En lisant SCMB et divers journaux au sujet d’une expérience menée par des scientifiques allemands sur les températures absolues négatives, on voit qu’il y a une grosse confusion sur la définition de la température, de la chaleur (et le lien entre les deux) et sur la notion d’énergie en physique quantique.
Il n’est toujours pas possible d’aller moins vite que l’immobilité, et donc d’aller sous la barre du zéro absolu.
La température thermodynamique (celle que l’on connaît) c’est le degré d’agitation des molécules. Au zéro absolu, le 0 K (qu’il n’est pas possible d’atteindre), tous les atomes sont dans leur état énergétique le plus bas : leur déplacement est nul et ils sont immobiles.
En temps normal et en l’absence de changement d’état, quand on ajoute de la chaleur à un corps, alors la température augmente (ne confondons pas chaleur et température), et l’entropie aussi.
Il en résulte que la variation d’entropie avec l’énergie se fait dans le même sens que la variation de température.
Le truc ici, c’est qu’un ajout d’énergie n’augmente pas la température des atomes : au contraire, l’entropie va diminuer avec une augmentation d’énergie. Pour atteindre la quasi-immobilité des atomes (et se rapprocher du 0 K) il faut donc ajouter de l’énergie.
La température dont on parle n’est pas la température dans le sens « agitation des molécules ». Ici, c’est clairement le taux de variation de l’entropie sur l’énergie.
Cela à cause d’une inversion de la distribution des atomes par leur énergie — analogue à ce qu’on voit dans un laser.
Autrement dit, pour satisfaire aux équations, l’inversion ici se traduit ici par un signe moins dans l’équation de distribution de Boltzmann. Et là, vu que la température est également à un terme négatif, c’est comme si il était inférieur à 0 K (c’est très bien expliqué sur cette vidéo et là).
Ce n’est pas le 0 K qu’il faut remettre en cause, mais plutôt l’idée qui dit que l’absorption de chaleur augmente la température.
Il ne faut pas non plus penser que le 0 K signifie une matière figée sans aucune agitation : les atomes continuent de vibrer grâce à des phénomènes quantiques indépendant de l’agitation thermique. C’est pourtant là que l’expérience des températures négatives joue : les atomes sont immobilisés au maximum mais on leur envoie de l’énergie quand même : c’est l’énergie sous forme de niveaux d’énergie quantique qui augmente, pas leur vitesse de déplacement.
Quand on relâche les atomes, le transfert de chaleur se fera toujours vers l’extérieur : ils perdront toujours leur énergie pour revenir dans une distribution énergétique « normale ». C’est pour ça qu’on a pu entendre dire que « sous le zéro absolu, il fait très chaud ».
