c’est une très bonne question, mais pour y répondre, nous devons clarifier précisément ce que la physique dit de la première loi de la thermodynamique.
la première loi de la thermodynamique ne spécifie pas réellement que la matière ne peut ni être créée ni détruite, mais plutôt que la quantité totale d’énergie dans un système fermé ne peut pas être créée ni détruite (bien qu’elle puisse être modifiée d’une forme à une autre)., C’est après que la physique nucléaire nous a dit que masse et énergie sont essentiellement équivalentes – C’est ce qu’Einstein voulait dire quand il a écrit E= mc^2 – que nous avons réalisé la 1ère loi de la thermodynamique également appliquée à la masse. La masse est devenue une autre forme d’énergie qui devait être incluse dans un traitement thermodynamique approfondi d’un système. (Pour une note très importante sur la différence entre la matière et la masse, voir ici: http://plato.stanford.edu/entries/equivME/#2.1).,
Réfrigérateurs sont des exemples de fermé thermodynamique du système
La première chose que nous avons à faire est de déterminer ce qu’est un « système fermé » est. Lorsque nous regardons une situation physique et dessinons un cercle imaginaire autour d’elle, nous définissons un système. Un réfrigérateur, par exemple, peut être un système thermodynamique., Mais une fois que nous avons spécifié que le système est fermé, cela signifie que tout à l’intérieur du système à ce moment – là – la quantité totale d’énergie, que ce soit l’énergie potentielle (la masse peut être considérée comme une sorte d’énergie potentielle) ou l’énergie cinétique ou les deux-doit rester à ce même niveau constant. Si la quantité augmente ou diminue, soit le système n’est pas fermé, soit nous avons négligé de prendre en compte l’énergie (par exemple, la chaleur) entrant dans le système ou sortant du système., Si nous puisons notre cercle imaginaire autour de l’univers, on peut appeler l’univers d’un système fermé, mais cela signifie que la quantité totale d’énergie dans l’univers doit rester le même, de son début jusqu’à maintenant.
Vous pouvez hésiter à croire que l’énergie totale dans l’univers est constante parce qu’il semble y en avoir tellement, ou parce que la science semble indiquer que l’univers est en expansion. Il y a des étoiles, des planètes, des galaxies, des amas globulaires – partout, la matière et l’énergie semblent exister, et elles se précipitent constamment dans toutes les directions., Mais pour commencer, l’expansion de l’univers n’a pas besoin de prendre plus d’énergie – à mesure que l’univers se développe, les distances entre les étoiles ou les galaxies augmentent, et donc l’énergie gravitationnelle entre elles diminue pour compenser. Et plus important encore, la thermodynamique n’indique pas quelle valeur l’énergie totale devrait avoir. Ce pourrait être un nombre énorme, mais constant (c’est ce qu’on appelle un univers « ouvert », où la quantité de matière/énergie dans l’univers dépasse une certaine densité de « coupure »: voir http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/astro/denpar.html)., Il pourrait être, comme le croient maintenant la plupart des physiciens, nul (c’est ce qu’on appelle un univers « plat », où la densité de matière dans l’univers est égale à la densité de coupure). Il pourrait être négatif, même (un univers « fermé », où la quantité de matière est inférieure à la densité de coupure). Cela pourrait être n’importe quoi, mais quelle que soit sa valeur maintenant, c’était au tout début! Selon la physique, toute la matière et l’énergie de l’univers existaient maintenant sous une forme ou une autre au Big Bang.,
« l’expansion de l’univers n’a pas à prendre plus d’énergie – à mesure que l’univers se dilate, les distances entre les étoiles ou les galaxies augmentent, et donc l’énergie gravitationnelle entre elles diminue pour compenser »
Image reproduite avec L’aimable autorisation de la NASA
maintenant, il y a mécanique quantique. La mécanique quantique affirme que, sur une très, très petite échelle et pendant très, très, très peu de temps, l’énergie peut être spontanément créée et détruite., Un peu comme l’eau bouillante, où des bulles apparaissent et éclatent spontanément, l’énergie – sous forme de particules – peut apparaître spontanément du vide de l’espace-temps, exister pendant un temps extrêmement court et disparaître à nouveau. Sur les échelles de temps et de longueur normales, tout cela correspond en moyenne à ce que la thermodynamique dit être vrai (qu’aucune énergie n’est créée ou détruite dans le système fermé de l’univers)., Mais cela signifie que, s’il y avait eu une si petite fluctuation au début des temps, cela aurait pu rendre l’énergie totale de l’univers à la création légèrement supérieure à zéro, et donc l’univers contiendra toujours cette quantité totale d’énergie. Une telle fluctuation a peut-être été ce qui a provoqué le début de l’univers en premier lieu. Le domaine scientifique de la cosmologie, ainsi que le domaine croissant de la théorie des cordes, travaillent à répondre à cette question ultime ( et plutôt philosophique) – comment l’univers a-t-il commencé?,
Mais voici la meilleure partie – nous ne savons pas encore exactement ce qui s’est passé au moment où l’univers a commencé. Nous travaillons toujours sur le physique de. Peut-être que vous serez le seul à enfin comprendre!
répondu par:
Kelly Chipps (alias nuclear.kelly)
boursier Postdoctoral
Département de physique
Colorado School of Mines
soumis par:
Tyler de Eden, TX
