Cet extrait d’une conférence de Ludwig Boltzmann traite de ce que l’on appelle la mort thermique de l’Univers. Selon une interprétation du second principe de la thermodynamique, l’Univers tend vers un état d’équilibre énergétique parfait. Lors de la réalisation de cet état, plus aucune modification énergétique ne serait plus possible. Cependant, Boltzmann mit en doute cette interprétation ; il partit du principe que la probabilité des états thermodynamiques était, en réalité, soumise à des variations statistiques, et que les conclusions résultant de cette mort thermique de l’Univers ne concernaient qu’une partie limitée de celui-ci. En l’état actuel des connaissances, on considère donc que le second principe de la thermodynamique ne s’applique pas uniformément au système « univers ».

Le second principe de la thermodynamique

Le principe acquis de l’irréversibilité du déroulement de tous les processus naturels qui nous sont connus est-il aujourd’hui compatible avec l’idée du caractère illimité du phénomène naturel ? La subjectivité que nous avons de l’écoulement du temps est-elle compatible avec l’idée de l’éternité, voire de la finitude du cercle ? Pour répondre à ces questions par l’affirmative, il convient d’adopter comme vision du monde un système dont les changements temporels sont caractérisés par des égalités, dans lesquelles les sens positif et négatif du temps sont tous deux également justifiés, et au moyen duquel, selon une hypothèse particulière, l’apparence d’irréversibilité est explicable au sein de longues périodes. Ceci s’avère exact dans le cas de la représentation atomistique du monde.

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Il est ainsi possible de se représenter le monde comme un système mécanique se composant d’un nombre extrêmement important de parties et caractérisé par une durée de vie extrêmement longue, de telle sorte que les dimensions de notre firmament sont minuscules par rapport à l’extension de l’Univers et que le temps, que nous appelons éternité, est minuscule par rapport à sa durée. Il doit donc y avoir ici et là dans l’Univers, qui se trouve partout ailleurs à l’état d’équilibre thermique et qui est donc mort, des secteurs, comparativement restreints par rapport à l’extension de notre espace parsemé d’étoiles (que nous appelons « mondes individuels »), qui divergent sensiblement de cet état d’équilibre au cours du temps, comparativement court par rapport à l’éternité, et de manière tout aussi fréquente, des secteurs dans lesquels cette probabilité d’état a déjà commencé à augmenter ou à diminuer. Pour l’Univers, les deux directions du temps sont donc indissociables, de la même façon qu’il n’existe pas de haut ou de bas dans l’espace. Cependant, de la même façon que nous désignons, en un certain point de la surface terrestre, la direction vers le centre de la Terre comme la direction vers le bas, un être vivant qui se trouve dans une période déterminée d’un tel monde individuel désignera la direction du temps par rapport aux états les plus improbables (le premier comme le passé, c’est-à-dire le début, le dernier comme l’avenir, c’est-à-dire la fin). En outre, en vertu de cette désignation, pour les mêmes petits secteurs isolés de l’Univers, l’état de « début » correspondra toujours à un état improbable. Cette méthode me semble le seul moyen par lequel on puisse appliquer le second principe à la mort thermique de ce monde individuel, sans modification subjective de l’ensemble du système « univers », d’un état de début déterminé par rapport à un état de fin.

Il est très probable que personne ne tiendra de telles spéculations pour une découverte importante ou même, comme le faisaient probablement les anciens philosophes, pour un but premier de la science. Cependant, on peut se poser la question de savoir s’il est justifié de s’en moquer en les considérant comme totalement superflues. Qui sait si elles n’étendent pas justement l’horizon de notre perception et si, en contribuant au développement de la pensée, elles ne favorisent pas aussi la connaissance des faits acquis par expérience ?

Le fait que, dans la nature, le passage d’un état probable à un état improbable ne se produit pas aussi fréquemment que l’inverse pourrait être expliqué de manière satisfaisante en supposant un état de départ très improbable de tout l’Univers qui nous entoure, à la suite de quoi un système quelconque se trouverait également en interaction avec des corps qui apparaîtraient généralement au départ dans un état improbable. Toutefois pourrait-on objecter qu’ici et là se produirait quand même un passage d’un état probable à un état improbable et que ce passage serait observable. Cette question trouve une réponse dans ces dernières considérations cosmologiques. Les indications numériques sur l’extrême rareté d’un passage d’un état probable à un état improbable, qui se produirait dans des dimensions observables et pendant une période observable, expliquent qu’un tel déroulement est tellement rare au sein de ce que nous avons appelé, dans notre réflexion cosmologique, un monde individuel (en particulier notre monde individuel), que toute possibilité d’observation serait exclue.

Dans tout l’Univers, englobant tous les mondes individuels, des événements se produisent en réalité dans le sens inverse. Seulement, les êtres qui l’observent d’une façon ou d’une autre comptent, une fois encore, le temps qui s’écoule de l’état improbable vers l’état probable, et il est impossible de savoir si, quelque part, de tels êtres comptent le temps à l’inverse de ce que nous faisons, car ils seraient éloignés de nous dans le temps par l’éternité et dans l’espace par des milliards de fois la distance nous séparant de Sirius. De plus, leur langue n’aurait aucun rapport avec la nôtre !

Ceci peut faire sourire, et c’est tant mieux. Mais il faut admettre que la vision du monde développée ici est une représentation possible, exempte de toute contradiction interne et, de plus, utile, car elle élargit considérablement les points de vue. Elle ne nous engage pas seulement à spéculer, mais également à mener des expériences (par exemple sur la limite de la divisibilité, de la taille du champ d’action et, par conséquent, sur les égalités hydrodynamiques, diffusionnelles, thermiques, etc.), à propos desquelles aucune autre théorie ne peut donner de pistes de réflexion.

Source : Boltzmann (Ludwig), Vorlesungen über Gastheorie [Conférence sur la théorie des gaz], Leipzig, 1898. Traduction par L&H Mendez France.

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thermodynamique ; entropie ; cosmologie ; statistique, mécanique ; Boltzmann, Ludwig ; sciences, histoire des