Ah, ce fameux mouvement perpétuel !

@HClAtom

Bonjour, tout d’abord je dois vous dire que je suis ravi de pouvoir échanger avec vous.

Je suis effectivement un étudiant, mais un étudiant sérieux, je n’aime pas avaler des couleuvres et je vous prie de croire que je remets régulièrement mes connaissances en question, et encore plus souvent les enseignements que je reçois. Je vais à la fac, mes enseignants sont tous des chercheurs passionnés avec qui il est très intéressant de discuter en partie justement pour la diversité de leurs points de vue sur la physique (et leur domaine en particulier). Je me méfie des dogmes et des avis préconçus, je lève les yeux vers le ciel, je le baisse vers les particules, je regarde aussi autour de moi et je n’hésite pas à me confronter aux avis qui ne ressemblent pas au mien, en témoigne mon intérêt pour votre présent article.

Ce que je prétends surtout que toute construction intellectuelle repose sur des principes de bases, et ce indifféremment du domaine étudié : philosophie, mathématiques, mécanique, physique quantique, thermodynamique... J’y ajouterais même la théologie, la psychologie, bref n’importe quelle construction intellectuelle... L’élaboration de toute pensée construite passe par l’établissement de principes fondateurs, qui par définition, comme vous aimez le rappeler, ne peuvent être prouvés. C’est là le seul point que je vous accorde. Ils sont cependant nécessaires.
D’ailleurs j’ai pu voir que vous vous faisiez la même remarque dans un de vos articles "Fundamental Theorems of Physics" (sur lequel je trouve moi même à redire même si j’admire l’intention).

C’est ainsi que la mécanique classique repose sur seulement 3 lois (de Newton) voire même réduites à un unique principe (celui de l’extremum de l’action de Lagrange, qui reformule les lois vectorielles de Newton de manière analytique), qu’il en faut un peu plus pour parler de relativité, que la mécanique quantique pose un certain nombre de postulats (8 sont nécessaires il me semble), etc..

C’est aussi ainsi que la thermodynamique n’a eu besoin que de 4 principes pour fournir toutes les avancées dont elle est la source. Parmi ceux-ci en effet l’impossibilité pour un système d’atteindre le zéro absolu en un nombre fini d’étapes. Remarquez l’élégance de la formulation, car ce principe ne signifie pas que c’est strictement impossible, mais seulement irréalisable dans la limite d’un nombre fini d’étapes. Je peux comprendre que ce pied-de-nez vous agace, mais il n’agace pas les chercheurs qui s’échinent à étudier la physique des atomes froids et des basses températures. 

De même le premier principe stipule que pour un système défini et délimité (fermé), toute variation de l’énergie interne de ce système résulte d’échange avec l’extérieur. C’est une des formulations les plus simples de ce principe. Le 1er principe a été énoncé clairement en 1845 par le médecin allemand J.R. von Mayer, mais découle aussi des travaux novateurs de Joule (pour rappel, Joule était brasseur et physicien amateur) et Helmholtz et il concerne les systèmes fermés, c’est à dire des systèmes qui ne peuvent pas échanger de la matière avec le milieu extérieur. 

En résumé le 1er principe consiste à poser le postulat suivant, vérifié dans toutes ses conséquences : Il existe pour tout corps une fonction d’état U appelée énergie interne telle que dans toute modification de ce système passant de l’état A à l’état B, la somme de la chaleur
Q et du travail W fournis à ce système par le milieu extérieur est égale à l’accroissement correspondant de cette énergie interne.

De là découle la démonstration (voir mon premier commentaire) de l’impossibilité du mouvement perpétuel de première espèce, c’est à dire la production de travail sous forme cyclique, sans consommation d’énergie extérieure d’aucune forme. Cette impossibilité est prouvée en s’appuyant sur le premier principe, vous pouvez à loisir remettre en question ce principe, mais il vous faudra conduire des expérimentations rigoureuses, et non des observations très très générales. Et ensuite bien sûr rebâtir l’édifice thermodynamique afin d’expliquer toutes les applications pratiques qui ont été permises par ces principes (depuis plus de deux siècles).

Je me répète peut-être mais : en premier lieu vient le principe : « U(B)-U(A)=W+Q » pour un système fermé et en second lieu vient le théorème : il est impossible pour un système fermé de fournir indéfiniment du travail au milieu extérieur (preuve dans mon premier commentaire, en prenant W<0 et Q=<0 etc..)A mon avis, ce principe est tout à fait raisonnable, et à ma connaissance n’a toujours pas été mis en doute expérimentalement.

Tout vos contre-exemples ne rentrent aucunement dans ce cadre : il ne consistent pas en des systèmes fermés ou ne fournissent pas de travail. Un mouvement perpétuellement entretenu n’a jamais été mis en doute par les lois de la physique.Un mouvement perpétuel sans apport extérieur représente le Graal de la thermodynamique.

@HClAtom

Enfin, des remarques point par point sur votre réponse :

•  "Pour ma part je prétends que les électrons autour d’un atome sont en mouvement perpétuel, et cela depuis le début de l’univers (ou à peine plus tard), et je le fais en me basant sur l’expérience scientifique. Sauriez-vous réfuter ce fait ?

Je vous répond que la physique des particules repose sur d’autres postulats, ceux de la physique quantique, car en effet les considérations classiques ne pouvaient expliquer les comportements microscopiques. Des scientifiques visionnaires ont remis en cause tout ce qui était fait jusqu’à lors pour imposer cette nouvelle façon de voir les choses. Il a découlé de leurs expériences et de leur formalisme des applications réelles et une meilleure compréhension des phénomènes microscopiques, entre autres que l’électron ne tourne pas autour de l’atome. L’électron est pour le moment le mieux décrit par une fonction d’onde et possède une densité de probabilité de présence. Il est partout à la fois, avec une plus ou moins grande probabilité. L’électron qui tourne, c’est un autre modèle, plus facile à appréhender, mais qui a été remis en cause justement car il reposait sur une approximation classique.

• "Bien sûr vous pourrez m’expliquer que 14,7 milliards d’années, ce n’est pas la perpétuité, et prétendre qu’un jour, par exemple dans 10^1000000 ans, les électrons s’arrêteront de tourner autour des noyaux d’atomes, mais pour cela vous serez encore obligé d’utiliser un postulat ... et donc un argument dont on aura le plus grand droit de douter."

Ce n’est pas l’argument que j’utiliserai en premier lieu mais oui, il est tout à fait recevable, rien ne se tient pour acquis, un jour où l’autre tout peut disparaître, de la même manière que tout semble avoir commencé. Je n’utilise aucun postulat, simplement, ce genre de question relève plus de la métaphysique que de la physique à proprement parler. Pour le commencement de l’univers, certaines spéculations existent, pour la fin aussi.. Certains disent que l’univers entrera dans une phase de contraction au bout d’un moment, jusqu’à une sorte de big-bang inversé, et puis rebondira... qui peut le dire ? Personne ne peut le prétendre. Mais les travaux en astrophysiques consistant à repousser les limites de nos connaissances concernant le passé et l’avenir de l’univers ne sont pas arrêtés pour autant. 

• "Je constate que l’univers est totalement en mouvement perpétuel (c’est à dire au moins depuis sa naissance), de sa structure macroscopique la plus grande à sa structure microscopique la plus infime, et qu’il est paradoxal dans cette situation de prétendre que le mouvement perpétuel n’existe pas. A preuve l’impossibilité d’immobiliser les particules élémentaires, sauf à descendre au 0 absolu, ce qui est réputé théoriquement comme impossible. Si vous étudiez la thermodynamique, vous devez le savoir."

Pour ce point je vous renvoie à mes précédentes digressions sur l’aspect fondamental des principes en thermodynamique. Le paradoxe est levé par la définition du mouvement perpétuel (création de travail) et du système étudié (fermé et non isolé comme l’univers). De plus, il me semble que certaines théories développées suite à l’observation des mouvements des galaxies prétendent non pas que l’univers est en mouvement mais en expansion : j’espère être bien compris sur ce point, ce n’est pas la matière qui se déplace mais le « tissu » de l’espace lui-même qui « s’étire ». L’usage des guillemets est de rigueur, je n’ai exploré que très peu le domaine de l’astrophysique pour le moment et il me semble que c’est une description très imagée du phénomène.

• "Mais puisque vous croyez aveuglément dans les principes de physique, je vous rappelle celui d’inertie qui stipule que dans un référentiel galiléen un corps conservera sa vitesse s’il ne subit pas de force. Voilà donc un mouvement perpétuel, qui plus est à la base de la physique. Par suite, si l’univers est un système fermé, ne subissant aucune force extérieure, il devrait conserver sa quantité de mouvement initiale, issue du big bang, et cela éternellement."

Je ne relève pas de ceux qui « croient aveuglément » comme je vous l’ai expliqué, je suis plutôt de ceux qui ont l’envie de comprendre. Le principe d’inertie fait effectivement état d’un corps mécanique isolé (mécaniquement !) ou soumis à des forces qui se compensent, dans un référentiel galiléen : par conséquent c’est une approximation que l’on peut considérer juste pour les systèmes à notre échelle. Comme vous l’avez dit, en l’absence de force extérieure on remarque qu’un système conserve sa quantité de mouvement. Pour autant en absence de force, pas de travail. Le système que vous évoquez garde son énergie pour lui, et ne cède rien à son milieu extérieur. Ce serait donc la base d’une machine inutile, idéale qui plus est : car les forces extérieures (dont les frottements) sont une chose qui existent bel et bien (les forces de frottement désignent de manière générale des forces qui s’opposent au mouvement, il existe une multitude de travaux sur ces forces que je vous enjoint à consulter). D’autant plus que je ne crois pas que les postulats de la mécanique classique soient les plus adaptés pour une étude énergétique (d’où le besoin pour les physicien du 18è et 19è siècle de fonder la thermodynamique.

Pour ce qui est de l’univers, c’est un système isolé plus que fermé, et comme dit précédemment le big-bang est une spéculation, et pris en tant qu’hypothèse il a mené les physiciens vers de nombreux problèmes notamment expliquer des écarts de vitesses entre galaxies qui ne répondent pas aux prévisions physique actuelle, d’où l’invention de ce qu’on appelle matière noire ou énergie noire dans un camp, ou remise en question d’un principe fondateur selon lequel les lois physiques sont identiques en tout temps et en tout endroit, avec une théorie sur la variation des constantes physiques, etc... très très intéressant si vous voulez mon avis, cela devrait vous intéresser vraiment. Encore une fois je n’ai qu’une courte expérience de l’astrophysique mais c’est un domaine passionnant.

Finalement, je vous prie de croire encore une fois que je ne remets pas en question le fait que tout « bouge » autour de nous, simplement je suis prêt à affirmer que toute cette agitation n’est possible que dans un monde en interaction. Si vous coupez les échanges d’un système avec le monde extérieur, il ne fournira aucune énergie de lui-même, c’est un fait. Par conséquent aucune machine ne fonctionne sans source d’énergie. Et le premier principe tiens bon.

Ce que vous semblez appeler « mouvement perpétuel » n’est pas remis en cause par les lois de la physique, et ne les remets pas en cause non plus. L’univers est en mouvement constant, la vie trouve toujours son chemin, les astres se meuvent fatalement comme une horlogerie bien réglée....c’est peut-être une vision très poétique, et elle vous appartient (et à d’autres, j’aime aussi la poésie !!), pour autant, elle n’est pas incompatible avec les travaux scientifiques menés par d’autres..

J’espère que vous trouverez dans ces commentaires l’impulsion nécessaire pour revoir votre point de vue, ne restez pas attaché à un « dogme » vous non plus, « les scientifiques » ne veulent pas soumettre le monde à leur lois, ils cherchent des modèles pour mieux l’appréhender.

Cordialement

@student404 "J’espère que vous trouverez dans ces commentaires l’impulsion nécessaire pour revoir votre point de vue, ne restez pas attaché à un « dogme » vous non plus"

Là, face à HClAtom, vous allez aussi découvrir la contradiction perpétuelle