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la conservation de l’énergie est une loi absolue, et pourtant elle semble voler au-devant des choses que nous observons tous les jours. Les étincelles créent un feu, qui génère une énergie manifeste de la chaleur qui n’était pas là avant. Une batterie produit de l’électricité. Une bombe nucléaire crée une explosion. Chacune de ces situations, cependant, est simplement un cas d’énergie changeant de forme., Même l’énergie sombre apparemment paradoxale provoquant l’accélération de l’expansion de l’univers, nous le verrons, obéit à cette règle.
la loi de conservation de l’énergie, également connue sous le nom de première loi de la thermodynamique, stipule que l’énergie d’un système fermé doit rester constante—elle ne peut ni augmenter ni diminuer sans interférence de l’extérieur. L’univers lui-même est un système fermé, donc la quantité totale d’énergie dans l’existence a toujours été la même. Les formes que prend l’énergie, cependant, changent constamment.,
Le potentiel et l’énergie cinétique sont deux des formes les plus élémentaires, familières de la classe de physique du lycée: le potentiel gravitationnel est l’énergie stockée d’un rocher poussé vers le haut d’une colline, prêt à rouler vers le bas. L’énergie cinétique est l’énergie de son mouvement quand elle commence à rouler. La somme de ceux-ci est appelée énergie mécanique. La chaleur dans un objet chaud est l’énergie mécanique de ses atomes et molécules en mouvement. Au 19ème siècle, les physiciens ont réalisé que la chaleur produite par une machine en mouvement était l’énergie mécanique brute de la machine convertie en énergie mécanique microscopique des atomes., L’énergie chimique est une autre forme d’énergie potentielle stockée dans moléculaires des liaisons chimiques. C’est cette énergie, stockée dans vos cellules corporelles, qui vous permet de courir et de sauter. D’autres formes d’énergie comprennent l’énergie électromagnétique, ou la lumière, et l’énergie nucléaire—l’énergie potentielle des forces nucléaires dans les atomes. Il y a beaucoup plus. Même la masse est une forme d’énergie, comme L’a montré le célèbre E = mc2 D’Albert Einstein.,
Le feu est une conversion de l’énergie chimique en énergie thermique et électromagnétique via une réaction chimique qui combine les molécules du combustible (bois, disons) avec l’oxygène de l’air pour créer de l’eau et du dioxyde de carbone. Il libère de l’énergie sous forme de chaleur et de la lumière. Une batterie convertit l’énergie chimique en énergie électrique. Une bombe nucléaire convertit l’énergie nucléaire en énergie thermique, électromagnétique et cinétique.
comme les scientifiques ont mieux compris les formes d’énergie, ils ont révélé de nouvelles façons pour l’énergie de convertir d’une forme à une autre., Lorsque les physiciens ont formulé la théorie quantique pour la première fois, ils ont réalisé qu’un électron dans un atome peut sauter d’un niveau d’énergie à un autre, en dégageant ou en absorbant la lumière. En 1924, Niels Bohr, Hans Kramers et John Slater ont proposé que ces sauts quantiques violaient temporairement la conservation de l’énergie. Selon les physiciens, chaque saut quantique libérerait ou absorberait de l’énergie, et ce n’est qu’en moyenne que l’énergie serait conservée.
Einstein s’opposa avec ferveur à l’idée que la mécanique quantique défiait la conservation de l’énergie. Et il s’avère qu’il a raison., Après que les physiciens aient affiné la mécanique quantique quelques années plus tard, les scientifiques ont compris que même si l’énergie de chaque électron pouvait fluctuer dans une brume probabiliste, l’énergie totale de l’électron et son rayonnement restaient constants à chaque instant du processus. L’énergie est conservée.
la cosmologie Moderne a offert de nouvelles énigmes dans la conservation de l’énergie. Nous savons maintenant que l’univers se développe à un rythme de plus en plus rapide—propulsé par quelque chose que les scientifiques appellent l’énergie noire. On pense que c’est l’énergie intrinsèque par centimètre cube d’espace vide., Mais si l’univers est un système fermé avec une quantité finie d’énergie, comment peut-il engendrer plus d’espace vide, qui doit contenir plus d’énergie intrinsèque, sans créer d’énergie supplémentaire?
Il s’avère que dans la théorie de la relativité générale D’Einstein, les régions de l’espace à énergie positive poussent réellement l’espace vers l’extérieur. À mesure que l’espace se dilate, il libère de l’énergie potentielle gravitationnelle stockée, qui se convertit en énergie intrinsèque qui remplit le volume nouvellement créé. Donc, même l’expansion de l’univers est contrôlée par la loi de la conservation de l’énergie.