Thermodynamique

Est-ce qu'elle se déduit de la mécanique quantique, ou est-ce juste un truc que l'on ajoute à cette dernière parce que cela semble fonctionner ?

Bonjour Alexandre,

tu abordes 2 gros pans de la physique dont tu connais évidemment l'ordre dans lequel ils ont commencé à être étudiés au cours du temps.

La thermodynamique est la science qui s'intéresse à tous les processus qui font intervenir la température. Donc, c'est une science ancienne. Au XIXe siècle, les ingénieurs qui commençaient à concevoir et fabriquer des machines thermiques furent conduit à s'intéresser au problèmes de rendement. Le très talentueux Carnot joua un rôle très important dans la compréhension des cycles thermodynamiques, avec l'introduction de la notion d'entropie (dégradation de l'efficience de l'énergie & irréversibilité concomitante des transformations). L'étude des gaz (chauffés ou pas) s'est ensuite développée en les considérant de manière statistique. C'est le très précurseur Ludwig Boltzmann qui donna les bases de la toute nouvelle physique statistique. Son élève, Planck, devait plus tard se servir de cette approche pour véritablement initier la physique quantique (émission spontanée de rayonnement par le corps noir en fonction de la température).

Donc, non !
La thermodynamique, devenue physique statistique, est LE SOCLE de la physique quantique. Le comportement des particules est entièrement régi par les célèbres statistiques de Fermi-Dirac pour la matière, de Bose-Einstein pour la lumière (laissons de côté les détails). Plus tard, la notion d'entropie a pris un sens nouveau avec Shanon, en théorie de l'information, qui a ensuite donné un nouveau souffle aux physiciens théoriciens.

Afin de bien réaliser à quel point physique quantique et physique statistique sont intimement liées, je t'invite à lire cet article du Laboratoire Kastler Brossel daté de 2005 sur la condensation de Bose-Einstein dans les gaz

http://www.phys.ens.fr/~dalibard/publications/einstein_2005.pdf

Donc la mécanique quantique est un truc que l'on a ajouté à thermodynamique.

Un truc, un truc....

Il faudrait vraiment avoir un grain pour penser que la physique quantique n'est qu'une extension naturelle de la physique statistique.

Un grain, un grain.... ben, justement, c'est ça !

La nouveauté, en physique quantique, est que l'énergie échangée, sous forme de rayonnement, est divisible en petits "grains" dont le niveau d'énergie ne peut pas prendre n'importe quelle valeur : ça, c'est la grande nouveauté qu'a découvert Einstein pour expliquer l'effet photoélectrique. Mais attention, cette granularité ne se perçoit pas à grande échelle.
C'est un peu comme si vous découvriez qu'une surface extrêmement lisse, vue au microscope, ressemble à du papier de verre.

Plus tard, les physiciens ont également été confrontés à d'autres phénomènes d'émission de rayonnement dont ils n'arrivaient pas à établir une loi unique couvrant toutes les longueurs d'onde. La raison profonde pour laquelle ils n'y parvenaient pas était précisément liée au fait qu'ils pensaient que l'énergie pouvait prendre n'importe quelle valeur, à très petite échelle bien entendu.

Planck eut l'idée, purement mathématique, de formuler (contre son intuition et même contre sa conviction) une loi qui supposait que l'action ne pouvait être que multiple d'une action universelle microscopique. C'est ce qu'on appelle la constante de Planck. L'action a une définition précise en physique : C'est le produit d'une énergie par une durée. Et bien, cette loi qu'il établit contre son propre gré, dans le but de simplement coller à la réalité des mesures, est toujours d'actualité, plus de 100 ans après !

L'histoire qui suit les premiers balbutiements de la physique quantique est assez longue à raconter. Disons, pour ne pas écrire un roman fleuve, que cette nouvelle physique est complètement bluffante ! Tous nos schémas mentaux habituels sont à mettre à la poubelle en physique quantique : Vraiment ! Vous allez me dire qu'il ne s'agit que du monde de l'infiniment petit et qu'après tout, on ne le voit pas vraiment et donc nous n'avons pas de raison de modifier notre manière de voir les choses.

Que nenni !

Mais, je ne vais pas tout dévoiler ici. Il faut quand même que ceux qui n'y connaissent rien se prennent un peu (beaucoup, même très beaucoup !) par la main pour découvrir de quoi il retourne. Cependant, pour conclure en répondant à ta seconde question : Non, la physique quantique n'est pas un petit truc ajouté à la physique statistique.

C'est ça qu'est bon !