Théories prédictives quantitatives par intégration de la thermodynamique quantique, statistique, d'équilibre et hors équilibre

Résumé Aujourd'hui, la thermodynamique repose en grande partie sur la loi combinée pour les systèmes à l'équilibre et la mécanique statistique dérivée par Gibbs en 1873 et 1901, respectivement, tandis que la thermodynamique irréversible pour les systèmes hors équilibre repose essentiellement sur le théorème d'Onsager en tant que branche distincte de la thermodynamique développée dans les années 1930. Entre ces deux, la mécanique quantique a été inventée et résolue quantitativement en termes de théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) dans les années 1960. Ces trois domaines scientifiques fonctionnent selon des principes différents et sont très séparés les uns des autres. Par analogie à la parabole des aveugles et de l'éléphant articulée par Perdew, ils représentent individuellement différentes parties d'un système complexe et sont donc incomplets à eux seuls, entraînant un manque de concordance quantitative entre leurs prédictions et les observations expérimentales. Au cours des deux dernières décennies, le groupe de l'auteur a développé une approche d'entropie multi-échelles (récemment appelée théorie de la zentropie) qui intègre la mécanique quantique basée sur la DFT et la mécanique statistique de Gibbs et est capable de prédire avec précision l'entropie et l'énergie libre des systèmes complexes. De plus, en combinaison avec la loi combinée pour les systèmes hors équilibre présentée par Hillert, l'auteur a développé la théorie des phénomènes croisés au-delà du théorème phénoménologique d'Onsager. La théorie de la zentropie et la théorie des phénomènes croisés fournissent conjointement des théories prédictives quantitatives pour les systèmes de l'échelle électronique à toute échelle observable, comme examiné dans le présent travail.