2013年11月26日
宇宙の始まりと、マクスウェルの悪魔
先々週から呼吸器系の調子が悪く、臥せっている日々が続いています。
「真綿で首を締めるような～」という言い回しがありますが、私の場合は文字通り、真綿で喉を締められている感じで、一回づつ呼吸するのにさえ困難を感じてしまいます。朝、起きた時に肺が痛いのも気になるところです。
風邪が治れば解決するだろうと思って、病院から頂いた薬を飲んでいますが、症状が出てから大分経っているので、肺炎とかじゃなきゃ良いなと思い始めています。
以上、近況報告です。
ところで、最近、宇宙の始まりとか素粒子とかいう世界に興味があり、本やテレビ番組を見聞きしています。
宇宙の始まりと聞くと、だれもが事実としてビックバンだと答えると思います。
では、ビッグバンはどうなって出来たのか、というと、まだ定説がない状況のようです。
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「真綿で首を締めるような～」という言い回しがありますが、私の場合は文字通り、真綿で喉を締められている感じで、一回づつ呼吸するのにさえ困難を感じてしまいます。朝、起きた時に肺が痛いのも気になるところです。
風邪が治れば解決するだろうと思って、病院から頂いた薬を飲んでいますが、症状が出てから大分経っているので、肺炎とかじゃなきゃ良いなと思い始めています。
以上、近況報告です。
ところで、最近、宇宙の始まりとか素粒子とかいう世界に興味があり、本やテレビ番組を見聞きしています。
宇宙の始まりと聞くと、だれもが事実としてビックバンだと答えると思います。
では、ビッグバンはどうなって出来たのか、というと、まだ定説がない状況のようです。
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その説の一つに、無から突如、生まれたエネルギーが、膨張して爆発したのがビッグバンだ、というのがあります。
ホーキングさんが言っていたかと記憶しています。
空間も時間もない世界でエネルギーが溜まってぼこぼこしているところがあって、突然そこからポンとエネルギーの塊が飛び出すそうです。そしてその塊が膨張して爆発したのがビックバンです。
なんだそりゃ。
空間も時間もない世界があると言われても、本当なの？って思うのが普通です。
そのへんをちゃんと知りたくなると専門的な知識が必要になり、今ちょっとづつ本を読みながら勉強しているところですが、私の理解速度は非常に遅く、まださっぱりわかりません(笑)
そんな中、無からエネルギーなんて話しから、ひょんなことで、「マクスウェルの悪魔」の話を見つけました。
どんな話かというと、室内を仕切って2つにした部屋で、仕切りには小さい扉があり、そこに小さい悪魔（マクスウェルの悪魔）がいます。
マクスウェルの悪魔は、扉を開閉させて空気中にある速い分子を一方の部屋へ通らせ、遅い分子をもう一方の部屋へ通り抜けられるように穴を開閉します。
なお、扉の開閉に要するエネルギーは無視できるという設定になっています。
この場合、悪魔はただ穴の開閉をしているだけなので、悪魔は分子に何のエネルギーを与えないで、速い分子の部屋と遅い分子の部屋、すなわち熱量の高い部屋と低い部屋を作り出すことになります。
すなわち、悪魔は扉の開閉をしているだけで、仕事をしていないことになります。
そんなことが出来たら、エネルギーの第2原則にある「.熱を低温の物体から高温の物体へ移動させ、それ以外に何の変化も起こさないような過程は実現不可能である。（クラウジウスの原理）」を破ることになります。
この「マクスウェルの悪魔」騒動、発表されたのは1870年前後で、以来、100年ほど解決されない問題だったそうですが、1961年に発見されたランダウアーの原理を用いて、悪魔の作業の中には情報の消去という作業が開閉の度にあり、そこでエネルギーが要ることを示して一応、決着がついたそうです。
「マクスウェルの悪魔」の仕事内容
1．悪魔は，飛んできた気体粒子が速いかどうかを観測する。
2．観測して得た情報を記憶する。
3．扉を操作して気体分子を通過させる。
4．先に得た記憶を消去して次の粒子の到来に備える。
（悪魔の仕事の中身とエネルギーの話しの詳細は、こちらの中央あたりを読んで下さい。⇒Maxwellの悪魔の実現）
この内容の4番目である、先に得た記憶を消去して次の粒子の到来に備えるときに、エネルギーを要すのだそうです。
例えば，左右に同じ大きさの部屋に分かれた箱があって右の部屋にボールが入っていると言う情報を消去するにはkBT ln2だけのエネルギーが必要なことをランダウアーの原理は示すとのことです。
（kBT ln2の産出とか意味とかは、これまた難しい話しになるので、今回は放っておきましょう。）
さらに2009年には、悪魔の仕事内容1．粒子の速度の情報を得る段階、においてもエネルギーを要すことが証明されました。
こうして「マクスウェルの悪魔」は葬り去られたかにみえましたが、「マクスウェルの悪魔」の理解を、エネルギーを使って情報を手にいれ，それによって気体分子に直接働きかけることなくその動きを制御することだとすると、実現できた、という話です。
それが、2010年11月に東京大学と中央大学が協同で発表した、下記の実験です。
Maxwellの悪魔の実現
これを読んでも素人には理解できないところが多く、やっぱり基礎から勉強しないと駄目なんだなと思ってしまいましたが、それでも、実験で実現できたということが凄い、ということはわかります。
あとはやはり、悪魔のエネルギー消費が限りなく0に近い物ができたらと、思わずにいられません。
太陽エネルギー、風力、水力、地熱、潮力、磁力．．．、自然エネルギーは色々ありますが、私なんかは、万有引力という物質の間に働く力を、もっと小さいレベルで取り出して集められたらと思います。
万有引力は、それこそ無限にあるからです。
いつかまた天才が現れて、万有引力で動く乗り物とか、万有引力で取り出したエネルギーを使ったオール万有引力住宅とか作ってくれないかな、って思います。
現実離れした話しをちょっと書いてしまいましたが、ついでにもう一つだけ。
エコのため人側の意識・行為変容も大切ですが、一方で、効率の良いエネルギーの変換システムや使用機器の進化がもっと進めば、使用する人に負荷をかけずにもっと楽で素晴らしい世界が作れるんじゃないかなと、私は思います。
決して、リサイクルやごみの分別とか、クールビズなどを否定するものではありません。それも大切なことです。
ただし、費用対効果や、それによりかかるストレスの程度により、一概に全て良いとは言えないと思います。
何のためにエコをするのか、そのためにどこまで代わりに差しだすのかを、立ち止まってもう一度考えることも必要だと思うのです。
ホーキングさんが言っていたかと記憶しています。
空間も時間もない世界でエネルギーが溜まってぼこぼこしているところがあって、突然そこからポンとエネルギーの塊が飛び出すそうです。そしてその塊が膨張して爆発したのがビックバンです。
なんだそりゃ。
空間も時間もない世界があると言われても、本当なの？って思うのが普通です。
そのへんをちゃんと知りたくなると専門的な知識が必要になり、今ちょっとづつ本を読みながら勉強しているところですが、私の理解速度は非常に遅く、まださっぱりわかりません(笑)
そんな中、無からエネルギーなんて話しから、ひょんなことで、「マクスウェルの悪魔」の話を見つけました。
どんな話かというと、室内を仕切って2つにした部屋で、仕切りには小さい扉があり、そこに小さい悪魔（マクスウェルの悪魔）がいます。
マクスウェルの悪魔は、扉を開閉させて空気中にある速い分子を一方の部屋へ通らせ、遅い分子をもう一方の部屋へ通り抜けられるように穴を開閉します。
なお、扉の開閉に要するエネルギーは無視できるという設定になっています。
この場合、悪魔はただ穴の開閉をしているだけなので、悪魔は分子に何のエネルギーを与えないで、速い分子の部屋と遅い分子の部屋、すなわち熱量の高い部屋と低い部屋を作り出すことになります。
すなわち、悪魔は扉の開閉をしているだけで、仕事をしていないことになります。
そんなことが出来たら、エネルギーの第2原則にある「.熱を低温の物体から高温の物体へ移動させ、それ以外に何の変化も起こさないような過程は実現不可能である。（クラウジウスの原理）」を破ることになります。
この「マクスウェルの悪魔」騒動、発表されたのは1870年前後で、以来、100年ほど解決されない問題だったそうですが、1961年に発見されたランダウアーの原理を用いて、悪魔の作業の中には情報の消去という作業が開閉の度にあり、そこでエネルギーが要ることを示して一応、決着がついたそうです。
「マクスウェルの悪魔」の仕事内容
1．悪魔は，飛んできた気体粒子が速いかどうかを観測する。
2．観測して得た情報を記憶する。
3．扉を操作して気体分子を通過させる。
4．先に得た記憶を消去して次の粒子の到来に備える。
（悪魔の仕事の中身とエネルギーの話しの詳細は、こちらの中央あたりを読んで下さい。⇒Maxwellの悪魔の実現）
この内容の4番目である、先に得た記憶を消去して次の粒子の到来に備えるときに、エネルギーを要すのだそうです。
例えば，左右に同じ大きさの部屋に分かれた箱があって右の部屋にボールが入っていると言う情報を消去するにはkBT ln2だけのエネルギーが必要なことをランダウアーの原理は示すとのことです。
（kBT ln2の産出とか意味とかは、これまた難しい話しになるので、今回は放っておきましょう。）
さらに2009年には、悪魔の仕事内容1．粒子の速度の情報を得る段階、においてもエネルギーを要すことが証明されました。
こうして「マクスウェルの悪魔」は葬り去られたかにみえましたが、「マクスウェルの悪魔」の理解を、エネルギーを使って情報を手にいれ，それによって気体分子に直接働きかけることなくその動きを制御することだとすると、実現できた、という話です。
それが、2010年11月に東京大学と中央大学が協同で発表した、下記の実験です。
Maxwellの悪魔の実現
これを読んでも素人には理解できないところが多く、やっぱり基礎から勉強しないと駄目なんだなと思ってしまいましたが、それでも、実験で実現できたということが凄い、ということはわかります。
あとはやはり、悪魔のエネルギー消費が限りなく0に近い物ができたらと、思わずにいられません。
太陽エネルギー、風力、水力、地熱、潮力、磁力．．．、自然エネルギーは色々ありますが、私なんかは、万有引力という物質の間に働く力を、もっと小さいレベルで取り出して集められたらと思います。
万有引力は、それこそ無限にあるからです。
いつかまた天才が現れて、万有引力で動く乗り物とか、万有引力で取り出したエネルギーを使ったオール万有引力住宅とか作ってくれないかな、って思います。
現実離れした話しをちょっと書いてしまいましたが、ついでにもう一つだけ。
エコのため人側の意識・行為変容も大切ですが、一方で、効率の良いエネルギーの変換システムや使用機器の進化がもっと進めば、使用する人に負荷をかけずにもっと楽で素晴らしい世界が作れるんじゃないかなと、私は思います。
決して、リサイクルやごみの分別とか、クールビズなどを否定するものではありません。それも大切なことです。
ただし、費用対効果や、それによりかかるストレスの程度により、一概に全て良いとは言えないと思います。
何のためにエコをするのか、そのためにどこまで代わりに差しだすのかを、立ち止まってもう一度考えることも必要だと思うのです。
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