Le blog aléatoire

Le démon de Maxwell

Le démon de Maxwells est un figure qui apparaitre capable de anéantir une loi fondamental dans la physique : Énergie ne peut ni disparaitre ni être crée mais seulement se transformer.

Le démon est le gardien d’un porte entre deux espace remplit d’un gaz. Comme dans tous états gazeuses les molécules volent et collisionnent chaotiquement. Si une molécule s’approche de la porte par le gauche le démon l’ouvre mais pour les molécules de droit il la ferme. À la limite toutes les molécules seront enfermées dans l’espace droit et si la porte est remplace par une hélice il serait possible de gagner de l’énergie. D’où vient-elle ?

Cette expérience imaginée est apparue dans une lettre que Maxwell a écrite le 11 Décembre 1867. Il a pendant long temps resté un mystère. La première explication sur la bonne piste a été proposée en 1926 par le physicien Leo Szilard. D’autre contributions ont suivi mais il a fallu attendre jusqu’au l’an 2000 avant que le mystère entièrement soit compris. À lire ici.      

La solution n’a rien á faire avec l’énergie qui serait nécessaire pour manœuvrer la porte. Elle est imaginée et ne pèse rien. La bonne piste est que l’information sur les molécules approchantes que le démon doit capturer et traiter demande énergie.   

Normalement nous pensons à information comme une abstraction mais c’est faut. L’information a toujours une manifestation physique qui prend des formes diverses. Dans un CD elle est stockée comme des petits trous sur une fine couche d’aluminium, dans des puces électroniques comme électrons ou champs magnétiques et dans des documents comme l’encre.

Il faut donc énergie pour organiser l’information qui dans un vu générale est utilisé pour créer des différences de concentrations. Pourtant, le stockage n’est pas éternel. La nature à la tendance de égalises toutes différences mais l’énergie ne disparaisse pas, elle se transforme par différentes types de frictions en énergie thermique qui est suivit par un écoulement de chaleur qui égaliser la température dans la matière de stockage. L’impact de chaque petit morceau d’information est dans la grande majorité des cas minime mais il existe.

L’entropie est défini comme Q/T, (énergie thermique/température absolu). Un corps chaud qui est refroidie perd par conséquence toujours entropie et le corps froid qui l’absorbe gagne. Pourtant, dans ce processus le T du corps froid est plus bas que le T de corps chaud qui fait que l’entropie totale augmente.

Exemple : 1000 joules écoulés de 20 C à 10 C.

L’entropie perdue : - 1000/(273+20) = - 3,41 Joules/K

L’entropie gagné : 1000/(273+10) = 3,53 Joules/K
Augmentation d’entropie : 3.53 – 3.41 = 0.12 Joules/K        

L’entropie augmente dans tous cas réels mais pour une expérience imaginée il n’est pas nécessaire. Pour que l’entropie dans le boit de Maxwell n’augmente pas il faudrait que le processus est très lent et que le séparateur entre les deux espaces est un bon conducteur de chaleur de sort que la température ne change pas. Si le démon est dans la boit il faut ajouter la condition qu’il possède une mémoire telle énorme qu’il n’a pas besoin d’effacer aucune information car cela augmente l’entropie.

Facile, pas besoin d’appliquer la thermodynamique statistique ou de la physique quantique pour le comprendre !