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Le zéro absolu est bien hors de portée
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Le zéro absolu est bien hors de portée

Le troisième principe de la thermodynamique, qui implique l’impossibilité de refroidir un système jusqu’au zéro absolu (–273,15 °C), a souvent été contesté faute d’une démonstration solide. Le sujet est d’autant plus crucial et d’actualité que la tendance à étudier des systèmes quantiques microscopiques amène à se poser la question de la définition de la température pour ces systèmes. En effet, de nombreux dispositifs quantiques requièrent d’être refroidis à des températures proches du zéro absolu, comme certains matériaux qui deviennent supraconducteurs à basse température. Cela a conduit les physiciens à repenser les principes de la thermodynamique, établis entre le XIXe et le XXe siècles. Mais si les deux premiers principes (conservation de l’énergie, irréversibilité des phénomènes physiques avec échange thermique) reposaient sur des fondations robustes, il n’en était pas autant du troisième principe. Lluís Masanes et Jonathan Oppenheim, de l’University College de Londres, ont proposé une nouvelle démonstration de ce principe qui a l’intérêt de se généraliser à des systèmes quantiques.

Le troisième principe de la thermodynamique a été formulé de diverses façons. En 1906, le physicien et chimiste allemand Walther Nernst l'énonce de la façon suivante : l’entropie (une grandeur qui caractérise le désordre du système) d’un système à zéro kelvin est une constante bien définie (et serait exactement nulle pour un cristal parfait). En 1912, il en donne une autre formulation, qui est une conséquence de la précédente : il n’existe aucune procédure capable de refroidir un système à zéro kelvin en un nombre fini d’étapes, donc dans un temps fini. Faute d’une preuve fondée sur des arguments fondamentaux, la validité de ce principe a souvent été contestée, notamment par Albert Einstein mais aussi par des physiciens proposant des protocoles de refroidissement.

L’approche adoptée par Lluís Masanes et Jonathan Oppenheim est d’exprimer la température du système que l'on veut refroidir en fonction de la durée, qui peut être atteinte indépendamment du protocole choisi (celui-ci peut être quantique). Pour l’établir, les deux chercheurs ont transposé le problème de la thermodynamique à celui de la théorie de l’information quantique. En effet, il existe de grandes similarités entre la notion d’entropie physique de la thermodynamique et d’entropie mathématique en théorie de l’information telle que développée par Claude Shannon et poursuivie par Andreï Kolmogorov. Les chercheurs ont comparé une machine thermique, qui refroidit un système en transférant son énergie dans un réservoir, à un ordinateur universel de Turing effectuant des calculs. Par cette procédure, ils ont pu quantifier de façon rigoureuse la température qui peut être atteinte en un temps fini.

Comme on peut s’y attendre, un système fixe, de taille finie, ne peut transférer qu’une certaine quantité d’énergie en un temps fini. Et en un temps fini, un tel système ne peut exploiter un réservoir de taille infinie pour y transférer son énergie. De plus, la vitesse de transfert diminue à mesure que la température se rapproche du zéro absolu, de sorte qu’il est impossible d’atteindre le zéro absolu. Les chercheurs confirment donc l’énoncé du troisième principe de la thermodynamique en consolidant et en généralisant sa démonstration.


Source : Pour la science
Crédit : Shutterstock.com/Kondor83

Certains dispositifs nécessitent d’être refroidis, par exemple à l’aide d’azote liquide. Mais pourrait-on aller jusqu’au zéro absolu ? Il semble bien que non.

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Le zéro absolu est bien hors de portée

Le troisième principe de la thermodynamique, qui implique l’impossibilité de refroidir un système jusqu’au zéro absolu (–273,15 °C), a souvent été contesté faute d’une démonstration solide. Le sujet est d’autant plus crucial et d’actualité que la tendance à étudier des systèmes quantiques microscopiques amène à se poser la question de la définition de la température pour ces systèmes. En effet, de nombreux dispositifs quantiques requièrent d’être refroidis à des températures proches du zéro absolu, comme certains matériaux qui deviennent supraconducteurs à basse température. Cela a conduit les physiciens à repenser les principes de la thermodynamique, établis entre le XIXe et le XXe siècles. Mais si les deux premiers principes (conservation de l’énergie, irréversibilité des phénomènes physiques avec échange thermique) reposaient sur des fondations robustes, il n’en était pas autant du troisième principe. Lluís Masanes et Jonathan Oppenheim, de l’University College de Londres, ont proposé une nouvelle démonstration de ce principe qui a l’intérêt de se généraliser à des systèmes quantiques.

Le troisième principe de la thermodynamique a été formulé de diverses façons. En 1906, le physicien et chimiste allemand Walther Nernst l'énonce de la façon suivante : l’entropie (une grandeur qui caractérise le désordre du système) d’un système à zéro kelvin est une constante bien définie (et serait exactement nulle pour un cristal parfait). En 1912, il en donne une autre formulation, qui est une conséquence de la précédente : il n’existe aucune procédure capable de refroidir un système à zéro kelvin en un nombre fini d’étapes, donc dans un temps fini. Faute d’une preuve fondée sur des arguments fondamentaux, la validité de ce principe a souvent été contestée, notamment par Albert Einstein mais aussi par des physiciens proposant des protocoles de refroidissement.

L’approche adoptée par Lluís Masanes et Jonathan Oppenheim est d’exprimer la température du système que l'on veut refroidir en fonction de la durée, qui peut être atteinte indépendamment du protocole choisi (celui-ci peut être quantique). Pour l’établir, les deux chercheurs ont transposé le problème de la thermodynamique à celui de la théorie de l’information quantique. En effet, il existe de grandes similarités entre la notion d’entropie physique de la thermodynamique et d’entropie mathématique en théorie de l’information telle que développée par Claude Shannon et poursuivie par Andreï Kolmogorov. Les chercheurs ont comparé une machine thermique, qui refroidit un système en transférant son énergie dans un réservoir, à un ordinateur universel de Turing effectuant des calculs. Par cette procédure, ils ont pu quantifier de façon rigoureuse la température qui peut être atteinte en un temps fini.

Comme on peut s’y attendre, un système fixe, de taille finie, ne peut transférer qu’une certaine quantité d’énergie en un temps fini. Et en un temps fini, un tel système ne peut exploiter un réservoir de taille infinie pour y transférer son énergie. De plus, la vitesse de transfert diminue à mesure que la température se rapproche du zéro absolu, de sorte qu’il est impossible d’atteindre le zéro absolu. Les chercheurs confirment donc l’énoncé du troisième principe de la thermodynamique en consolidant et en généralisant sa démonstration.


Source : Pour la science
Crédit : Shutterstock.com/Kondor83

Certains dispositifs nécessitent d’être refroidis, par exemple à l’aide d’azote liquide. Mais pourrait-on aller jusqu’au zéro absolu ? Il semble bien que non.

LE GUIDE Naturellement

Agenda . . .

11 - Aude

Du 10 juillet au 29 août

ATELIERS
MOULIN À PAPIER DE BROUSSES

Tous les mercredis du 14 juillet au 25 août : ateliers d'initiation à l'impression Monotype.
Du 10 juillet au 29 août : ateliers calligraphie et aquarelle.
Toutes les dates et Renseignement sur https://www.moulinapapier.com/agenda

Moulin à Papier de Brousses
11390 Brousses et Villaret
04 68 26 67 43
www.moulinapapier.com


25 - Doubs

Jusqu'au 9 janvier 2022

EXPOSITION
"DESTINS DE CIRQUE"

Cette exposition présente les destins des femmes et hommes du cirque entre ombres et lumières. Costumes, affiches, instruments de musique, gravures originales, films … évoquent l’art du cirque du XVIIIe siècle à nos jours.
Les fabuleux dessins aquarellés des sœurs Vesque, les planches uniques du grand costumier Gérard Vicaire éclairent ces destins de cirque.

Saline royale
Grande rue
25610 ARC-ET-SENANS
03 81 54 45 45
www.salineroyale.com


34 - Hérault

Jusqu'au 22 août

EXPOSITION
"TISSER LA NATURE, XVE-XXIE SIÈCLE"

Le Musée de Lodève vous invite dans un univers riche et foisonnant, composé de tapis et de tapisseries représentant la nature du XVe au XXIe siècle. Grâce au parcours familial proposé, prenez le temps d'entrer dans les détails,  de vous immerger dans ces immenses compositions(jusqu’à 7 mètres de long)... En raison des restrictions actuelles, il est très important de confirmer votre présence en précisant à quelle heure vous souhaitez venir.

Musée de Lodève
Square George Auric
34700 Lodève
04 67 88 86 10
www.museedelodeve.fr


41 - Loir et Cher

Jusqu'au 6 novembre

SON & LUMIERE
CHATEAU ROYAL DE BLOIS

Chaque soir, dès la tombée de la nuit, devenez le témoin d'une expérience époustouflante !
Sur les 4 façades de la cour, projections d'images vidéo monumentales et effets spéciaux immersifs s’emparent de l’architecture grandiose des lieux, métamorphosent le château et lui donnent vie.

Office de Tourisme de Blois-Chambord
23 place du château
41000 Blois
02 54 90 41 41
www.bloischambord.com


46 - Lot

Jusqu'au 26 septembre

EXPOSITION MUSEE CHAMPOLLION
"DONGBA.DES PICTOGRAMMES NAXI À L’ART CONTEMPORAIN"

L’exposition présente un panorama complet de la culture Dongba à travers une collection de manuscrits, de peintures sacrées, de costumes et d’instruments de la culture divinatoire dongba jusqu’aux plus importants pionniers de la création contemporaine de style Dongba.

Musée Champollion
Place Champollion
46100 Figeac
05 65 50 31 08
www.musee-champollion.fr


50 - Manche

Jusqu'au 1er novembre

EXPOSITION
"RIVAGES"

Photographe et aventurière, Amélie Blondiaux a parcouru à l'automne 2020 l'intégralité du GR 223 pour capter les nombreuses facettes du littoral de la Manche et promouvoir la mobilité douce dans le département.

Manoir du Tourp
Omonville-la-Rogue
50440 La Hague  
02 33 01 85 89
www.letourp.com


Jusqu'au 2 janvier 2022

EXPOSITION
"LE PEUPLE DES DUNES, DES GAULOIS SOUS LA PLAGE"

Menée en partenariat avec l’INRAP. Dans cette exposition visant à valoriser le site archéologique gaulois découvert sous la plage d’Urville-Nacqueville, c’est une véritable immersion dans la vie quotidienne de nos ancêtres, à la fois navigateurs et commerçants, qui vous sont proposée.

Manoir du Tourp
Omonville-la-Rogue
50440 La Hague  
02 33 01 85 89
www.letourp.com


56 - Morbihan

Du 5 juillet au 27 août

ATELIERS
JARDIN BOTANIQUE YVES ROCHER

Cet été, vivez les Ateliers Nature de nos Botanistes et animateurs ! Tous les jours, 3 formats d’Atelier (30min, 1h et 1h30), payants et sur réservation. A partir de 3 € par personne

Jardin Botanique Yves Rocher
La Croix des Archers
56200 La Gacilly
02 99 08 37 36
www.jardinbotanique-yvesrocher.fr


Du 8 juillet au 22 août

EXPERIENCES BIEN-ÊTRE
JARDIN BOTANIQUE YVES ROCHER

Selon l’Activité, rendez-vous au Jardin Botanique Yves Rocher ou à La Grée des Landes, Eco-Hôtel Spa Yves Rocher. Tous les jeudis à 15h. Payant et sur réservation – 4 € par personne

Jardin Botanique Yves Rocher
La Croix des Archers
56200 La Gacilly
02 99 08 37 36
www.jardinbotanique-yvesrocher.fr


71 - Saone et Loire

Jusqu'au 31 décembre

EXPOSITION
"LES COULEURS DU CHAROLAIS-BRIONNAIS"

Ils sont nés ici, y ont grandi ; ils y résident pour la plupart ou y séjournent durant les vacances…leur point commun ? Ils l’ont tous dans la tête et dans le cœur ! Le Charolais-Brionnais sera mis à l’honneur à travers 130 photographies des membres du groupe Facebook « Les Couleurs du Charolais-Brionnais ».

La Maison du Charolais
43 Route de Mâcon, RCEA N79 sortie 12
71120 Charolles
03 85 88 04 00
www.maison-charolais.com


76 - Seine-Maritime

Jusqu’au 4 septembre

EXPOSITION
"PLAYMOBIL, LE MONDE DE L’IMAGINATION"
 
Personnages mythologiques, histoires fantastiques, contes populaires et héros magiciens, tous vont se côtoyer dans de nombreuses scénettes dans les salles de la mythothèque de l’Historial Jeanne d’arc.
Tarifs : 2,50 €, gratuit pour les moins de 6 ans. Exposition gratuite si visite de l’Historial Jeanne d’Arc.
Renseignement : http://www.historial-jeannedarc.fr/exposition-playmobil-le-monde-de-limagination/

Historial Jeanne d’Arc
7 rue Saint Romain
76000 Rouen
02 35 52 48 00

Lieux:

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