要約 〜 ここには何が書かれているのか?
2006/08/15
分子の熱運動は、たとえ温度差が無くても、動力源として利用することができる。
理論的には熱運動のみを動力源として、現実的には熱運動以外の動力源を補助的に用いて、従来の熱機関(カルノーサイクル)よりずっと効率のよい分子モーター(分子程度の大きさのモーター)を作ることができる。
熱力学第二法則によれば、温度差のない状態下で分子の熱運動を動力源として利用するのは不可能ということだった。
しかし、よく考えてみると不可能なのは
なぜ「不確定な時刻」であれば利用可能なのか。
「わからないまま利用する」とは一体どういうことか。
例えば、取り出される時刻が1秒後、2秒後、3秒後のいずれかわからないエネルギーというのは「3通り」の場合の数を持つ。
このとき、たとえエネルギーの元になった熱運動が「3通り」の場合の数を持っていたとしても、場合の数についてのつじつまは合っている。
この例では3通り相当のエネルギー、E=kT*ln(3) を取り出すことができる。
エネルギーが取り出される時刻がわからないことには、本質的な意味があるのだろうか。 そうはならない。 異なる時刻に取り出されたエネルギーを、何の損失も無しに確定的な時刻に作用するエネルギーに変える物理的手段が存在しないのである。
場合の数についてつぶさに考察すれば、たとえ上記の様な「時刻不確定なエネルギー」が取り出せたとしても熱力学第二法則には反していないことが解る。
従って「時刻不確定なエネルギー」の利用は第二種永久機関では無く、熱力学第二法則の例外でも無い。
熱運動を利用するためには「エネルギーが取り出される時刻が不確定であること」が必要条件だったのである。
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