Physique en une minute : Espace de configuration

Un espace de configuration d’un système physique vous donne tous les états possibles dans lesquels il peut se trouver. Par exemple, si le système est constitué d’une molécule d’air se déplaçant dans une pièce, l’espace de configuration peut être constitué de tous les points de la pièce: c’est toutes les positions auxquelles la particule pourrait se trouver, et c’est une partie de l’espace 3D ordinaire tel que nous le connaissons. Chaque point de cet espace de configuration peut être pointé par trois coordonnées .

Où sont toutes les molécules d’air ?

Si vous avez deux molécules d’air, l’espace de configuration est constitué de toutes les configurations possibles des deux molécules, il est donc constitué de paires de points de l’espace 3D. Si la particule 1 est au point et de particules de 2 est au point , alors que la configuration correspond au point dans l’espace de configuration. Nous ne pouvons plus visualiser cet espace car il est à six dimensions. Ce n’est cependant pas un problème, car nous savons qu’il représente deux particules dans l’espace 3D ordinaire.

Si vous avez beaucoup de molécules d’air dans votre pièce (ce que nous espérons que vous le ferez, sinon vous seriez mort), l’espace de configuration a beaucoup et beaucoup de dimensions: s’il y a particules, alors l’espace de configuration a dimensions, trois pour chaque particule.

Vous pouvez également encoder des informations sur le mouvement des molécules, par exemple leur élan, dans l’espace de configuration. L’élan a trois composantes, une pour chaque direction dans l’espace. Par conséquent, si nous incluons l’élan, chaque particule contient six informations (trois pour la position et trois pour l’élan). L’espace de configuration d’un système de particules a maintenant des dimensions .

Cela montre que l’espace de configuration, bien que basé sur notre notion ordinaire d’espace 3D, peut être beaucoup plus compliqué que l’espace 3D ordinaire. Ce qui précède s’applique à la physique classique telle que nous l’apprenons au lycée. En mécanique quantique, cependant, les choses deviennent beaucoup plus complexes et subtiles. Dans ce cas, l’espace de configuration peut être encore plus exotique.