基本に戻って

最近、時間があると基本的な事を色々考えている。例えば

  • 熱って何?
  • エネルギーって何?
  • 光って何?
  • 空はなぜ青いのだろうか?
  • マックスウエルの悪魔は本当に居ないの?

飛行機の中とか時差ぼけのホテルのベッドの中で空が白んで行くのを見ている時や、銭湯や三温暖でぼ〜としている時には、こういう試行錯誤が楽しい。
LEDはどうして光るのか?太陽光発電パネルはどうして発電出来るのか?という質問に(得意のホワイトボードを使って)簡単に答えるにはどうすれば良いのだろうといつも考えているが、答え方を頭の中でシミュレーションしていると大体パニックになる。実は自分がよく分かっていないのである。
さて、2ヶ月ほど前に新幹線に乗る前に何の本も持っていない事に気がつき、売店で右記の本を買った。「まあ、2時間もあれば読めるや」と思ったが、ざっと読んでみて「う〜〜ん」とうなってしまった。いままで分かっていたつもりの熱力学の第2法則が分かっていない事がよく分かった。おもわず、「こんな本読まなきゃ良かった」と思ってしまった。
で、WikiPediaで「マクスウェルの悪魔(http://ja.wikipedia.org/wiki/マクスウェルの悪魔)」を調べてみるとさらに混乱を深めて行く事になる。このWikiPediaの記述ではコンピューターのメモリとの関連で色々書いてあるがはっきり言って良く分からん。以下抜粋。(太字は筆者による)

レオン・ブリユアンとデニス・ガボールは1951年、それぞれ独立に悪魔を光による観測に置き換えて物理的解析を行ない、その観測の過程で相応するエントロピーの増大が起こることを示した。 これによって、観測には最低限必要なエネルギー散逸が伴うのだという主張が、長らくマクスウェルの悪魔に死を宣告するものだと考えられてきた。
ところが、悪魔は完全には葬りさられていないことが明らかになった。 1973年、IBMチャールズ・ベネットは、熱力学的に可逆な(元に戻すことができる)観測が可能であり、こうした観測においてはブリユアンらが指摘したようなエントロピーの増大が必要ないことを示したのである。
これに先立つ1961年、同じく IBM の研究者であったロルフ・ランダウアーによって、コンピュータにおける記憶の消去が、ブリユアンの主張した観測によるエントロピーの増大と同程度のエントロピー増大を必要とすることが示されていた。 ベネットが甦らせた問題は、このランダウアーの原理と組み合わせることによってベネット自身により解決された(1982年)。 エントロピーの増大は、観測を行なったときではなく、むしろ行なった観測結果を「忘れる」ときに起こるのである。 すなわち、悪魔が分子の速度を観測できても観測した速度の情報を記憶する必要があるが、悪魔が繰り返し働くためには窓の開閉が終了した時点で次の分子のためにその情報の記憶は消去しなければならない。情報の消去は前の分子の速度が速い場合も遅い場合も同じ状態へ遷移させる必要があり、熱力学的に非可逆な過程である。 このため悪魔の振る舞いを完全に完了させるためには、エントロピーの増大が必然のものとなる。
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熱力学の根幹に突き付けられたこの難問は1980年代に入ってようやく一応の解決を見た。


う〜ん、全く分からん。今回日本を出る直前に、大昔に読んだもう一つのブルーバックスの古典(都筑先生著:右写真)を買ってバッグに入れて来たが風邪騒ぎの為とても読める状態ではなく、まだ放ったらかしてある。1970年の初版であり、現役の物理学徒であった頃に買って読んだ記憶があるがもう一度読み直してみる事にする。