant. Dans ses expériences, il est capable d'ajuster le mouvement thermique des microparticules au moyen d'un faisceau laser. En utilisant la microscopie vidéo, il peut observer le comportement dynamique des particules en temps réel, et déterminer l'entropie à partir des informations recueillies.

"Nous jetons ainsi les bases de futures études fondamentales sur la thermodynamique dans les systèmes fortement couplés. Celles-ci sont également applicables à d'autres systèmes, ", explique le professeur Dietmar Block de l'Institut de physique expérimentale et appliquée du CAU. L'origine de ce succès est en grande partie attribuable aux résultats et aux techniques de diagnostic.

Expliquer l'entropie avec une expérience sur l'eau

Une expérience quotidienne illustre l'entropie :si vous versez un récipient d'eau chaude dans un récipient d'eau froide, le mélange est plus froid que l'eau chaude, et plus chaud que l'eau froide. Cependant, vous ne pouvez pas annuler ce processus, il est irréversible :l'eau à température moyenne ne peut pas être divisée en un récipient d'eau chaude et un récipient d'eau froide.

La raison de l'irréversibilité de ce processus est l'entropie. La deuxième loi de la thermodynamique stipule que l'entropie dans un système fermé ne diminue jamais avec le temps. Par conséquent, le mélange d'eau chaude et d'eau froide doit augmenter l'entropie. Alternativement, l'entropie peut également être associée au degré de désordre ou d'aléatoire. En termes très simplifiés, on pourrait dire que les systèmes ne se transforment pas d'eux-mêmes en un état plus ordonné. Quelqu'un doit créer l'ordre, mais le désordre peut naître de lui-même.