Du Big Bang aux Ouragans
par les voies de la Physique
Parmi les éléments qui participent au destin du Monde,
l’ordre et le désordre tiennent une place prépondérante.
Principe de moindre action
La mécanique classique, dès son origine basée sur l’ordre, permit de décrire le mouvement des objets astronomiques et des corps matériels. Dans les lois de Galilée et Newton, les frottements n’étant pas pris en compte, la réversibilité est assurée : on va du passé vers l’avenir ou de l’avenir vers le passé avec la même facilité. On dit que les lois de la mécanique classique sont symétriques.
Dans un système fluide au repos par exemple, tout paraît calme et pourtant des milliards de milliards de molécules se bousculent en permanence dans le monde microscopique, sans trop se faire remarquer de notre monde macroscopique. Si, par un aléa quelconque, l’équilibre initial est légèrement modifié, un mouvement apparaît : c’est le vent. Dans ce cas proche de l’équilibre et en première approximation, les irréversibilités peuvent être négligées et les lois de la mécanique classique peuvent s’appliquer car l’ordre est presque assuré.
Le principe de moindre action, qui stipule que la Nature n’aime pas trop se fatiguer, récapitule la situation.
Avec la thermodynamique, notre monde macroscopique apparut comme un mélange subtil d’ordre et de désordre. L’énergie se conservait mais se dégradait. Le mal-aimé second principe fut chargé de prendre en compte le désordre. L’entropie, nouvelle appellation du désordre, mesura la dégradation causée par des irréversibilités de toutes sortes. Dès lors, la symétrie des lois physiques était brisée. Avec l’entropie, le temps apparut et se dota de sa flèche orientée vers l’avenir.
Puis Boltzmann rechercha les fondements de la thermodynamique dans le monde des molécules. Il dut s’appuyer sur la physique statistique et la théorie des probabilités. On put décrire des phénomènes de transport et relier ainsi l’entropie au désordre moléculaire. Par ailleurs, dans les années 1970, les spécialistes du chaos montrèrent que de l’ordre peut apparaître localement dans un système entraîné loin de son équilibre initial vers le désordre. La seule condition est que dans l’ensemble, le désordre augmente conformément à la seconde loi de la thermodynamique.
Principe de pire action
Les structures auto-organisées qui naissent ainsi loin de l’équilibre furent appelées structures dissipatives par Prigogine afin d’associer les deux notions d’ordre et de désordre.
Ces structures sont parfois inacceptables car l’ordre qui s’introduit dans un tel système dissipatif l’empêche de rejoindre rapidement son point d’équilibre final. Parmi les structures dissipatives très dangereuses, citons :
– les jets supersoniques dans les soupapes, dont les instabilités font vibrer nos centrales énergétiques,
– les ouragans, issus d’un déséquilibre trop important dans la nature, qui déversent leurs calamités sur la Terre.
Pour échapper à ces structures dissipatives devenues nuisibles, on dût faire apparaître le principe de pire action, lequel se propose de supprimer l’ordre apparu dans des domaines où on doit dégrader rapidement et massivement de l’énergie afin d’abréger le temps de vie de structures dangereuses. Le principe de pire action s’oppose frontalement au principe de moindre action, d’où son nom.
Cette question lancinante de l’ordre et du désordre, du bien et du mal, constitue un chaos qui semble indébrouillable, et qui a fait l’objet de nombreuses réflexions philosophiques et métaphysiques souvent très obscures. Issu de la physique, le principe de pire action qui semblerait jeter du trouble supplémentaire dans ce débat, permet au contraire de l’éclairer contre toute attente. L’objectif de ce site est de tenter de le montrer.