SCIENCES ENERGIES ENVIRONNEMENT / CAULCULS EN THERMODYNIQUE ...

 

Physicists give the first law of thermodynamics a makeover

Des physiciens revisitent la première loi de la thermodynamiqueE

par l'Université de Virginie-Occidentale

Les résultats des recherches menées par Paul Cassak, professeur à la WVU et directeur associé du Centre WVU pour la physique des plasmas cinétiques, ont ouvert de nouvelles perspectives sur la façon dont les scientifiques peuvent comprendre la première loi de la thermodynamique et comment les plasmas dans l'espace et les laboratoires sont chauffés. Sur cette photo, le plasma d'argon brille d'une couleur bleuâtre dans une expérience du Centre. Crédit : WVU Photo/Brian Persinger

Les physiciens de l'Université de Virginie-Occidentale ont fait une percée sur une limitation séculaire de la première loi de la thermodynamique.

Paul Cassak, professeur et directeur associé du Center for KINETIC Plasma Physics, et l'assistant de recherche diplômé Hasan Barbhuiya, tous deux du Département de physique et d'astronomie, étudient comment l'énergie est convertie dans les plasmas surchauffés dans l'espace.

Leurs découvertes, publiées dans Physical Review Letters, réorganiseront la compréhension des scientifiques sur la façon dont les plasmas dans l'espace et les laboratoires se réchauffent, et pourraient avoir une grande variété d'autres applications dans la physique et d'autres sciences.

La première loi de la thermodynamique stipule que l'énergie ne peut être ni créée ni détruite, mais qu'elle peut être convertie en différentes formes.

"Supposons que vous chauffiez un ballon", a déclaré Cassak. "La première loi de la thermodynamique vous indique à quel point le ballon se dilate et à quel point le gaz à l'intérieur du ballon devient plus chaud. La clé est que la quantité totale d'énergie provoquant la dilatation du ballon et le réchauffement du gaz est la même que la quantité de chaleur que vous mettez dans le ballon. La première loi a été utilisée pour décrire de nombreuses choses, y compris le fonctionnement des réfrigérateurs et des moteurs de voiture. C'est l'un des piliers de la physique.

Développée dans les années 1850, la première loi de la thermodynamique n'est valable que pour les systèmes dans lesquels une température peut être correctement définie, état connu sous le nom d'équilibre. Par exemple, lorsqu'elles sont combinées, une tasse d'eau froide et une tasse d'eau chaude finiront par atteindre une température chaude entre elles. Cette température chaude est l'équilibre. Cependant, lorsque l'eau chaude et l'eau froide n'ont pas encore atteint ce point final, l'eau est hors d'équilibre.

De même, dans de nombreux domaines de la science moderne, les systèmes ne sont pas en équilibre. Pendant plus de 100 ans, les chercheurs ont tenté d'étendre la première loi aux matériaux communs non en équilibre, mais de telles théories ne fonctionnent que lorsque le système est presque là, lorsque l'eau chaude et l'eau froide sont presque mélangées. Les théories ne fonctionnent pas, par exemple, dans les plasmas spatiaux, qui sont loin de l'équilibre.

Les travaux de Cassak et Barbhuiya comblent les lacunes de cette limitation.

"Nous avons généralisé la première loi de la thermodynamique pour les systèmes qui ne sont pas en équilibre", a déclaré Cassak. "Nous avons fait un calcul au crayon et au papier pour trouver la quantité d'énergie associée au fait que la matière n'est pas en équilibre, et cela fonctionne que le système soit proche ou éloigné de l'équilibre."

Leurs recherches ont de nombreuses applications potentielles. La théorie aidera les scientifiques à comprendre les plasmas dans l'espace, ce qui est important pour se préparer à la météo spatiale. La météo spatiale se produit lorsque d'énormes éruptions dans l'atmosphère solaire projettent du plasma surchauffé dans l'espace. Cela peut entraîner des problèmes tels que des pannes de courant, des interruptions des communications par satellite et le réacheminement des avions.

"Le résultat représente une très grande étape de notre compréhension", a déclaré Cassak. "Jusqu'à présent, l'état de l'art dans notre domaine de recherche consistait à tenir compte de la conversion d'énergie uniquement associée à l'expansion et au chauffage, mais notre théorie fournit un moyen de calculer toute l'énergie  en  situation de ne pas être en équilibre."

"Parce que la première loi de la thermodynamique est si largement utilisée", a déclaré Barbhuiya, "nous espérons que les scientifiques d'un large éventail de domaines pourront utiliser nos résultats".

Par exemple, il peut être utile pour étudier les plasmas à basse température - qui sont importants pour la gravure dans l'industrie des semi-conducteurs et des circuits - ainsi que dans d'autres domaines comme la chimie et l'informatique quantique. Cela pourrait également aider les astronomes à étudier l'évolution des galaxies dans le temps.

Des recherches révolutionnaires liées à Cassak et Barbhuiya sont menées dans PHASMA, l'expérience PHAse Space MApping, au Centre WVU pour la physique des plasmas computationnelle expérimentale, théorique et intégrée KINetic.

"PHASMA effectue des mesures spatiales de la conversion d'énergie dans des plasmas qui ne sont pas en équilibre. Ces mesures sont totalement uniques au monde", a déclaré Cassak.

De même, la percée que lui et Barbhuiya ont faite changera le paysage de la physique des plasmas et de l'espace, un exploit qui n'arrive pas souvent.

"Il n'y a pas beaucoup de lois de la physique - les lois de Newton, les lois de l'électricité et du magnétisme, les trois lois de la thermodynamique et les lois de la mécanique quantique", a déclaré Duncan Lorimer, professeur et directeur par intérim du Département de physique et d'astronomie. « Prendre l'une de ces lois qui existe depuis plus de 150 ans et l'améliorer est une réalisation majeure.

"Ce nouveau résultat de premiers principes dans la mécanique statistique hors équilibre appliquée aux plasmas est un excellent exemple de la recherche universitaire rendue possible par la mission de la NSF" de promouvoir le progrès de la science "", a déclaré Vyacheslav Lukin, directeur du programme de physique des plasmas dans le Division de physique de la NSF.

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

COMMENT IRES

 J 'ignore quels prolongements réels  aura cet article   sur  la mécanique statistique   des phases   évolutives hors équilibre  ..Et  j 'imagine que les chercheurs  des propriétés des plasmas  utilisés en fusion nucléaire  en tireront profit  ...     Je croyais  qu' IKYA PRIGOGINE   Nobel 77 avait  avec ''La fin des certitudes''  déconstruit la thermodynamique  et  le modèle  figé de l'univers  deterministe ....Visiblement cet article  montre que  je n avais pas tout prévu  .!..

xxxxxxxxxxxxxx

More information: Paul A. Cassak et al, Quantifying Energy Conversion in Higher-Order Phase Space Density Moments in Plasmas, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.085201

Journal information: Physical Review Letters 

Provided by West Virginia University 

AA

mercredi 1 mars 2023

SCIENCES ENERGIES ENVIRONNEMENT .// DECOUVERTES DE JAMES WEBB

 

Discovery of massive early galaxies defies prior understanding of the universe

La découverte de galaxies primitives massives défie la compréhension antérieure de l'univers

par l'Université d'État de Pennsylvanie

Images de six galaxies massives candidates, vues 500 à 800 millions d'années après le Big Bang. L'une des sources (en bas à gauche) pourrait contenir autant d'étoiles que notre Voie Lactée actuelle, mais est 30 fois plus compacte. Crédit : NASA, ESA, CSA, I. Labbe (Swinburne University of Technology). Traitement d'image : G. Brammer (Niels Bohr Institute's Cosmic Dawn Center at the University of Copenhagen)

Six galaxies massives découvertes dans l'univers primitif bouleversent ce que les scientifiques avaient précédemment compris sur les origines des galaxies dans l'univers.

"Ces objets sont bien plus massifs que prévu", a déclaré Joel Leja, professeur adjoint d'astronomie et d'astrophysique à Penn State, qui a modélisé la lumière de ces galaxies. "Nous nous attendions à ne trouver que de minuscules jeunes galaxies pour le moment, mais nous avons découvert des galaxies aussi matures que la nôtre dans ce qui était auparavant considéré comme l'aube de l'univers."

En utilisant le premier ensemble de données publié par le télescope spatial James Webb de la NASA, l'équipe internationale de scientifiques a découvert des objets aussi matures que la Voie lactée alors que l'univers n'avait que 3 % de son âge actuel, environ 500 à 700 millions d'années après le Big Bang. Le télescope est équipé d'instruments de détection infrarouge capables de détecter la lumière émise par les étoiles et les galaxies les plus anciennes. Essentiellement, le télescope permet aux scientifiques de voir dans le temps environ 13,5 milliards d'années, près du début de l'univers tel que nous le connaissons, a expliqué Leja.

"C'est notre premier aperçu en arrière aussi loin, il est donc important que nous gardions l'esprit ouvert sur ce que nous voyons", a déclaré Leja. "Bien que les données indiquent qu'il s'agit probablement de galaxies, je pense qu'il existe une possibilité réelle que quelques-uns de ces objets se révèlent être des trous noirs supermassifs obscurcis. Quoi qu'il en soit, la quantité de masse que nous avons découverte signifie que la masse connue des étoiles à cette période de notre univers est jusqu'à 100 fois supérieure à ce que nous pensions auparavant. Même si nous réduisons l'échantillon de moitié, cela reste un changement étonnant.

Dans un article publié aujourd'hui (22 février) dans Nature, les chercheurs montrent que les six galaxies sont bien plus massives que prévu et remettent en question ce que les scientifiques avaient compris auparavant sur la formation des galaxies au tout début de l'univers.

"La révélation que la formation massive de galaxies a commencé très tôt dans l'histoire de l'univers bouleverse ce que beaucoup d'entre nous pensaient être une science établie", a déclaré Leja. "Nous avons officieusement appelé ces objets" briseurs d'univers "- et jusqu'à présent, ils ont été à la hauteur de leur nom."

Leja a expliqué que les galaxies découvertes par l'équipe sont si massives qu'elles sont en tension avec 99% des modèles de cosmologie. La prise en compte d'une masse aussi élevée nécessiterait soit de modifier les modèles de cosmologie, soit de réviser la compréhension scientifique de la formation des galaxies dans l'univers primitif - que les galaxies ont commencé comme de petits nuages d'étoiles et de poussière qui ont progressivement grossi au fil du temps. L'un ou l'autre scénario nécessite un changement fondamental dans notre compréhension de la création de l'univers, a-t-il ajouté.

"Nous avons regardé pour la première fois dans l'univers primitif et nous n'avions aucune idée de ce que nous allions trouver", a déclaré Leja. "Il s'avère que nous avons trouvé quelque chose de si inattendu qu'il crée en fait des problèmes pour la science. Cela remet en question toute l'image de la formation des premières galaxies."

Le 12 juillet, la NASA a publié les premières images en couleur et données spectroscopiques du télescope spatial James Webb. Le plus grand télescope infrarouge de l'espace, Webb a été conçu pour voir la genèse du cosmos, sa haute résolution lui permettant de voir des objets trop vieux, lointains ou faibles pour le télescope spatial Hubble.

"Lorsque nous avons obtenu les données, tout le monde a commencé à plonger et ces choses massives sont apparues très rapidement", a déclaré Leja. "Nous avons commencé à faire du mannequinat et avons essayé de comprendre ce qu'ils étaient, parce qu'ils étaient si grands et brillants. Ma première pensée a été que nous avions fait une erreur et que nous allions simplement la trouver et continuer notre vie. Mais nous n'avons pas encore trouver cette erreur, malgré beaucoup d'essais."

Leja a expliqué qu'une façon de confirmer la découverte de l'équipe et d'atténuer les inquiétudes restantes serait de prendre une image du spectre des galaxies massives. Cela fournirait à l'équipe des données sur les vraies distances, ainsi que sur les gaz et autres éléments qui composaient les galaxies. L'équipe pourrait ensuite utiliser les données pour modéliser une image plus claire de ce à quoi ressemblaient les galaxies et de leur masse réelle.

"Un spectre nous dira immédiatement si ces choses sont réelles ou non", a déclaré Leja. "Cela nous montrera à quel point ils sont grands, à quelle distance ils sont. Ce qui est drôle, c'est que nous avons toutes ces choses que nous espérons apprendre de James Webb et cela n'était nulle part près du haut de la liste. Nous avons trouvé quelque chose que nous n'aurions jamais pensé demander à l'univers - et c'est arrivé bien plus vite que je ne le pensais, mais nous y sommes."

Les autres co-auteurs de l'article sont Elijah Mathews et Bingjie Wang de Penn State, Ivo Labbe de l'Université de technologie de Swinburne, Pieter van Dokkum de l'Université de Yale, Erica Nelson de l'Université du Colorado, Rachel Bezanson de l'Université de Pittsburgh, Katherine A. Suess de l'Université de Californie et de l'Université de Stanford, Gabriel Brammer de l'Université de Copenhague, Katherine Whitaker de l'Université du Massachusetts et de l'Université de Copenhague et Mauro Stefanon de l'Université de Valence.

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

COMMENTAIRES

 L'observation  des données de James  Webb  et les analyses  spectrographiques soi disant primitives  et les analyses spectrographiques des éléments chimiques  de ces galaxies  peuvent

meme remettre en cause le modèle standard de la cosmologie  et pourquoi pas le Big Bang  ...Nous attebdrons donc avec impatience  la suite  des dépouillements de la  NASA

XXXXXXXXXXXXXXXXXXX

More information: Ivo Labbe, A population of red candidate massive galaxies ~600 Myr after the Big Bang, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-05786-2. www.nature.com/articles/s41586-023-05786-2

Journal information: Nature 

Provided by Pennsylvania State University 

mardi 28 février 2023

SCIENCES ENERGIES ENVIRONNEMENT / CAULCULS EN THERMODYNIQUE ...

 

Physicists give the first law of thermodynamics a makeover

Des physiciens revisitent la première loi de la thermodynamiqueE

par l'Université de Virginie-Occidentale

Les résultats des recherches menées par Paul Cassak, professeur à la WVU et directeur associé du Centre WVU pour la physique des plasmas cinétiques, ont ouvert de nouvelles perspectives sur la façon dont les scientifiques peuvent comprendre la première loi de la thermodynamique et comment les plasmas dans l'espace et les laboratoires sont chauffés. Sur cette photo, le plasma d'argon brille d'une couleur bleuâtre dans une expérience du Centre. Crédit : WVU Photo/Brian Persinger

Les physiciens de l'Université de Virginie-Occidentale ont fait une percée sur une limitation séculaire de la première loi de la thermodynamique.

Paul Cassak, professeur et directeur associé du Center for KINETIC Plasma Physics, et l'assistant de recherche diplômé Hasan Barbhuiya, tous deux du Département de physique et d'astronomie, étudient comment l'énergie est convertie dans les plasmas surchauffés dans l'espace.

Leurs découvertes, publiées dans Physical Review Letters, réorganiseront la compréhension des scientifiques sur la façon dont les plasmas dans l'espace et les laboratoires se réchauffent, et pourraient avoir une grande variété d'autres applications dans la physique et d'autres sciences.

La première loi de la thermodynamique stipule que l'énergie ne peut être ni créée ni détruite, mais qu'elle peut être convertie en différentes formes.

"Supposons que vous chauffiez un ballon", a déclaré Cassak. "La première loi de la thermodynamique vous indique à quel point le ballon se dilate et à quel point le gaz à l'intérieur du ballon devient plus chaud. La clé est que la quantité totale d'énergie provoquant la dilatation du ballon et le réchauffement du gaz est la même que la quantité de chaleur que vous mettez dans le ballon. La première loi a été utilisée pour décrire de nombreuses choses, y compris le fonctionnement des réfrigérateurs et des moteurs de voiture. C'est l'un des piliers de la physique.

Développée dans les années 1850, la première loi de la thermodynamique n'est valable que pour les systèmes dans lesquels une température peut être correctement définie, état connu sous le nom d'équilibre. Par exemple, lorsqu'elles sont combinées, une tasse d'eau froide et une tasse d'eau chaude finiront par atteindre une température chaude entre elles. Cette température chaude est l'équilibre. Cependant, lorsque l'eau chaude et l'eau froide n'ont pas encore atteint ce point final, l'eau est hors d'équilibre.

De même, dans de nombreux domaines de la science moderne, les systèmes ne sont pas en équilibre. Pendant plus de 100 ans, les chercheurs ont tenté d'étendre la première loi aux matériaux communs non en équilibre, mais de telles théories ne fonctionnent que lorsque le système est presque là, lorsque l'eau chaude et l'eau froide sont presque mélangées. Les théories ne fonctionnent pas, par exemple, dans les plasmas spatiaux, qui sont loin de l'équilibre.

Les travaux de Cassak et Barbhuiya comblent les lacunes de cette limitation.

"Nous avons généralisé la première loi de la thermodynamique pour les systèmes qui ne sont pas en équilibre", a déclaré Cassak. "Nous avons fait un calcul au crayon et au papier pour trouver la quantité d'énergie associée au fait que la matière n'est pas en équilibre, et cela fonctionne que le système soit proche ou éloigné de l'équilibre."

Leurs recherches ont de nombreuses applications potentielles. La théorie aidera les scientifiques à comprendre les plasmas dans l'espace, ce qui est important pour se préparer à la météo spatiale. La météo spatiale se produit lorsque d'énormes éruptions dans l'atmosphère solaire projettent du plasma surchauffé dans l'espace. Cela peut entraîner des problèmes tels que des pannes de courant, des interruptions des communications par satellite et le réacheminement des avions.

"Le résultat représente une très grande étape de notre compréhension", a déclaré Cassak. "Jusqu'à présent, l'état de l'art dans notre domaine de recherche consistait à tenir compte de la conversion d'énergie uniquement associée à l'expansion et au chauffage, mais notre théorie fournit un moyen de calculer toute l'énergie  en  situation de ne pas être en équilibre."

"Parce que la première loi de la thermodynamique est si largement utilisée", a déclaré Barbhuiya, "nous espérons que les scientifiques d'un large éventail de domaines pourront utiliser nos résultats".

Par exemple, il peut être utile pour étudier les plasmas à basse température - qui sont importants pour la gravure dans l'industrie des semi-conducteurs et des circuits - ainsi que dans d'autres domaines comme la chimie et l'informatique quantique. Cela pourrait également aider les astronomes à étudier l'évolution des galaxies dans le temps.

Des recherches révolutionnaires liées à Cassak et Barbhuiya sont menées dans PHASMA, l'expérience PHAse Space MApping, au Centre WVU pour la physique des plasmas computationnelle expérimentale, théorique et intégrée KINetic.

"PHASMA effectue des mesures spatiales de la conversion d'énergie dans des plasmas qui ne sont pas en équilibre. Ces mesures sont totalement uniques au monde", a déclaré Cassak.

De même, la percée que lui et Barbhuiya ont faite changera le paysage de la physique des plasmas et de l'espace, un exploit qui n'arrive pas souvent.

"Il n'y a pas beaucoup de lois de la physique - les lois de Newton, les lois de l'électricité et du magnétisme, les trois lois de la thermodynamique et les lois de la mécanique quantique", a déclaré Duncan Lorimer, professeur et directeur par intérim du Département de physique et d'astronomie. « Prendre l'une de ces lois qui existe depuis plus de 150 ans et l'améliorer est une réalisation majeure.

"Ce nouveau résultat de premiers principes dans la mécanique statistique hors équilibre appliquée aux plasmas est un excellent exemple de la recherche universitaire rendue possible par la mission de la NSF" de promouvoir le progrès de la science "", a déclaré Vyacheslav Lukin, directeur du programme de physique des plasmas dans le Division de physique de la NSF.

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COMMENT IRES

 J 'ignore quels prolongements réels  aura cet article   sur  la mécanique statistique   des phases   évolutives hors équilibre  ..Et  j 'imagine que les chercheurs  des propriétés des plasmas  utilisés en fusion nucléaire  en tireront profit  ...     Je croyais  qu' IKYA PRIGOGINE   Nobel 77 avait  avec ''La fin des certitudes''  déconstruit la thermodynamique  et  le modèle  figé de l'univers  deterministe ....Visiblement cet article  montre que  je n avais pas tout prévu  .!..

xxxxxxxxxxxxxx

More information: Paul A. Cassak et al, Quantifying Energy Conversion in Higher-Order Phase Space Density Moments in Plasmas, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.085201

Journal information: Physical Review Letters 

Provided by West Virginia University 

mercredi 1 mars 2023

SCIENCES ENERGIES ENVIRONNEMENT .// DECOUVERTES DE JAMES WEBB

 

Discovery of massive early galaxies defies prior understanding of the universe

La découverte de galaxies primitives massives défie la compréhension antérieure de l'univers

par l'Université d'État de Pennsylvanie

Images de six galaxies massives candidates, vues 500 à 800 millions d'années après le Big Bang. L'une des sources (en bas à gauche) pourrait contenir autant d'étoiles que notre Voie Lactée actuelle, mais est 30 fois plus compacte. Crédit : NASA, ESA, CSA, I. Labbe (Swinburne University of Technology). Traitement d'image : G. Brammer (Niels Bohr Institute's Cosmic Dawn Center at the University of Copenhagen)

Six galaxies massives découvertes dans l'univers primitif bouleversent ce que les scientifiques avaient précédemment compris sur les origines des galaxies dans l'univers.

"Ces objets sont bien plus massifs que prévu", a déclaré Joel Leja, professeur adjoint d'astronomie et d'astrophysique à Penn State, qui a modélisé la lumière de ces galaxies. "Nous nous attendions à ne trouver que de minuscules jeunes galaxies pour le moment, mais nous avons découvert des galaxies aussi matures que la nôtre dans ce qui était auparavant considéré comme l'aube de l'univers."

En utilisant le premier ensemble de données publié par le télescope spatial James Webb de la NASA, l'équipe internationale de scientifiques a découvert des objets aussi matures que la Voie lactée alors que l'univers n'avait que 3 % de son âge actuel, environ 500 à 700 millions d'années après le Big Bang. Le télescope est équipé d'instruments de détection infrarouge capables de détecter la lumière émise par les étoiles et les galaxies les plus anciennes. Essentiellement, le télescope permet aux scientifiques de voir dans le temps environ 13,5 milliards d'années, près du début de l'univers tel que nous le connaissons, a expliqué Leja.

"C'est notre premier aperçu en arrière aussi loin, il est donc important que nous gardions l'esprit ouvert sur ce que nous voyons", a déclaré Leja. "Bien que les données indiquent qu'il s'agit probablement de galaxies, je pense qu'il existe une possibilité réelle que quelques-uns de ces objets se révèlent être des trous noirs supermassifs obscurcis. Quoi qu'il en soit, la quantité de masse que nous avons découverte signifie que la masse connue des étoiles à cette période de notre univers est jusqu'à 100 fois supérieure à ce que nous pensions auparavant. Même si nous réduisons l'échantillon de moitié, cela reste un changement étonnant.

Dans un article publié aujourd'hui (22 février) dans Nature, les chercheurs montrent que les six galaxies sont bien plus massives que prévu et remettent en question ce que les scientifiques avaient compris auparavant sur la formation des galaxies au tout début de l'univers.

"La révélation que la formation massive de galaxies a commencé très tôt dans l'histoire de l'univers bouleverse ce que beaucoup d'entre nous pensaient être une science établie", a déclaré Leja. "Nous avons officieusement appelé ces objets" briseurs d'univers "- et jusqu'à présent, ils ont été à la hauteur de leur nom."

Leja a expliqué que les galaxies découvertes par l'équipe sont si massives qu'elles sont en tension avec 99% des modèles de cosmologie. La prise en compte d'une masse aussi élevée nécessiterait soit de modifier les modèles de cosmologie, soit de réviser la compréhension scientifique de la formation des galaxies dans l'univers primitif - que les galaxies ont commencé comme de petits nuages d'étoiles et de poussière qui ont progressivement grossi au fil du temps. L'un ou l'autre scénario nécessite un changement fondamental dans notre compréhension de la création de l'univers, a-t-il ajouté.

"Nous avons regardé pour la première fois dans l'univers primitif et nous n'avions aucune idée de ce que nous allions trouver", a déclaré Leja. "Il s'avère que nous avons trouvé quelque chose de si inattendu qu'il crée en fait des problèmes pour la science. Cela remet en question toute l'image de la formation des premières galaxies."

Le 12 juillet, la NASA a publié les premières images en couleur et données spectroscopiques du télescope spatial James Webb. Le plus grand télescope infrarouge de l'espace, Webb a été conçu pour voir la genèse du cosmos, sa haute résolution lui permettant de voir des objets trop vieux, lointains ou faibles pour le télescope spatial Hubble.

"Lorsque nous avons obtenu les données, tout le monde a commencé à plonger et ces choses massives sont apparues très rapidement", a déclaré Leja. "Nous avons commencé à faire du mannequinat et avons essayé de comprendre ce qu'ils étaient, parce qu'ils étaient si grands et brillants. Ma première pensée a été que nous avions fait une erreur et que nous allions simplement la trouver et continuer notre vie. Mais nous n'avons pas encore trouver cette erreur, malgré beaucoup d'essais."

Leja a expliqué qu'une façon de confirmer la découverte de l'équipe et d'atténuer les inquiétudes restantes serait de prendre une image du spectre des galaxies massives. Cela fournirait à l'équipe des données sur les vraies distances, ainsi que sur les gaz et autres éléments qui composaient les galaxies. L'équipe pourrait ensuite utiliser les données pour modéliser une image plus claire de ce à quoi ressemblaient les galaxies et de leur masse réelle.

"Un spectre nous dira immédiatement si ces choses sont réelles ou non", a déclaré Leja. "Cela nous montrera à quel point ils sont grands, à quelle distance ils sont. Ce qui est drôle, c'est que nous avons toutes ces choses que nous espérons apprendre de James Webb et cela n'était nulle part près du haut de la liste. Nous avons trouvé quelque chose que nous n'aurions jamais pensé demander à l'univers - et c'est arrivé bien plus vite que je ne le pensais, mais nous y sommes."

Les autres co-auteurs de l'article sont Elijah Mathews et Bingjie Wang de Penn State, Ivo Labbe de l'Université de technologie de Swinburne, Pieter van Dokkum de l'Université de Yale, Erica Nelson de l'Université du Colorado, Rachel Bezanson de l'Université de Pittsburgh, Katherine A. Suess de l'Université de Californie et de l'Université de Stanford, Gabriel Brammer de l'Université de Copenhague, Katherine Whitaker de l'Université du Massachusetts et de l'Université de Copenhague et Mauro Stefanon de l'Université de Valence.

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COMMENTAIRES

 L'observation  des données de James  Webb  et les analyses  spectrographiques soi disant primitives  et les analyses spectrographiques des éléments chimiques  de ces galaxies  peuvent

meme remettre en cause le modèle standard de la cosmologie  et pourquoi pas le Big Bang  ...Nous attebdrons donc avec impatience  la suite  des dépouillements de la  NASA

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More information: Ivo Labbe, A population of red candidate massive galaxies ~600 Myr after the Big Bang, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-05786-2. www.nature.com/articles/s41586-023-05786-2

Journal information: Nature 

Provided by Pennsylvania State University 

mardi 28 février 2023

SCIENCES ENERGIES ENVIRONNEMENT

CAALCULS EN THERMODYNAMIQUE 

AA/

Des physiciens revisitent la première loi de la thermodynamiqueE

par l'Université de Virginie-Occidentale

Les résultats des recherches menées par Paul Cassak, professeur à la WVU et directeur associé du Centre WVU pour la physique des plasmas cinétiques, ont ouvert de nouvelles perspectives sur la façon dont les scientifiques peuvent comprendre la première loi de la thermodynamique et comment les plasmas dans l'espace et les laboratoires sont chauffés. Sur cette photo, le plasma d'argon brille d'une couleur bleuâtre dans une expérience du Centre. Crédit : WVU Photo/Brian Persinger

Les physiciens de l'Université de Virginie-Occidentale ont fait une percée sur une limitation séculaire de la première loi de la thermodynamique.

Paul Cassak, professeur et directeur associé du Center for KINETIC Plasma Physics, et l'assistant de recherche diplômé Hasan Barbhuiya, tous deux du Département de physique et d'astronomie, étudient comment l'énergie est convertie dans les plasmas surchauffés dans l'espace.

Leurs découvertes, publiées dans Physical Review Letters, réorganiseront la compréhension des scientifiques sur la façon dont les plasmas dans l'espace et les laboratoires se réchauffent, et pourraient avoir une grande variété d'autres applications dans la physique et d'autres sciences.

La première loi de la thermodynamique stipule que l'énergie ne peut être ni créée ni détruite, mais qu'elle peut être convertie en différentes formes.

"Supposons que vous chauffiez un ballon", a déclaré Cassak. "La première loi de la thermodynamique vous indique à quel point le ballon se dilate et à quel point le gaz à l'intérieur du ballon devient plus chaud. La clé est que la quantité totale d'énergie provoquant la dilatation du ballon et le réchauffement du gaz est la même que la quantité de chaleur que vous mettez dans le ballon. La première loi a été utilisée pour décrire de nombreuses choses, y compris le fonctionnement des réfrigérateurs et des moteurs de voiture. C'est l'un des piliers de la physique.

Développée dans les années 1850, la première loi de la thermodynamique n'est valable que pour les systèmes dans lesquels une température peut être correctement définie, état connu sous le nom d'équilibre. Par exemple, lorsqu'elles sont combinées, une tasse d'eau froide et une tasse d'eau chaude finiront par atteindre une température chaude entre elles. Cette température chaude est l'équilibre. Cependant, lorsque l'eau chaude et l'eau froide n'ont pas encore atteint ce point final, l'eau est hors d'équilibre.

De même, dans de nombreux domaines de la science moderne, les systèmes ne sont pas en équilibre. Pendant plus de 100 ans, les chercheurs ont tenté d'étendre la première loi aux matériaux communs non en équilibre, mais de telles théories ne fonctionnent que lorsque le système est presque là, lorsque l'eau chaude et l'eau froide sont presque mélangées. Les théories ne fonctionnent pas, par exemple, dans les plasmas spatiaux, qui sont loin de l'équilibre.

Les travaux de Cassak et Barbhuiya comblent les lacunes de cette limitation.

"Nous avons généralisé la première loi de la thermodynamique pour les systèmes qui ne sont pas en équilibre", a déclaré Cassak. "Nous avons fait un calcul au crayon et au papier pour trouver la quantité d'énergie associée au fait que la matière n'est pas en équilibre, et cela fonctionne que le système soit proche ou éloigné de l'équilibre."

Leurs recherches ont de nombreuses applications potentielles. La théorie aidera les scientifiques à comprendre les plasmas dans l'espace, ce qui est important pour se préparer à la météo spatiale. La météo spatiale se produit lorsque d'énormes éruptions dans l'atmosphère solaire projettent du plasma surchauffé dans l'espace. Cela peut entraîner des problèmes tels que des pannes de courant, des interruptions des communications par satellite et le réacheminement des avions.

"Le résultat représente une très grande étape de notre compréhension", a déclaré Cassak. "Jusqu'à présent, l'état de l'art dans notre domaine de recherche consistait à tenir compte de la conversion d'énergie uniquement associée à l'expansion et au chauffage, mais notre théorie fournit un moyen de calculer toute l'énergie  en  situation de ne pas être en équilibre."

"Parce que la première loi de la thermodynamique est si largement utilisée", a déclaré Barbhuiya, "nous espérons que les scientifiques d'un large éventail de domaines pourront utiliser nos résultats".

Par exemple, il peut être utile pour étudier les plasmas à basse température - qui sont importants pour la gravure dans l'industrie des semi-conducteurs et des circuits - ainsi que dans d'autres domaines comme la chimie et l'informatique quantique. Cela pourrait également aider les astronomes à étudier l'évolution des galaxies dans le temps.

Des recherches révolutionnaires liées à Cassak et Barbhuiya sont menées dans PHASMA, l'expérience PHAse Space MApping, au Centre WVU pour la physique des plasmas computationnelle expérimentale, théorique et intégrée KINetic.

"PHASMA effectue des mesures spatiales de la conversion d'énergie dans des plasmas qui ne sont pas en équilibre. Ces mesures sont totalement uniques au monde", a déclaré Cassak.

De même, la percée que lui et Barbhuiya ont faite changera le paysage de la physique des plasmas et de l'espace, un exploit qui n'arrive pas souvent.

"Il n'y a pas beaucoup de lois de la physique - les lois de Newton, les lois de l'électricité et du magnétisme, les trois lois de la thermodynamique et les lois de la mécanique quantique", a déclaré Duncan Lorimer, professeur et directeur par intérim du Département de physique et d'astronomie. « Prendre l'une de ces lois qui existe depuis plus de 150 ans et l'améliorer est une réalisation majeure.

"Ce nouveau résultat de premiers principes dans la mécanique statistique hors équilibre appliquée aux plasmas est un excellent exemple de la recherche universitaire rendue possible par la mission de la NSF" de promouvoir le progrès de la science "", a déclaré Vyacheslav Lukin, directeur du programme de physique des plasmas dans le Division de physique de la NSF.

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COMMENT IRES

 J 'ignore quels prolongements réels  aura cet article   sur  la mécanique statistique   des phases   évolutives hors équilibre  ..Et  j 'imagine que les chercheurs  des propriétés des plasmas  utilisés en fusion nucléaire  en tireront profit  ...     Je croyais  qu' IKYA PRIGOGINE   Nobel 77 avait  avec ''La fin des certitudes''  déconstruit la thermodynamique  et  le modèle  figé de l'univers  deterministe ....Visiblement cet article  montre que  je n avais pas tout prévu  .!..

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More information: Paul A. Cassak et al, Quantifying Energy Conversion in Higher-Order Phase Space Density Moments in Plasmas, Physical Review 

Des physiciens revisitent la première loi de la thermodynamiqueE

par l'Université de Virginie-Occidentale

Les résultats des recherches menées par Paul Cassak, professeur à la WVU et directeur associé du Centre WVU pour la physique des plasmas cinétiques, ont ouvert de nouvelles perspectives sur la façon dont les scientifiques peuvent comprendre la première loi de la thermodynamique et comment les plasmas dans l'espace et les laboratoires sont chauffés. Sur cette photo, le plasma d'argon brille d'une couleur bleuâtre dans une expérience du Centre. Crédit : WVU Photo/Brian Persinger

Les physiciens de l'Université de Virginie-Occidentale ont fait une percée sur une limitation séculaire de la première loi de la thermodynamique.

Paul Cassak, professeur et directeur associé du Center for KINETIC Plasma Physics, et l'assistant de recherche diplômé Hasan Barbhuiya, tous deux du Département de physique et d'astronomie, étudient comment l'énergie est convertie dans les plasmas surchauffés dans l'espace.

Leurs découvertes, publiées dans Physical Review Letters, réorganiseront la compréhension des scientifiques sur la façon dont les plasmas dans l'espace et les laboratoires se réchauffent, et pourraient avoir une grande variété d'autres applications dans la physique et d'autres sciences.

La première loi de la thermodynamique stipule que l'énergie ne peut être ni créée ni détruite, mais qu'elle peut être convertie en différentes formes.

"Supposons que vous chauffiez un ballon", a déclaré Cassak. "La première loi de la thermodynamique vous indique à quel point le ballon se dilate et à quel point le gaz à l'intérieur du ballon devient plus chaud. La clé est que la quantité totale d'énergie provoquant la dilatation du ballon et le réchauffement du gaz est la même que la quantité de chaleur que vous mettez dans le ballon. La première loi a été utilisée pour décrire de nombreuses choses, y compris le fonctionnement des réfrigérateurs et des moteurs de voiture. C'est l'un des piliers de la physique.

Développée dans les années 1850, la première loi de la thermodynamique n'est valable que pour les systèmes dans lesquels une température peut être correctement définie, état connu sous le nom d'équilibre. Par exemple, lorsqu'elles sont combinées, une tasse d'eau froide et une tasse d'eau chaude finiront par atteindre une température chaude entre elles. Cette température chaude est l'équilibre. Cependant, lorsque l'eau chaude et l'eau froide n'ont pas encore atteint ce point final, l'eau est hors d'équilibre.

De même, dans de nombreux domaines de la science moderne, les systèmes ne sont pas en équilibre. Pendant plus de 100 ans, les chercheurs ont tenté d'étendre la première loi aux matériaux communs non en équilibre, mais de telles théories ne fonctionnent que lorsque le système est presque là, lorsque l'eau chaude et l'eau froide sont presque mélangées. Les théories ne fonctionnent pas, par exemple, dans les plasmas spatiaux, qui sont loin de l'équilibre.

Les travaux de Cassak et Barbhuiya comblent les lacunes de cette limitation.

"Nous avons généralisé la première loi de la thermodynamique pour les systèmes qui ne sont pas en équilibre", a déclaré Cassak. "Nous avons fait un calcul au crayon et au papier pour trouver la quantité d'énergie associée au fait que la matière n'est pas en équilibre, et cela fonctionne que le système soit proche ou éloigné de l'équilibre."

Leurs recherches ont de nombreuses applications potentielles. La théorie aidera les scientifiques à comprendre les plasmas dans l'espace, ce qui est important pour se préparer à la météo spatiale. La météo spatiale se produit lorsque d'énormes éruptions dans l'atmosphère solaire projettent du plasma surchauffé dans l'espace. Cela peut entraîner des problèmes tels que des pannes de courant, des interruptions des communications par satellite et le réacheminement des avions.

"Le résultat représente une très grande étape de notre compréhension", a déclaré Cassak. "Jusqu'à présent, l'état de l'art dans notre domaine de recherche consistait à tenir compte de la conversion d'énergie uniquement associée à l'expansion et au chauffage, mais notre théorie fournit un moyen de calculer toute l'énergie  en  situation de ne pas être en équilibre."

"Parce que la première loi de la thermodynamique est si largement utilisée", a déclaré Barbhuiya, "nous espérons que les scientifiques d'un large éventail de domaines pourront utiliser nos résultats".

Par exemple, il peut être utile pour étudier les plasmas à basse température - qui sont importants pour la gravure dans l'industrie des semi-conducteurs et des circuits - ainsi que dans d'autres domaines comme la chimie et l'informatique quantique. Cela pourrait également aider les astronomes à étudier l'évolution des galaxies dans le temps.

Des recherches révolutionnaires liées à Cassak et Barbhuiya sont menées dans PHASMA, l'expérience PHAse Space MApping, au Centre WVU pour la physique des plasmas computationnelle expérimentale, théorique et intégrée KINetic.

"PHASMA effectue des mesures spatiales de la conversion d'énergie dans des plasmas qui ne sont pas en équilibre. Ces mesures sont totalement uniques au monde", a déclaré Cassak.

De même, la percée que lui et Barbhuiya ont faite changera le paysage de la physique des plasmas et de l'espace, un exploit qui n'arrive pas souvent.

"Il n'y a pas beaucoup de lois de la physique - les lois de Newton, les lois de l'électricité et du magnétisme, les trois lois de la thermodynamique et les lois de la mécanique quantique", a déclaré Duncan Lorimer, professeur et directeur par intérim du Département de physique et d'astronomie. « Prendre l'une de ces lois qui existe depuis plus de 150 ans et l'améliorer est une réalisation majeure.

"Ce nouveau résultat de premiers principes dans la mécanique statistique hors équilibre appliquée aux plasmas est un excellent exemple de la recherche universitaire rendue possible par la mission de la NSF" de promouvoir le progrès de la science "", a déclaré Vyacheslav Lukin, directeur du programme de physique des plasmas dans le Division de physique de la NSF.

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