第一章 なぜ永久機関は実現不可能なのか
まとめ 〜 第二種永久機関ができない理由
2006/08/21  

これまでに私は、過去に考えられてきた永久機関の例と、なぜそれらの永久機関ができないのかという理由を説明してきた。 第二種永久機関ができない理由は何かと聞かれれば「エントロピーは増大するから」という答が最もありきたりであろう。 しかし、この答は肝心の内容を「エントロピー」という言葉に置き換えただけに過ぎない。 改めて「それではエントロピーとは何か、なぜエントロピーは増大するのか?」と問われれば、これまで述べてきたような長い説明をしなければならない。 エントロピーという概念は非常に広範囲に適応できるので、その全てを知ろうとするのは少なからず大変なことだと思う。

ここで、改めて最初の質問「なぜ第二種永久機関はできないのか」に立ち返えろう。 まず最初の答えは「試しに幾つかやってみてできなかった」というものだった (第二種永久機関、マクロな例第二種永久機関、さらなる例)。 次に分子の熱運動を直接取り出せないかどうか考えて「ばらばらになった運動を一つに揃えることはできない」という結論を得た (第二種永久機関 〜 Feynman's Latchet と Maxwellの悪魔)。 さらに、分子の熱運動を予め知っていれば仕事が取り出せるのではないかと考えたのだが、「分子の運動を観測して情報を取り出す為には相応のエネルギーが必要」ということで結局これもだめであった (Szilardの悪魔)。 以上の話をまとめて、なぜ第二種永久機関ができないのか、ずばり答えよう。 それは
  「複数の異なる原因(初期条件)から同一の結果を得ることができない」
からである。

例えば分子運動の向きを揃える一方通行の弁(第二種永久機関 〜 Feynman's Latchet と Maxwellの悪魔)。 これは分子が右からきた場合も左からきた場合も、結果としてどちらか一方方向だけに向くという装置である。 しかし、仮に2通りの分子が1通りになったとしたら、その代償に何かが2通りになっていなければならない。 弁のような装置なら、弁自体が熱を持つ、つまり2通りのどちらかわからない運動を始めるこのによって因果律は満たされる。 また、左右どちらかの部屋に入っている分子を観測して一方に決めようとする試み(Szilardの悪魔)。 確かに観測すれば分子がどちらに入っているのか分かるだろうが、分子の状態が一つになったかわりに、観測に用いた何かが2通りになっていなければならない。 例えば観測に光を使えば、観測後の光の状態は2通りとなる。 仮に観測後の2状態となった光を何らかの物理的実在=メモリーに保持したとすれば、メモリーを消去して1状態に戻す際にどうしてもエネルギーの散逸が避けられない。 ここまでの話は多分に思弁的なものであったが、同じ考え方が実際の熱機関にも適用できる。 熱機関が温度差を必要とするのは、低温への廃熱という形で場合の数を捨て去らねばならないからである (なぜ熱機関には温度差が必要なのか)。 このため熱機関の効率は高温と低温の温度によって決まってしまい、どんなにがんばってもこの効率を越えることはできない。

以上より、また過去の経験の蓄積より得られる結論は、やはり「第二種永久機関は実現不可能」ということだ。 いかなる装置、方法を用いてもエントロピーを減少させることはできない。 科学にはあらゆる既成事実を疑ってかかる態度が必要だが、どうやら第二種永久機関について疑いの余地はなさそうだ。 本論では、「第二種永久機関は不可能」という事実をはっきり認めている。 そして、これまでエントロピーの説明に長々と紙面を割いてきたのは、具体的に何が不可能なのかを知って欲しかったからである。 私は、第二種永久機関ができない根本の理由は「複数の異なる原因(初期条件)から同一の結果を得ることができない」からだと説明した。

本論の最終的な目的は「熱を利用可能なエネルギーに変える仕組みの実現は不可能ではない」ことを示す所にある。 しかしこれは、どう見てもたった今不可能と結論付けた第二種永久機関ではないか。 もし「熱を利用可能なエネルギーに変える仕組み」が実現できるのであれば、それは上記の理由「異なる原因から同一の結果を得ることは不可能」を何らかの方法で回避したものでなければならない。 私は、これから提唱する「実現可能な仕組み」を「第二種永久機関」とは呼ばない。 なぜなら、「実現可能な仕組み」はエントロピーを減少させる装置ではないからである。 エントロピーはやはり増大する。 エントロピーが増大しながらも、なおかつ利用可能なエネルギーを取り出す方法が存在する、これが私の主張である。

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