Chaos sans désordre : pourquoi l'entropie ne croît pas express
Des centaines de cuisiniers dans une cuisine, c'est le chaos total. En général, le désordre augmente. En physique quantique, cette mesure du désordre a été nommée entropie par John von Neumann. Pour un système de nombreuses particules, l'entropie augmente généralement avec leur nombre. Mais des scientifiques ont trouvé une exception.
Le secret réside dans une règle stricte : deux cuisiniers ne peuvent pas passer par le même couloir en même temps. Ce genre de blocage est connu avec les atomes de Rydberg : des particules voisines ne peuvent pas être dans le même état. De ce fait, l'entropie ne dépasse pas ln 2 (environ 0,7), comme si une immense cuisine se comportait comme un réduit minuscule.
Ce résultat change notre regard sur le chaos quantique. Ce qui compte, ce n'est pas seulement l'énergie, mais aussi la géométrie de l'espace où vivent les particules. Les auteurs proposent de construire des systèmes avec une limite d'entropie donnée, ouvrant la voie à de nouveaux dispositifs quantiques.
Les atomes de Rydberg, qui ont inspiré ces travaux, sont des atomes géants, gonflés jusqu'à la taille d'une bactérie. Leurs électrons sont si loin du noyau que les atomes peuvent « se sentir » à d'énormes distances.
L'idée que des systèmes complexes puissent cacher des contraintes rigides rappelle le roman « Le Problème à trois corps » de Liu Cixin, où un chaos apparemment imprévisible obéit à des lois cachées.