L'énergie n'est pas une chose

Réponse publiée sur Quora

L’ énergie n’est pas une chose, un fluide mystérieux, ni une propriété de la matière comme la masse . Ce n’est qu’une mesure, une valeur mathématique qui reste constante lors des transformations d’un système isolé. C’est l’invariant par translation dans le temps selon le Théorème de Noether.

Il en résulte que l’ “énergie pure” n’existe pas.

L’énergie potentielle

Dans un cours de mécanique classique, on résout de très nombreux problèmes en introduisant l’énergie potentielle E=m.g.h que “possède” un corps de masse m à une hauteur h dans le champ de gravité d’accélération g. Mais comment le corps a-t-il acquis cette énergie ?

Si on soulève un caillou du sol, on peut encore se dire que l’énergie dépensée pour le soulever est magiquement passée dans le caillou. Mais si le caillou était au bord d’une falaise et qu’on le fait basculer d’une pichenette, comment le caillou a-t-il “su” qu’il avait soudain de l’énergie potentielle ? Et comment a-t-il mesuré la hauteur de la falaise pour savoir combien d’énergie potentielle il devait convertir en énergie cinétique pendant sa chute ?

C’est là qu’il faut se souvenir que l’énergie se conserve dans un système isolé, donc bien définir le système considéré. Le même caillou peut avoir une petite énergie potentielle quand je le soulève dans le système “caillou+sol+moi” et une grande énergie potentielle dans le système “caillou, falaise, plage 100m plus bas”.

Donc l’énergie potentielle n’est pas de l’énergie liée au caillou mais au “potentiel ” du système. C’est juste un nombre qui permet au système de conserver une énergie constante. D’ailleurs l’expression E=m.g.h dépend autant de la masse du caillou que de la gravité (ici terrestre) et de la hauteur.

E=m.c^2 et l’ “équivalence masse-énergie”

Einstein n’a pas écrit “E=mc^2” dans le sens d’une équivalence. Ce qu’il a écrit dans [1] et qui est parfaitement exact, c’est

si un corps perd une énergie L sous forme de rayonnement, sa masse diminue de L/c^2.

Le mot important c’est “rayonnement” : une perte de masse produit l’émission de particules dotées de l’énergie correspondante. Par exemple l’annihilation matière-antimatière produit des photons gamma (= à haute énergie).

Référence:

1. Albert Einstein “Does the Inertia of a Body Depend upon its Energy-Content? ” 1905