Que l'on se rassure : les atomes existent bel et bien. Pourtant, quelque puriste pointilleux pourrait s'interroger sur la signification de cette expression : que doit-on entendre par « existence réelle » s'agissant d'objets dont la taille se mesure en cent-millionièmes de centimètre et dont le comportement obéit à des lois (celles de la mécanique quantique) si fondamentalement distinctes de celles que nous avaient enseignées plusieurs siècles de physique dite « classique » depuis Galilée et Newton ? D'ailleurs, la réalité des atomes et des molécules a donné lieu, au tournant du siècle (vers 1900), principalement autour des phénomènes et concepts qui font l'objet de cet ouvrage, à une controverse parfois féroce. Ainsi, Paul Pascal qui avait été un chimiste hors pair racontait pourtant que, alors jeune étudiant et candidat en 1905 au certificat de chimie générale à la Sorbonne, il fut collé par un professeur qui niait l'existence des atomes et n'admettait pas qu'on l'envisageât. Pire encore : le viennois Ludwig Bolztmann, génial promoteur de la mécanique statistique fut poussé au suicide en 1906 par les sarcasmes de ses détracteurs. Or quelques mois plus tard cette même année, un français, Jean Perrin démontrait par une série d'expériences irréfutables la présence des atomes et la validité de la mécanique statistique.Peut-être faut-il quand même être juste et reconnaître que les anti-atomistes, pour se montrer si intraitables et percutants, disposaient eux aussi d'une théorie physique remarquable par sa cohérence et son efficacité - la thermodynamique, dont Bernard Diu parle abondamment, et qui n'avait apparemment que faire des atomes. Après avoir clarifié en tout premier ce qu'est une théorie physique, ce qu'est la physique et ce qu'elle n'est pas, Bernard Diu nous explique très simplement les intrications et les éventuelles oppositions entre la thermodynamique et la mécanique statistique. Bernard Diu, ancien élève de l'Ecole normale supérieure, est professeur à l'Université Paris VII.

1. Couverture
2. Titre
3. Du même auteur
4. Copyright
5. Remerciements
6. Prologue
7. Avertissement
8. Première partie - Le livre de la nature ou la physique effleurée
   1. Chapitre Premier - Qu’est-ce que la physique ? qu’est-ce qu’elle n’est pas ?
      1. Science théorique ou science expérimentale ?
      2. Un brin d’épistémologie
      3. Tableau synoptique des événements scientifiques
   2. Chapitre II - La mécanique classique, théorie physique première et exemplaire
      1. Expérience et théorie : Galilée
      2. Étoiles et planètes
      3. La théorie de Newton
      4. L’essence d’une théorie physique
      5. Les théories cadres
      6. Physique et mathématique
      7. Sur la réalité des notions physiques
9. Deuxième partie - La thermodynamique : une science en pleine maturité
   1. Chapitre Premier - Chaleur et travail : balbutiements
      1. Naissance de la thermodynamique
      2. Le microscopique et le macroscopique
      3. Le dilemme fondamental
      4. Historique succinct
      5. Benjamin Thompson, comte Rumford de Bavière
   2. Chapitre II - La thermodynamique s’affirme
      1. Champ d’application
      2. La notion d’équilibre thermodynamique
      3. Une grandeur essentielle : l’énergie interne
      4. L’énergie est-elle additive ? Systèmes à couplage faible
      5. Les variables d’état primitives, fondements de la description théorique
   3. Chapitre III - Le postulat fondamental de la thermodynamique
      1. Comment entendre ce postulat ?
      2. Rudolf Clausius : quelques mots sur l’homme
      3. Éclosion de l’énergie interne
      4. Les molécules s’en viennent, les molécules s’en vont
      5. La grande découverte de Clausius : l’entropie
   4. Chapitre IV - Température, pression, potentiel chimique
      1. Premier acte thermodynamique : définition des grandeurs conjuguées
      2. Qu’est-ce qu’une équation d’état ?
      3. Une simplification bienvenue : extensivité ou intensivité
   5. Chapitre V - L’acte thermodynamique par excellence : recherche de l’équilibre
      1. Écriture des conditions d’équilibre
      2. Exemple emblématique : contact thermique et chaleur
      3. Condition d’équilibre thermique
      4. Quelques autres exemples analogues
      5. Condition de stabilité
      6. Dans quel sens se transmet la chaleur ?
      7. Retour critique sur le postulat fondamental
   6. Chapitre VI - Second volet de la thermodynamique : les transformations
      1. Définition générale d’une transformation
      2. Un mot sur la notion subtile de réversibilité
      3. Diverses formes d’énergie échangée au cours d’une transformation
   7. Appendice - Considérations plus précises sur les transformations réversibles
      1. Définition préliminaire : les transformations quasi statiques
      2. Définition des transformations réversibles
   8. Chapitre VII - Les principes
      1. Le premier principe
      2. Beaucoup plus délicat, le second principe
      3. Quelques mots sur le principe zéro
      4. Le troisième principe et ses apports insoupçonnés
   9. Chapitre VIII - Les machines thermiques, alpha et oméga de la thermodynamique
      1. La notion de machine. Quelques exemples
      2. Lois générales régissant les machines thermiques
      3. Le mouvement perpétuel de première espèce
      4. Conversion de travail en chaleur
      5. Un moteur thermique monotherme est irréalisable
      6. Un moteur thermique ditherme est réalisable
      7. Le théorème de Sadi Carnot (1824)
      8. Réfrigérateurs et pompes à chaleur
   10. Chapitre IX - Transitions de phase
       1. Comment observer une transition ?
       2. Description plus précise : la courbe de vaporisation
       3. La chaleur latente de transition
       4. Vaporisation de l’eau dans l’air
       5. Construction du diagramme de phases d’un corps pur
       6. Une curiosité passionnante : le point critique
   11. Appendice - Analyse théorique de l’équilibre liquide-gaz
10. Troisième partie - La mécanique statistique ou l’existence avérée des atomes
    1. Chapitre Premier - Les atomes entrent en scène
       1. Macroscopique et microscopique : le contexte historique
       2. Le problème à résoudre : du microscopique au macroscopique
       3. La méthode statistique, idée fondatrice de Boltzmann
       4. Probabilités, information et entropie statistique
       5. Système macroscopique et ses divers états
       6. Évolution temporelle d’un système macroscopique
       7. Les grandeurs macroscopiques procèdent de moyennes sur les fluctuations microscopiques
    2. Chapitre II - Le postulat fondamental de la mécanique statistique
       1. Grandeurs jouant un rôle décisif
       2. Énoncé du postulat
       3. Quelques réflexions sur le postulat
       4. L’entropie de Boltzmann
       5. La thermodynamique comme conséquence de la mécanique statistique
    3. Chapitre III - Ensembles de particules identiques
       1. Fermions et bosons
       2. Ensembles de fermions indépendants à température nulle
       3. Ensembles de bosons indépendants à très basse température
    4. Chapitre IV - Les fermions et le principe d’exclusion
       1. Conducteurs, isolants, semi-conducteurs
       2. Naines blanches
       3. Étoiles à neutrons
    5. Chapitre V - Bosons : la condensation
       1. Un liquide hors du commun : l’hélium 4
       2. Courant électrique sans pertes
       3. La quête du Graal
    6. Chapitre VI - L’irréversibilité : une question essentielle
       1. Les équations microscopiques sont toujours réversibles
       2. L’évolution macroscopique est pourtant irréversible
       3. Impossibilités et paradoxes
       4. Le problème de l’irréversibilité formulé sur un exemple simple
       5. D’où vient l’irréversibilité ?
11. Finale - Allegro ma non troppo
12. Table