19世紀イギリスの物理学者、James Clerk Maxwell は「Theory of Heat(熱の理論)(1871)」という著書の中で、次の様なパラドックスを提起した。

簡単に言えばこういうことだ。
「もし分子をも操作する器用な指先と、知性を兼ね備えた悪魔の様な存在があったならば、 空気分子の熱運動からいくらでも利用可能なエネルギーを取り出すことが可能になるだろう。」

このパラドックスは、その後、多くの物理学者たちを悩ませて続けてきた。 熱運動から利用可能なエネルギーを無尽蔵に取り出す能力を持つ悪魔、これは即ち物理法則に反する永久機関ということになる。 このような存在が現実にあり得るとは到底考えにくい。 学者たちは、この悪魔のパラドックスのどこに論理的矛盾があるのか、解決するのに腐心した。 そして、問題の完全な解決を見るまでには、実に１００年以上もの歳月が流れたのである。

　　・・・しかし、悪魔は根絶してはいなかった・・・

１００年に及ぶ狩りの目を逃れ、悪魔は密かに生き続け、復活の時を待っていたのだ。 真っ当な物理学では、悪魔のパラドックスは既に片づいた問題とされている。 しかし、本当に全ての疑念が晴れたのだろうか？

ここで、多くの人が解決済みと信じている悪魔のパラドックスを、いま一度甦らせてみたい。 単に実現不可能な架空のお話ではいささか面白くない。 ここではあえて天の邪鬼的な立場、つまり悪魔を擁護する側の立場に立って話を進めたいと思う。

　　悪魔は存在する。

つまり、分子の熱運動から利用可能なエネルギーを取り出す方法が存在するのだ。

「もしそんなことができたなら、熱力学の法則はめちゃくちゃになってしまうのではないか？」
「それは、実現不可能と言われて続けてきた永久機関なのではないか？」

悪魔と言えども熱力学の法則を犯すことはできない。 それでも悪魔が存在するとはどういうことか？ 実は、悪魔と熱力学の法則とが共存できる狭い道がある。 物理法則が許す範囲内で、ほんのわずかな隙間ではあるが、悪魔の居場所がある。

改めて断っておくが、本論は永久機関〜第二種永久機関が実現できるといったお話ではない。 第二種永久機関は実現できない。 これは世界中の良識ある人々が認める、厳然たる事実である。 本論中でも随所で、第二種永久機関が実現できないことを論拠としている。 にもかかわらず、熱運動を温度差無しに直接利用する方法が存在する。 つまり、ここで言うMaxwellの悪魔は第二種永久機関とは別物なのである。 それは、全く何の制限も無く無尽蔵に利用可能なエネルギーを生み出す仕組みではない。 熱力学の法則のために、悪魔の挙動には強い制約が課せられている。 この制約を含めて悪魔の姿を思い描くと、どうも永久機関とは呼び難いものに収斂する。 それでも、いかに熱力学の法則が絶対であっても、悪魔を完全に根絶することはできなかった。 悪魔は生き残ったのである。

それでは、ここで言う「強い制約」とは一体何なのか？
どこまでが可能で、どこからが不可能なのか？
これらを明らかにしてゆくのが本論の目的である。

本論で言わんとする可能と不可能の境界線は、実に微妙な場所に位置している。 歯がゆい話だが、たった一言で結論を言い切るのはなかなか難しい。 また、結論の真偽はともかくとして、ここでの話を理解するためには熱・統計力学に関する予備知識が必要となってくる。 本論では、まず必要となる予備知識を説明する。 その上で、悪魔は実現可能だという挑戦的な議論を試みよう。

最初の提唱者のMaxwellも、悪魔の存在を頭から信じていたわけではあるまい。 これまでの過去に、悪魔のパラドックスから永久機関は生まれなかったが、熱・統計力学と情報理論の接点についての深い考察が成されてきた。 この意味で、Maxwellの悪魔は充分にその役割を果たしてきたわけだ。

今ここで、私は議論され尽くしたパラドックスを、いま一度提起しようとしている。 ここから短絡的に永久機関が生まれるとはにわかに信じ難いが、ひょっとすると何らかの新しい視点が開けるかもしれない。 さらにひょっとすると、夢のような「分子モーター」の実現につながる可能性もゼロではない。

本論の内容は、実験事実に基づく学術的な報告ではなく、単なる作業仮説に過ぎない。 統計学の帰無仮説のように、全ての文末に「〜という可能性は否定されない」という句を付け足さねばならないだろう。 しかしそれでは、あまりいにも言い訳がましく、歯切れが悪い。 いかなる内容であれ、不可能を可能にするストーリーには、夢がある。 願わくば、そんな夢を大切にしたいものである。