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ブラックホールのエントロピーとは？
- ブラックホールのエントロピーは物理学において注目されるテーマです。
- ホーキング氏の仮説によれば、ブラックホールのエントロピーは減少しながらも、最終的に増大する可能性があります。
- この問題は人類の未来を左右する考えであり、サイボーグやロボットなどの存在が実現する可能性も示唆されています。
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日常の絶対時空＋先入的存在（古典的素朴唯物論）を 前提とした考察は、極限に対して意味を持たない。 ビッグバンとブラックホールをネタにするなら、 全宇宙のエネルギーの集中したビッグバンの初期に おいて、なぜブラックホール化せずに、爆発し得た のか？ そもそも「エントロピー増大の法則」は、現象表面 的＋統計力学的な法則であって、原理的には存在し ない。
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- kagakusuki
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>私は引力と書いたのであって、「重力」と書いた訳ではありません。 >電磁気力にも引力があるじゃないですか。 ブラックホールの引力は電磁力ではなく重力なのですから、電磁気力の引力がエントロピーを減少させる事が有り得るかどうかという話と、 >引力の一つのMAXであるブラックホールは熱を吸収したらネルのエネルギーが凝縮されて？ブラックホールの中に質の高いエネルギーとして収まるのです。 という話は関係があるとは言えません。 そして、 >重力の働きによって形成される恒星は、水素原子核が持っている核エネルギーという質の高いエネルギーを、熱放射という質の悪いエネルギーに変えてしまいます。 という話からも判るように、引力はエントロピーを増加する働きもある事は間違いないのですから、 >引力の一つのMAXであるブラックホール が吸収したエネルギーのエントロピーを減少させるという結論を導く事は出来ません。 >ブラックホールのエントロピーはどう考えても小さいと思いますがねえ それはあくまでブラックホールが蒸発しないと仮定した場合の話ですよね？ ブラックホールが蒸発しないという事は、一旦、ブラックホールに吸収されたエネルギーは、2度とブラックホールの外には出て来る事は無いという事であり、それは即ち、ブラックホールに吸収されたエネルギーは、どんな事をしても動力等に利用する事が出来ないという事であり、それ以上別の形態に変化する事が無いエネルギーでもあるのですから、究極に質の悪いエネルギーという事も出来るというのに、何故それがエントロピーが小さいと言えるのでしょうか？
お礼
ブラックホールに吸収されたエネルギーは何時の時かビッグバンを起こして 外に出るのではないでしょうか。それが自然な考えだと思います。 どうもありがとうございます
#9です。 > もしもビッグクランチが起きて 宇宙の拡散と収縮が繰り返す サイクリック宇宙だとしたら収縮して集まったところはブラックホール同様、いや巨大なブラックホールですよねえ 違うようですね。ホーキング博士などは、ビッグクランチよる遥か手前、宇宙が収縮に転じると、エントロピー減少になると考えたことがあります。その後、その説を撤回して、ビッグクランチまで常にエントロピー増大に向かうのみとしました（単に主流の説に回帰しただけなのか、別のプランがあったのか不明）。 > その時のエントロピーはどう考えたって小さいわけです。 ビッグクランチした時点の宇宙ではエントロピーは定義できない、ということでしょう。それは、 > 何故ならそこからまたビッグバンが始まるわけですから ビッグバン（※インフレーション説を含んでもよい）の瞬間自体は物理学的な定義はできず、少なくとも1プランク時間後の宇宙しか考えることができないからです。 > まあ 私の考えと物理学の考えは違うということですね そのようですね。 > 蟷螂の車轍に当たる と言う事ですね。巨大な学会には敵いません。 学会が巨大かどうかではなく、単に学んでいないことについては、正しく考えることはできないというに過ぎないのではないかと思います。
#6です。 > 相対性理論は読んでも分かりませんでした。何かどこかで誤解があるような気がしました。量子論にも疑問があります。 気や疑問を物理学的に記述することですね。つまり、できれば数式で、ということです。それなしには話になりません。 > 古典的が正しいのか、近代的が正しいのか？おそらくどちらも完全ではないのでしょうけど、ブラックホールもエントロピーが増大すると言うのには疑問が残ります。ホーキング氏の本は読みましたが。 それで？ということです。疑問＝分からない、だとして、何が分からないか言わないと、説明のしようもないですよね。 敢えて説明するなら、「ブラックホールのエントロピーは増大しますよ」となります。 しかし、それが疑問だったんですよね。ここで質疑応答があっても、質問者様は一歩も進んでいないということです。それなら「既出回答を読んでください」という回答にしかできませんよ？
お礼
もしもですよ もしもビッグクランチが起きて 宇宙の拡散と収縮が繰り返す サイクリック宇宙だとしたら 収縮して集まったところはブラックホール同様、いや巨大なブラックホールですよねえ その時のエントロピーはどう考えたって小さいわけです。 何故ならそこからまたビッグバンが始まるわけですから まあ 私の考えと物理学の考えは違うということですね 蟷螂の車轍に当たる と言う事ですね。巨大な学会には敵いません。 どうもありがとうございます。
- kagakusuki
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>引力というものが無かったら。 > 原子は崩壊し地球はどこかへ飛んで行き（その前に地球も崩壊する）全てが一気にエントロピーが増大しきってしまうでしょう。当然秩序もなしません。 少なくとも原子に関しては電磁力の働きで成り立っており、重力は殆ど(というよりも全くと言っても良い程)関係していませんから、例え重力が無くとも原子が崩壊し尽くしてしまう様な事にはなりません。 又、重力の働きによって形成される恒星は、水素原子核が持っている核エネルギーという質の高いエネルギーを、熱放射という質の悪いエネルギーに変えてしまいます。 >ブラックホールは熱を吸収したらネルのエネルギーが凝縮されて？ブラックホールの中に質の高いエネルギーとして収まるのです。引力の故に。 もしホーキング氏が蒸発の説を唱えなかったら、これが定説になっていたと私は思うのですが・・・ ブラックホールに吸収された物体が持っていた質量エネルギーや、ブラックホールに吸収された質の高いエネルギーは、最終的にはブラックホールの蒸発によって再び宇宙空間に放出されます。 普通サイズのブラックホールの蒸発の際に宇宙空間に放出される放射は、非常に低温の黒体放射と同じスペクトルの放射なのですから、極端に質の悪いエネルギーという事になります。 つまり、ブラックホールは質の高いエネルギーを極端に質の悪いエネルギーに変換する働きをする訳です。 尚、ホーキング氏がブラックホールの蒸発を提唱する以前の話という事であれば、ブラックホールに飲み込まれたエネルギーは再び宇宙に放出される事は無いのですから、飲み込まれたエネルギーの質の良し悪しには関係なく、飲み込まれたエネルギーの量に応じてブラックホールが肥るだけで、全て同じ状態に陥る訳ですから、ブラックホールの外側の宇宙空間からは質の良いエネルギーが失われていく一方となります。 ブラックホールの外側からは質の良いエネルギーが失われて、ブラックホールが質の悪いエネルギーを吸収した状態と同じ状態に陥る訳で、しかもブラックホールが持つエントロピーは、ブラックホールが持つ質量エネルギーと同じ量の宇宙の背景放射のエネルギーが持つエントロピーよりも大きくなると(ホーキング氏がブラックホールの蒸発を提唱する以前から)考えられていましたから、ブラックホールにエネルギーが呑み込まれる事によって宇宙のエントロピーは増加する事になる事に変わりはありません。
お礼
私は引力と書いたのであって、「重力」と書いた訳ではありません。 電磁気力にも引力があるじゃないですか。 ブラックホールのエントロピーはどう考えても小さいと思いますがねえ まあそう思われないなら仕方ありません。 どうもありがとうございます。
- kagakusuki
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>しかしブラックホールは光や熱を吸収するわけですから、それだけでもうエントロピーは減少するわけで、ブラックホールの成り立ち自体がエントロピーの減少だと言う訳です。 その考えは間違っています。 光や熱を吸収した場合、ブラックホールのエントロピーは増加しますし、ブラックホールに物体やエネルギーが呑み込まれる事によってブラックホールの周囲の空間から失われるエントロピーの量は、ブラックホールのエントロピーが増加する分よりも少ないため、ブラックホールに物体やエネルギーが呑み込まれると宇宙全体のエントロピーは増加します。 >ビッグバンの特異点はむき出しだったと言いますが、ビッグバンは超巨大なブラックホールの爆発だったと考えられないでしょうか？ 質問者様はブラックホールをどの様なものだと考えておられるのですか？ ブラックホールとはその内側から外部へ脱出するために必要な速度が光速以上になる程、極端に強い重力場を持つ天体の事です。 宇宙には外側などというものは存在しないのですから、当然、脱出という事自体が意味を持ちませんので、宇宙は最初からブラックホールなどではなく、ビックバンもブラックホールの爆発では無かった事は自明の理です。 >孤立系と閉鎖系は違うのでしょうか？ 孤立系とは、系の内部と外部との間で、エネルギーも物質も移動する事が無い系の事です。 閉鎖系とは、系の内部と外部との間で、物質の移動は無いものの、エネルギーの移動はある系の事です。 室内はエネルギーも物質も出入りが可能ですので正確に言えば開放系なのですが、先述のエアコンの例では熱の出入りの実を問題にしていて、部室の出入りは問わなかったため、 >閉鎖系と見做せます という表現を使っております。 >巨大なアンドロイドが（宇宙船でもいいですが）エネルギーを吸収し、熱エネルギーも再利用するような そんなシステムが出来る かもしれません。 そのシステムを動かすためには、「吸収したエネルギーを『再利用できる形』のエネルギーに転換する事によって得られるエントロピーの減少」分よりもはるかに多くの「エントロピーの少ない良質のエネルギーを消費して、エントロピーの多い、質の悪いエネルギーに変換する事によって生じるエントロピーの増加」が必要になりますので、結局、宇宙のエントロピーは増加します。 >ブラックホールに出来るのなら 先程も申し上げた通り、ブラックホールにはそんな事は出来ません。 >まあ想像の範囲ですが 質問者様は想像と仰いますが、肝心のエントロピーを減少させる方法に関しては、説明どころかイメージすら述べられていません。 それでは想像しているとはとても申せません。
お礼
私は物理に詳しい訳ではないのですが、引力というものに注目しています。 想像してみて下さい。この宇宙の物質・エネルギーに、引力というものが無かったら。 原子は崩壊し地球はどこかへ飛んで行き（その前に地球も崩壊する）全てが一気にエントロピーが増大しきってしまうでしょう。当然秩序もなしません。 つまり、エントロピーの増大を抑えて物質を維持してるのは引力なのです。 そしてその引力の一つのMAXであるブラックホールは熱を吸収したらネルのエネルギーが凝縮されて？ブラックホールの中に質の高いエネルギーとして収まるのです。引力の故に。 もしホーキング氏が蒸発の説を唱えなかったら、これが定説になっていたと私は思うのですが・・・どうでしょう？ どうも大変ありがとうございます。
#5です。 > 特異点？が点じゃないことはまず間違いないでしょう。そもそも点なんてものがある訳じゃないですし 古典的（量子力学を含まないの意、対義語は近代的）にはありますよ。シュワルツシルト解のブラックホールの特異点は点です。カー解のブラックホールの特異点ならリング、つまり線です。 しかし、体積0で有限質量というのは古典的には扱えない。そもそも、そういうのは量子力学を使うべきだろう、ということになります。 > 数学的には点でも数学より現実の方が優先です。平面とか三角形というものが現実にある訳ではありません。 古典的にはありますよ。近代的には全ては揺らぐので、厳密な形状というものはない。どちらで扱うかは問題の性質によります。 > 先生はこういう説になっているとか こういう考えだったが、こう変わったと、学説や仮説に詳しいようでありますが、ご自分の考えはどうなのでしょうか？ 原則として、下手の考え休みに似たり、でしょうね。なお、物理学の宇宙論であれこれ言いたいなら、最低でも一般相対論と（特殊相対論的）量子力学の基本くらいは数式で理解しておく必要があります。理解してないなら、宇宙論的なトピックの紹介で満足しておくことです。トピックから「だとすると」と考えたくなったら、まず一般相対論と量子力学。
お礼
私は大概、哲学のトピックで質問したり、回答に挑戦したりしています。相対性理論は読んでも分かりませんでした。何かどこかで誤解があるような気がしました。量子論にも疑問があります。 古典的が正しいのか、近代的が正しいのか？おそらくどちらも完全ではないのでしょうけど、ブラックホールもエントロピーが増大すると言うのには疑問が残ります。ホーキング氏の本は読みましたが。 どうもありがとうございます。
> ブラックホールのエントロピーは減少するが、蒸発によって結局は増大するというホーキング氏の仮説がありますが、それは間違っていないだろうか？ 特に間違いと見做す必要はないですね。 > 物理学に置いてエントロピーの増大則（熱力学の第二法則）は揺るぎないものとされて来たがそれは間違いではないか？ 揺るぎあるんですよ（前に回答したような？）。熱力学は確率過程ですからね。ただし、熱力学に反するマクロな現象が発生する確率は途方もなく低いため、事実上、熱力学を信用して使ってよいということです。 間違いだとするなら、熱力学を根底から吟味した統計力学を覆す理論を作る必要があるでしょうね。 > ビッグバンの特異点とブラックホールの特異点はどう違うのか？似てると思われる。 量子重力理論が未完成ですからね。ブラックホールもビッグバンも、特異点について確かなことは何も言えない。類似性があれば理論構築にはラッキーですから、似ていると期待する向きもあるし、予想などもありますけれど。 例えば、ホーキング博士の予想はどんどん変わって来ている。ブラックホールの特異点については、古典的な体積ゼロ・質量無限大ではなく、時間がなく、あらゆる変化の可能性を持つ量子としてました。ビッグバン（※宇宙開始）の特異点については、熱力学反転宇宙（宇宙収縮時はエントロピー減少）、複素時間仮説などを経て、現在は無境界仮説。特異点が無いとするものです。 > もしブラックホールのエントロピーが減少するのであるなら 人間も引力と循環で生物ではない 純粋にエントロピーを減少させる永久循環を超えたものを作れるのではないか？ 「もし」の部分が無理ですね。ちなみに、昔の理論ではブラックホールのエントロピーは減少ではなくて、「無い」というものですよ。引力と循環がお好きのようですが、以前からのご高説が変化していないんでしたら、物理学的には無意味です。 ホーキング輻射説以前だと、ブラックホールは何をしようが絶対零度だったんですよ。事象の地平面で時間停止のため、常に絶対零度ですからね。有限の温度がある限り、熱機関が成立する。しかもブラックホールの寿命は無限大と考えられていたわけです。そうじゃない、としたのがホーキング輻射を含む、現在のブラックホールの熱力学。エントロピーは増加します。 ちなみに、情報についてのエントロピーも同様です。最初は情報が消え去るのみとしていた。実はそれも困るということが分かってきた。情報がエネルギーと不可分と分かりましたのでね（※マクスウェルの悪魔の現在の解にもなっている）。情報も（系外からの）エネルギー抜きにはエントロピーは増大するのみ。 > SFの様で恐縮ですが、サイボーグ、ロボット、アンドロイドとそのような存在が実現するのではないだろうか？ 将来、そういうのがあってもいいですよ。少なくとも、物理学的に不可能とすべき理由は全くない。 > この問題は余りにも大きい。人類の未来を左右する考えだと思います。 特に人類の未来を左右はしないでしょう。
お礼
いろいろ勉強になり、ありがたいのですが、特異点？が点じゃないことは まず間違いないでしょう。そもそも点なんてものがある訳じゃないですし 数学的には点でも数学より現実の方が優先です。平面とか三角形というものが現実にある訳ではありません。 先生はこういう説になっているとか こういう考えだったが、こう変わったと、学説や仮説に詳しいようでありますが、ご自分の考えはどうなのでしょうか？ どうも大変ありがとうございます。
- Mokuzo100nenn
- ベストアンサー率18% (2123/11344)
ブラックホールを含む断熱系をどの範囲に定めるかを注意深く考えないといけまへんな。 生兵法は大怪我の基。
お礼
断熱系というと 宇宙の果と言うか どの範囲で孤立系と見なすかと言うような事でしょうか？ 生兵法であることは言えてますが。 どうもありがとうございます。
- foomufoomu
- ベストアンサー率36% (1018/2761)
＞ブラックホールのエントロピーは減少するが、蒸発によって結局は増大する ブラックホールがあると、まわりの余分な熱を吸収するので、まわりのエントロピーが減少する。（ブラックホール自体のエントロピーは増大する） しかし、最後に爆発すれば、吸収した熱（エントロピー）はまた元に戻る。 の、間違いじゃないですか？
お礼
周りの熱を吸収しても、熱はブラックホール内ではもう熱ではないので ブラックホールはエントロピーが減少すると考えますが 如何でしょうか？ どうもありがとうございます。
- kagakusuki
- ベストアンサー率51% (2610/5101)
>ブラックホールのエントロピーは減少するが、蒸発によって結局は増大するというホーキング氏の仮説がありますが そんな仮説は聞いた事がありません。 「ブラックホール単体のエントロピーは蒸発によって減少するが、蒸発の際に発せられる放射によって宇宙全体のエントロピーは増大する」という仮説を、質問者様が間違えて理解しているだけではないでしょうか？ >物理学に置いてエントロピーの増大則（熱力学の第二法則）は揺るぎないものとされて来たが >それは間違いではないか？ 間違いとする理由は特にありません。 >ビッグバンの特異点とブラックホールの特異点はどう違うのか？ ブラックホールの特異点は事象の地平面によって外界とは隔絶されているのに対し、ビッグバンの特異点は剥き出しであるという違いがあります。 >人間も引力と循環で生物ではない 純粋にエントロピーを減少させる永久循環を超えたものを作れるのではないか？ 既に幾つもあります。例えばエアコンは室内と屋外との間に熱の偏りを生み出しますから、エアコンは室内のエントロピーを減少させている事になりす。 但し、この場合の室内は孤立系ではなく閉鎖系と見做せますから、熱力学の第二法則に反している事にはなりません。 >サイボーグ、ロボット、アンドロイドとそのような存在が実現するのではないだろうか？ 少なくともロボットは既に実用化されています。 尚、サイボーグ、ロボット、アンドロイドとそのような存在は宇宙全体のエントロピーを増大させるものです。
お礼
回答者様は ブラックホールの事象の境界面で素粒子が対発生して、その片方がブラックホールに吸い込まれ（本当だろうか？）もう一方が反対に離れて行くことで蒸発する・・・何で逆方向に離れていくのだろう？・・・そのブラックホールに吸い込まれることでエントロピーは減少すると言うことを仰りたいのでしょう。 しかしブラックホールは光や熱を吸収するわけですから、それだけでもうエントロピーは減少するわけで、ブラックホールの成り立ち自体がエントロピーの減少だと言う訳です。 ビッグバンの特異点はむき出しだったと言いますが、ビッグバンは超巨大なブラックホールの爆発だったと考えられないでしょうか？ 何れも仮説であり見ることは出来ない。事象の地平面というものがあるわけじゃないですから。 エアコンのある室内は孤立系ではなく閉鎖系？孤立系と閉鎖系は違うのでしょうか？ 比較的遠い将来、巨大なアンドロイドが（宇宙船でもいいですが）エネルギーを吸収し、熱エネルギーも再利用するような そんなシステムが出来る かもしれません。ブラックホールに出来るのなら 他の方法もありかもしれません・・・まあ想像の範囲ですが。 どうも大変ありがとうございます。
お礼
ビッグバンの前は超巨大なブラックホールだったかも それは否定できますかね？ そうすれば話は上手く辻褄が会いますけどねえ。 エントロピー増大の法則は・・・原理的には存在しない。成る程 どうも大変ありがとうございます。