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Actualité
Leçons inaugurales

Chaire d’Innovation technologique - Liliane Bettencourt

Année académique 2008-2009
Mathias Fink
p. 8

Résumé

Mathias Fink a donné sa leçon inaugurale le 12 février 2009. Son cours intitulé « Ondes et Images » a commencé le 2 mars 2009.

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Entrées d’index

Mots-clés :

physique
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Notes de la rédaction

La leçon inaugurale sera disponible prochainement aux éditions Fayard. La vidéo est disponible sur le site internet du Collège de France.

Texte intégral

1Extraits de la leçon inaugurale :
« Je voudrais montrer comment une problématique de recherche très fondamentale a pu se transformer en une source d’innovations. Cette recherche se situe à l’interface de deux grands domaines de la physique : celui de la thermodynamique statistique et celui des ondes. C’est en thermodynamique statistique que les concepts de renversement du temps et de réversibilité sont abordés dans l’étude du comportement d’un grand nombre de particules, alors que les ondes sont généralement étudiées dans des contextes très différents : en acoustique, en électromagnétisme, en mécanique quantique, en mathématiques et en ingénierie. Je parlerai ici de la transposition aux ondes de la thermodynamique des particules. L’intérêt de cette thermodynamique est que l’observateur peut s’intégrer à l’expérience de façon étonnante pour, par exemple, faire revivre à une onde sa vie passée. […]

2« Une des observations fondamentales sur lesquelles repose la thermodynamique statistique est que nous vivons dans un environnement qui paraît irréversible : nos proches vieillissent, nous ne les voyons jamais rajeunir ; une goutte de colorant qui tombe dans l’eau diffuse, et on ne la voit jamais réapparaître à sa position initiale. Cette apparente irréversibilité du monde macroscopique a toujours intrigué les physiciens dans la mesure où les équations de la physique microscopique et de la mécanique sont, elles, parfaitement réversibles. […] Ludwig Boltzmann, pour expliquer cette tendance vers l’irréversibilité, a introduit un concept d’entropie qui mesure en quelque sorte le désordre d’un système de particules. Il a montré que, lorsque l’on s’intéresse à un système de particules en interaction […] isolé du reste de l’univers, la tendance naturelle de l’ensemble des particules est d’évoluer vers le plus grand désordre ; c’est-à-dire vers une entropie maximale. En introduisant son fameux théorème H, il a été le premier scientifique à proposer une justification microscopique à la flèche du temps mais il a dû affronter de nombreuses critiques […]. Certaines furent très dures : Poincaré fit remarquer que, si on attendait un temps suffisamment long, tout système isolé finirait par repasser par son état initial. D’autres critiques furent plus constructives, comme celles de son ami Loschmidt qui proposa des expériences de pensée faisant appel à de petits démons qui sauraient à un instant t renverser la direction de la vitesse de chacune des particules (sans changer leur grandeur) et qui permettraient à un système de revenir à son état initial. Les débats se sont plus tard beaucoup enrichis avec l’étude des systèmes de particules hors d’équilibre, qui peuvent échanger avec l’extérieur des particules et de l’énergie. On a pu ainsi comprendre comment, dans certaines conditions, on peut observer une apparition d’ordre dans ces systèmes. Ce domaine a été exploré de façon approfondie ces dernières décennies à la suite des travaux d’Ilya Prigogine.

3« Le problème qui nous intéresse ici n’est pas d’observer, de façon passive, l’évolution naturelle d’un système, mais de s’interroger avec un regard d’ingénieur sur la possibilité de fabriquer un dispositif permettant de réaliser sur commande des expériences que l’on fait évoluer dans les deux sens : de l’ordre vers le désordre et ensuite, de façon parfaitement symétrique, du désordre vers l’ordre. Quel dispositif doit entourer notre système de particules pour pouvoir inverser la dynamique de ces particules sur commande ?

4« Pour aborder ce problème il faut d’abord comprendre ce que signifie l’assertion : la physique microscopique est réversible. Cette affirmation est liée au principe fondamental de la dynamique, énoncé par Newton, qui constate qu’une particule sur laquelle s’exerce une force se déplace avec une accélération proportionnelle à cette force. C’est l’accélération de la particule, à savoir la dérivée seconde par rapport au temps de la position de la particule, qui est proportionnelle à la force, et c’est la présence de cette dérivée seconde qui induit la réversibilité des lois de la mécanique. La réversibilité implique la propriété suivante, lorsqu’on observe les trajectoires de deux particules en interaction : si deux physiciens très adroits (des démons de Loschmidt) étaient capables d’arrêter, à un instant donné, ces deux particules après avoir mesuré leur vitesse, et si plus tard ils étaient capables de les renvoyer, au même instant, en leur communiquant des vitesses opposées, alors ces deux particules n’auraient pas d’autre possibilité que de revivre pas à pas leurs vies passées, c’est-à-dire de parcourir leurs trajectoires en sens inverse.»

Pr. Mathias Fink

Pr. Mathias Fink
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Table des illustrations

Titre Pr. Mathias Fink
URL http://lettre-cdf.revues.org/docannexe/image/500/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 12k
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Pour citer cet article

Référence papier

La Lettre du Collège de France, Collège de France, Paris, mars 2009, p. 8. ISSN 1628-2329

Référence électronique

Mathias Fink, « Chaire d’Innovation technologique - Liliane Bettencourt », La lettre du Collège de France [En ligne], 25 | mars 2009, mis en ligne le 23 juillet 2010, consulté le 23 mai 2017. URL : http://lettre-cdf.revues.org/500

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Auteur

Mathias Fink

Professeur à l’École supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris, Directeur du laboratoire « Ondes et acoustique ». Lauréat du Grand prix Louis Néel de la Société française de physique, 2008.

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Droits d’auteur

© Collège de France

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