What is entropy? - Jeff Phillips

Qu'est-ce que l'entropie ? - Jeff Phillips

Traducteur: Hélène Vernet Relecteur: Annabelle Desrochers-Beaudet

There's a concept that's crucial to chemistry and physics.

Il existe un concept crucial en chimie et en physique.

It helps explain why physical processes go one way and not the other:

Il explique pourquoi certains processus physiques

marchent dans un sens, et non dans un autre :

why ice melts,

pourquoi la glace fond,

why cream spreads in coffee,

pourquoi la crème se répand dans le café,

why air leaks out of a punctured tire.

pourquoi l'air fuit d'un pneu crevé.

It's entropy, and it's notoriously difficult to wrap our heads around.

C'est l'entropie, et elle est, notoirement, difficile à comprendre.

Entropy is often described as a measurement of disorder.

L'entropie est souvent décrite comme une mesure du désordre.

That's a convenient image, but it's unfortunately misleading.

C'est une image pratique mais, malheureusement, trompeuse.

For example, which is more disordered -

Par exemple, lequel est-il le plus désorganisé ?

a cup of crushed ice or a glass of room temperature water?

Un verre de glace pilée, ou un verre d'eau à température ambiante ?

Most people would say the ice,

La plupart des gens vont dire : la glace,

but that actually has lower entropy.

mais, en fait, c'est elle qui possède la plus faible entropie.

So here's another way of thinking about it through probability.

Donc, voici une autre façon de l'aborder : grâce aux probabilités.

This may be trickier to understand, but take the time to internalize it

Cela semble plus compliqué à comprendre mais prenez le temps de l'assimiler,

and you'll have a much better understanding of entropy.

et vous aurez une bien meilleure compréhension de l'entropie.

Consider two small solids

Prenez deux petits solides,

which are comprised of six atomic bonds each.

constitués de six liaisons atomiques chacun.

In this model, the energy in each solid is stored in the bonds.

Dans cet exemple, l'énergie dans chaque solide est conservée dans les liens.

Those can be thought of as simple containers,

Ceux-ci peuvent être regardés comme de simples récipients,

which can hold indivisible units of energy known as quanta.

pouvant contenir des unités inséparables d'énergie appelées « quanta ».

Plus le solide a d'énergie, plus il est chaud.

The more energy a solid has, the hotter it is.

It turns out that there are numerous ways that the energy can be distributed

Il s'avère que l'énergie peut se distribuer de nombreuses façons

in the two solids

dans les deux solides,

and still have the same total energy in each.

tout en gardant la même quantité totale d'énergie dans chaque.

Each of these options is called a microstate.

Chacune de ces options est appelée : un « micro-état ».

For six quanta of energy in Solid A and two in Solid B,

Pour six quanta d'énergie dans le solide A, et deux dans le solide B,

there are 9,702 microstates.

il existe 9 702 micro-états.

Of course, there are other ways our eight quanta of energy can be arranged.

Bien sûr, nos huit quanta d'énergie peuvent être arrangés autrement.

For example, all of the energy could be in Solid A and none in B,

Toute l'énergie peut être dans le solide A par exemple, et rien dans le B,

or half in A and half in B.

ou la moitié dans A, et la moitié dans B.

If we assume that each microstate is equally likely,

Si nous supposons que chaque micro-état est également probable,

we can see that some of the energy configurations

nous constatons que certaines configurations de l'énergie.

have a higher probability of occurring than others.

ont plus de chances d'arriver que d'autres.

That's due to their greater number of microstates.

Cela est dû à leur plus grand nombre de micro-états.

Entropy is a direct measure of each energy configuration's probability.

L'entropie est une mesure directe

de la probabilité de chaque configuration de l'énergie.

What we see is that the energy configuration

Ce que nous voyons, c'est que la configuration de l'énergie

in which the energy is most spread out between the solids

dans laquelle l'énergie est la plus répartie entre les solides,

has the highest entropy.

est celle qui a le plus d'entropie.

So in a general sense,

Donc, dans un sens plus général, l'entropie peut être considérée

entropy can be thought of as a measurement of this energy spread.

comme la mesure de cette répartition d'énergie.

Low entropy means the energy is concentrated.

Une entropie faible veut dire que l'énergie est concentrée.

High entropy means it's spread out.

Une entropie élevée veut dire qu'elle est répartie.

To see why entropy is useful for explaining spontaneous processes,

Afin de comprendre pourquoi l'entropie aide à expliquer les processus spontanés,

like hot objects cooling down,

tels que le refroidissement des objets chauds,

il nous faut examiner un système dynamique,

we need to look at a dynamic system where the energy moves.

dans lequel l'énergie est en mouvement.

In reality, energy doesn't stay put.

En réalité, l'énergie ne reste pas en place.

It continuously moves between neighboring bonds.

Elle se déplace, continuellement, entre les liens voisins.

As the energy moves,

Du fait que l'énergie se déplace,

the energy configuration can change.

la configuration de l'énergie peut changer.

Because of the distribution of microstates,

À cause de la répartition des micro-états,

there's a 21% chance that the system will later be in the configuration

il y a 21 % de chances que le système soit, plus tard, dans une configuration

in which the energy is maximally spread out,

dans laquelle l'énergie est répartie au maximum.

there's a 13% chance that it will return to its starting point,

Il y a 13 % de chances qu'il retourne à son état de départ,

and an 8% chance that A will actually gain energy.

et 8 % de chance que le solide A obtienne, en fait, plus d'énergie.

Again, we see that because there are more ways to have dispersed energy

Nous voyons là encore que, du fait qu'il y a plus de façons

d'obtenir une énergie répartie et une entropie élevée,

and high entropy than concentrated energy,

qu'une énergie concentrée,

the energy tends to spread out.

l'énergie a tendance à se répartir.

That's why if you put a hot object next to a cold one,

Voilà pourquoi, si vous mettez un objet chaud à côté d'un objet froid,

the cold one will warm up and the hot one will cool down.

le froid va refroidir le chaud, et le chaud va réchauffer le froid.

But even in that example,

Mais, même dans cet exemple,

there is an 8% chance that the hot object would get hotter.

il y a 8 % de chance que l'objet chaud devienne plus chaud.

Pourquoi cela n'arrive-t-il jamais dans la réalité ?

Why doesn't this ever happen in real life?

It's all about the size of the system.

C'est une question de taille du système.

Nos solides hypothétiques ont seulement six liens chacun.

Our hypothetical solids only had six bonds each.

Let's scale the solids up to 6,000 bonds and 8,000 units of energy,

Mettons nos solides à l'échelle de 6 000 liens et 8 000 unités d'énergie,

and again start the system with three-quarters of the energy in A

et recommençons ce système, avec trois quarts de l'énergie dans A

and one-quarter in B.

et un quart dans B.

Maintenant, nous voyons que les chances qu'a A

Now we find that chance of A spontaneously acquiring more energy

de gagner spontanément plus d'énergie

is this tiny number.

sont ce chiffre minuscule.

Familiar, everyday objects have many, many times more particles than this.

Les objets familiers de tous les jours ont infiniment plus de particules que cela.

The chance of a hot object in the real world getting hotter

Les chances qu'un objet chaud devienne plus chaud, dans la réalité,

is so absurdly small,

sont si ridiculement petites,

it just never happens.

que cela n'arrive simplement jamais.

Ice melts,

La glace fond,

cream mixes in,

la crème se mélange,

and tires deflate

et les pneus se dégonflent,

because these states have more dispersed energy than the originals.

parce que ces états ont plus d'énergie répartie que leur état d'origine.

There's no mysterious force nudging the system towards higher entropy.

Il n'y a pas de force mystérieuse poussant le système vers plus d'entropie.

It's just that higher entropy is always statistically more likely.

C'est simplement que l'entropie élevée

est toujours statistiquement plus probable.

That's why entropy has been called time's arrow.

C'est pourquoi l'entropie a été appelée : « la flèche du temps ».

If energy has the opportunity to spread out, it will.

Si l'énergie a l'opportunité de se diffuser, elle le fait !