マクスウェルの悪魔は本当に作れませんか？

質問

もし出来たら、宇宙の温度を平準化しながら永久機関とまでは行かないまでも、お得なエネルギー源として活用できそうです。
でも、物理学の世界では、誤りであると断定されたそうです。
私にはどうやって断定できたのかわかりません。

情報でエントロピー増大の原則に対抗するなんて、所詮無駄な抵抗ですか？

回答No.3

noname#212313

#2です。

>情報の消去にエネルギーを要するとのことですが、どれぐらい必要なのでしょう？

　証明されたのは、得たエネルギー以下にはできない、ということでしたね（詳しく証明を確認はしていません）。

>悪魔として気体の粒子を仕分けする方がエネルギーが要りませんか？

　現在の知見としては、それに要するエネルギーは限りなく0に近付けられる、つまり無視できるとのことです。マクスウェルの悪魔について初期に試みられたの証明では、そのような考え方（選別時にエネルギーを消費する）もあったようです。そうではなく、情報の消去だ、というのが現在の認識となっています。

回答No.2

noname#212313

>情報でエントロピー増大の原則に対抗するなんて、所詮無駄な抵抗ですか？

　実はそれがマクスウェルの悪魔についての要点だったことが判明したのです。1980年代のことで、マクスウェルの悪魔が提唱されてから約1世紀かかったことになります。どういうことかというと、マクスウェルの悪魔が持つ情報です。

　ある温度の空気で満たし、壁で二つに仕切った箱の中で、悪魔は小さい穴から速度の大きい空気分子だけを左から右へ、速度の小さい空気分子だけを右から左へ通すとします。悪魔は空気分子を観測し（これに関わるエネルギーは0としてよい）、速度の大小を判断します。そのことは情報であり、一時的にせよ情報を保持する必要があります。

　情報についてもエントロピーがあります。熱力学（及び統計力学）に情報理論を加味してみて明らかになったのは、悪魔が箱の中の熱力学的なエントロピーを減少させると、悪魔が持つ情報のエントロピーを増大させるということです。情報のエントロピーが最大になると（記憶が満杯といった状態）、もう悪魔は空気分子を選り分けられません。

　悪魔がさらに仕事を続けようとするなら、自らの情報のエントロピーを減少させる、つまり記憶を消去する必要があるのですが、記憶の消去はエネルギー0で行うことはできず、箱の中を熱力学的なエントロピー減少させて得たエネルギーと同じか、それ以上のエネルギーが必要だと判明しました（ランダウアーの原理、ランダウアー限界などと呼ばれている）。

　しかし、情報を保持できる間は、情報で熱力学的なエントロピーを減少させ、エネルギーを得ることができるということにもなります。つまり「情報でエントロピー増大の原則に対抗」できるわけです。実際に、そのようなものが試作され、ある程度成功したりしているようです。

お礼

ありがとうございました。

補足

情報の消去にエネルギーを要するとのことですが、どれぐらい必要なのでしょう？
悪魔として気体の粒子を仕分けする方がエネルギーが要りませんか？

回答No.1

pigunosuke

無駄な抵抗かどうか　とりあえず試してみたら良いと思います

お礼

ありがとうございました。

補足

まだ具体的な方法を思いつきませんが、いいアイデアがあればやってみたいですね。