Chronologie de la thermodynamique et de la physique statistique
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Cet article présente une frise chronologique des évènements notables de l'histoire de la thermodynamique, de la physique statistique et des processus stochastiques.
Antiquité
- Ve siècle av. J.-C. – Certains philosophes de la Grèce antique, et notamment Empédocle, plaident pour une décomposition du monde en quatre éléments fondamentaux : l'eau, la terre, l'air et le feu.
- Ve siècle av. J.-C. – Leucippe et Démocrite fondent l'atomisme.
- Ier siècle av. J.-C. – Lucrèce écrit un poème intitulé De natura rerum décrivant la pensée d'Épicure[1].
XVIIe et XVIIIe siècles
- 1620 – Francis Bacon défend la méthode expérimentale et mène de nombreuses observations sur la chaleur. Il suggère que la chaleur est reliée au mouvement[2].
- 1644 – Torricelli a l'idée de substituer du mercure à de l'eau dans l'expérience dite de Torricelli : mise en évidence du « grosso-vido » ; suivront les travaux de Pascal (expérience du Puy-de-Dôme, 1648)[3], et les travaux de Robert Boyle (1682)[4] et ceux de Edme Mariotte (1676)[5] sur la compressibilité des gaz. Les pompes sont améliorées, Christian Huygens et Denis Papin (1691)[6] créeront le premier moteur vers 1690.
- 1650 – Otto von Guericke construit la première pompe à vide[7].
- 1669 – Johann Joachim Becher propose une théorie de la combustion utilisant la notion de terre combustible (latin terra pinguis)[8].
- 1686-1699 – Leibniz développe le concept de Force vive[9] et d'Action (physique) ainsi que les premiers énoncés de la conservation de l'énergie.
- 1697 – Georg Ernst Stahl renomme phlogiston la terre combustible de Becher et développe la théorie phlogistique[10].
- 1738 – Daniel Bernoulli publie Hydrodynamique, introduisant la théorie cinétique des gaz[11].
- 1761 – Joseph Black découvre que la glace absorbe la chaleur sans changer de température quand elle fond[12].
- 1777 – Antoine Lavoisier découvre l'oxygène et développe une théorie de la combustion. Il propose de remplacer la théorie du phlogiston par celle du calorique[13].
- 1788 – Pierre Prévost montre l'existence du rayonnement thermique[14].
1800–1849
- 1804 – Le comte Rumford (Benjamin Thompson) a l'idée que la chaleur est une forme d'énergie[15].
- 1804 – John Leslie observe qu'une surface noire émet plus de rayonnement que la surface polie (cube de Leslie)[16].
- 1806 – William Hyde Wollaston argumente la conservation de l'énergie[17].
- 1808 – John Dalton défend la théorie du calorique et propose que la capacité thermique d'un gaz varie comme l'inverse de son poids atomique[18].
- 1810 – John Leslie réalise artificiellement la solidification de l'eau[19].
- 1819 – Alexis Thérèse Petit et Pierre Louis Dulong proposent leur loi de Dulong-Petit pour la capacité thermique massique d'un cristal[20].
- 1822 – Joseph Fourier présente formellement l'utilisation des dimensions pour des quantités physiques dans sa Théorie analytique de la chaleur[21].
- 1824 – Sadi Carnot analyse scientifiquement l'efficacité des moteurs à vapeur et pose le second principe de la thermodynamique[22].
- 1827 – Robert Brown publie ses observations sur le mouvement brownien des particules de pollen et de colorant dans l'eau[23]. Cette observation avait déjà été faite par plusieurs expérimentateurs depuis Stephen Gray en 1695[24].
- 1831 – Macedonio Melloni montre que le rayonnement du corps noir peut être réfléchi, réfracté et polarisé[25].
- 1834 – Émile Clapeyron présente une formulation de la seconde loi de la thermodynamique[26].
- 1843 – James Joule trouve expérimentalement l'équivalent mécanique de la chaleur[27].
- 1845 – Julius Robert Mayer formalise la conservation de l'énergie et énonce ainsi le premier principe de la thermodynamique[28].
- 1847 – Hermann von Helmholtz publie la première loi de la thermodynamique[29].
- 1848 – Lord Kelvin introduit la notion de température absolue[30].
- 1849 – William Rankine calcule la relation entre pression de vapeur saturante et température[31].
1850–1899
- 1850 – Rudolf Clausius : théorie mécanique de la chaleur[32].
- 1850 – William Rankine exprime la chaleur latente d'évaporation d'un liquide en fonction de la température, de la pression et la densité du gaz[33].
- 1852 – James Joule et Lord Kelvin démontrent qu'un gaz en extension se refroidit rapidement[34].
- 1856 – August Krönig publie des travaux pionniers sur la théorie cinétique des gaz[35].
- 1857 – Rudolf Clausius donne une interprétation de la chaleur par la théorie cinétique des gaz[36].
- 1859 – Gustav Kirchhoff montre que l'émission d'un corps noir ne dépend que de la fréquence et de la température[37].
- 1862 – Rudolf Clausius : Deuxième principe de la thermodynamique et entropie[38].
- 1860 – James Clerk Maxwell découvre la loi de distribution des vitesses moléculaires[39].
- 1866 – James Clerk Maxwell établit les lois de diffusion dans un gaz contenant plusieurs espèces[40].
- 1867 – James Clerk Maxwell argumente avec le démon de Maxwell le principe d'irréversibilité[41].
- 1870 – Rudolf Clausius prouve la théorie du viriel scalaire[42].
- 1871 – Josef Stefan établit la loi de diffusion dans un milieu comportant plusieurs espèces (équations de Stefan-Maxwell)[43].
- 1872 – Ludwig Boltzmann énonce l'équation de Boltzmann pour le développement temporel des fonctions de distribution dans l'espace des phases et énonce le théorème H[44].
- 1873 – Johannes Diderik van der Waals généralise l'équation d'état des gaz parfaits[45].
- 1875 – 1878 – Pierre Duhem et Willard Gibbs introduisent le potentiel thermodynamique[46],[47].
- 1876 – Willard Gibbs - commence une série de livres sur deux ans qui discutent de l'équilibre des phases, de l'énergie libre comme force d'entraînement des réactions chimiques, et de la thermodynamique chimique en général[48].
- 1876 – Johann Loschmidt énonce une critique du théorème H de Boltzmann (paradoxe de Loschmidt)[49]. L'argument avait déjà été évoqué par Lord Kelvin en 1874.
- 1877 – Ludwig Boltzmann énonce la formule de Boltzmann[44].
- 1879 – Joseph Stefan énonce la loi de Stefan-Boltzmann pour les corps noirs[50].
- 1884 – Ludwig Boltzmann énonce la loi de Stefan-Boltzmann pour un corps noir[51].
- 1884 – Henry Le Chatelier énonce la loi de déplacement d'équilibre réactionnel[52].
- 1886 – Jacobus Henricus van 't Hoff relie l'équilibre chimique à l'état thermodynamique[53] (Relation de van 't Hoff).
- 1893 – Wilhelm Wien découvre la loi du déplacement de Wien pour un corps noir[54].
- 1894 – Pierre Curie énonce les conséquences de certaines propriétés d'invariance sur les propriétés thermodynamiques[55].
- 1896 – Ernst Zermelo publie sa critique du théorème H de Boltzmann appelée paradoxe de Zermelo[56].
1900–1944
- 1900 – Max Planck suggère que la lumière peut être émise en fréquences discrètes dans sa loi de rayonnement du corps noir[57].
- 1902 – Willard Gibbs introduit la notion de fluctuation autour de l'équilibre thermodynamique[58].
- 1905 – Albert Einstein explique l'effet photoélectrique par l'existence de quanta d'énergie[59].
- 1905 – Albert Einstein explique mathématiquement le mouvement brownien comme un résultat du mouvement aléatoire des molécules[60].
- 1906 – Walther Nernst présente une formulation du troisième principe de la thermodynamique[61].
- 1906] – Marian Smoluchowski développe les méthodes associées aux mouvements aléatoires[62].
- 1907 – Albert Einstein utilise la théorie quantique pour estimer la capacité calorifique dans le modèle d'Einstein[63].
- 1908 – Paul Langevin développe l'équation de Langevin pour le mouvement brownien[64].
- 1909 – Constantin Carathéodory développe une formulation axiomatique de la thermodynamique[65].
- 1910 – Albert Einstein trouve la formule d'Einstein-Smoluchowski pour le coefficient d'atténuation dû aux fluctuations de densité dans un gaz[66].
- 1911 – Paul Ehrenfest et Tatjana Ehrenfest-Afanassjewa publient leur étude sur les équations de Boltzmann[67].
- 1912 – Peter Debye introduit le modèle de Debye des phonons[68].
- 1916 et 1917 – Sydney Chapman (1916)[69] et David Enskog (1917)[70] résolvent l'équation de Boltzmann dans le cas des gaz (méthode de Chapman-Enskog).
- 1916 – Albert Einstein découvre l'émission stimulée[71].
- 1920 – Meghnad Saha pour l'équation éponyme sur les milieux ionisés (équation de Saha)[72],[73].
- 1923 – Peter Debye et Erich Hückel publient le traitement statistique de la dissociation des électrolytes (théorie de Debye-Hückel)[74].
- 1924 – Satyendranath Bose introduit la statistique de Bose-Einstein, dans un papier traduit par Einstein[75].
- 1926, 1927 – Enrico Fermi (1926) et Paul Dirac (1927) introduisent la statistique de Fermi-Dirac pour les fermions[76],[77].
- 1927 – John von Neumann introduit la matrice densité et la mécanique quantique statistique[78].
- 1928 – John Bertrand Johnson découvre le bruit dans les conducteurs[79].
- 1928 – Harry Nyquist introduit la relation entre fluctuation et dissipation qui donnera plus tard le théorème de fluctuation-dissipation Callen-Welton[80].
- 1930 et 1934 – Norbert Wiener et Alexandre Khintchine établissent le théorème de Wiener-Khintchine pour les processus aléatoires[81],[82].
- 1931 – Lars Onsager établit les propriétés de symétrie pour les coefficients de transfert (relations de réciprocité d'Onsager)[83],[84].
- 1932 – John von Neumann étend le concept d'entropie à la mécanique quantique[85].
- 1935 – Jacques Yvon introduit la notion de fonction de distribution à N particules utilisée ultérieurement dans la hiérarchie BBGKY[86].
- 1937 – Lev Landau généralise le concept de changement de phase[87].
- 1938 – Anatoli Vlassov généralise l'équation de Boltzmann aux plasmas (équation de Vlassov)[88].
- 1940, 1948 – Hendrik Anthony Kramers (1940)[89] et José Enrique Moyal (1949)[90] établissent le développement de Kramers-Moyal permettant de simplifier l'étude d'un processus stochastique.
- 1942 – Joseph Leo Doob établit le théorème d'arrêt de Doob[91].
- 1944 – Lars Onsager donne une solution analytique du modèle d'Ising en bidimensionnel avec transition de phase[92].
De 1945 à aujourd'hui
- 1945 – Hendrik Casimir généralise les relations de réciprocité d'Onsager[93].
- 1946 – Nikolaï Bogolioubov, Max Born, Herbert Green et John Kirkwood établissent la hiérarchie BBGKY[94],[95],[96],[97].
- 1947 – Ilya Prigogine établit les lois régissant les structures dissipatives[98].
- [947 – Nikolaï Bogolioubov et Kirill Gurov étendent la hiérarchie BBGKY aux problèmes quantiques[99].
- 1948 – Claude Shannon développe l'entropie de Shannon[100],[101].
- 1949, 1996 – Harold Grad[102] propose une méthode aux moments pour la résolution de l'équation de Boltzmann. Sa fermeture sommaire utilisant des polynômes d'Hermite sera améliorée par David Levermore[103] en 1996 avec une fermeture entropique.
- 1951 – Herbert Callen et Theodore Welton établissent le théorème de fluctuation-dissipation reliant les fluctuation au voisinage de l'équilibre thermodynamique avec la dissipation dans le milieu[104].
- 1952 – Peter Mazur énonce la propriété de production minimale d'entropie dans un milieu ouvert[105].
- 1954, 1956 – Robert Zwanzig (1954) et Hazime Mori (1956) mettent au point la méthode du projecteur de Mori-Zwanzig en théorie de la réponse linéaire[106],[107],[108].
- 1954, 1957 – Melville Green (1954) et Ryōgo Kubo (1957) donnent le lien entre coefficient de transport et fluctuation au voisinage de l'équilibre thermodynamique (relation de Green-Kubo)[109],[110].
- 1957 – Alexandre Kompaneïets explique la diffusion Compton inverse des électrons dans un champ intense de photons : la « comptonisation[111] ».
- 1957 – Edwin Thompson Jaynes relie la thermodynamique à la théorie de l'information dans un cadre général[112],[113].
- 1960 – Dimitri Zoubarev développe l'opérateur statistique en non-équilibre[114].
- 1965 – George Hatsopoulos et Joseph Henry Keenan reformulent le second principe sous forme d'une loi d'équilibre d'un système[115].
- 1973 – Jacob Bekenstein suggère que les trous noirs ont une entropie proportionnelle à leur surface[116].
- 1974 – Stephen Hawking prédit que les trous noirs rayonnent avec un spectre de corps noir.
- 1983 – Amir Caldeira et Anthony Leggett publient leurs travaux sur les systèmes quantiques dissipatifs (modèle de Caldeira-Leggett)[117].
Quelques tentatives inachevées
- 1943, 1956 – Erwin Schrödinger définit l'entropie négative dans un ouvrage intitulé « Qu'est-ce que la vie ? »[118],[119]. Le concept est développé par Léon Brillouin en 1956[120].
- 1963 – Bernard Coleman et Walter Noll proposent une approche alternative à la thermodynamique hors équilibre[121].
- 1988 – David Jou, José Casa-Vásquez et Georgy Lebon proposent la thermodynamique prolongée (en anglais extended thermodynamics) en incluant dans les inconnues du problèmes les flux de ces mêmes quantités[122].
- 1996 – Adrian Bejan propose la théorie constructale[123].
