フジテレビジョン「ホンマでっか!?TV」に出演しました。

2011年7月30日
Chapter-351 情報をエネルギーに変換する 

前回の放送トップページ次回の放送

  マックスウェルの悪魔と呼ばれるパラドックスが科学者の間で知られています。これは、熱力学第二法則が破綻しているように思えるパラドックスですが、多くの研究者がマックスウェルの悪魔は実はパラドックスではなく、自然法則に反しないことを閉めそうとこれまで挑戦してきました。ところが、実験で検証するための実験装置をくみ上げることが非常に難しく、確認は困難を極めていました。

 マックスウェルの悪魔が破綻させようとしている熱力学第二法則とはブリタニカによると、「マクロな見方をすれば現象は一般に不可逆変化であることを主張する法則」とのことで「温度差を作り出すために加えたエネルギー以上のエネルギーを取り出すことはできない」とも言うことができます。極論すれば、もし、このパラドックスを実現することができれば化石燃料を燃やさなくても、マックスウェルの悪魔を連れてくるだけで空気からエネルギーを取り出してエンジンを作ることができることになります。

 熱力学第二法則が破れると言うことは何も手を加えることなく温度の低いものから温度の高いものへ熱を移すことが可能になったりする現象が起きることになります。空気の入った箱をイメージしてください。箱の中の空気の温度が高いということは、空気を構成する粒子が激しく動いている状態で、温度が低い状態では分子はより静かにしています。この箱の右側を熱く、左側を冷たくする方法を考えてみましょう。箱の中の温度が25度だった場合でも、箱の中のすべての分子が25度に相当する運動をしているわけではなく、激しく動く分子もあまり動かない分子も混在していて、全体として25度になっています。この状態で箱の中で温度差を作るには、平均の速さより速く動く気体の分子を右に、遅く動く分子を左に集めればよいのです。

 そこでマックスウェルは箱の中を二つに仕切り、そこに開閉できる扉を設置して、扉を開閉する一匹の悪魔を考えました。この悪魔は次の4つの行動を順番に実行します。

1.気体粒子の速度を観測する。
2.観測して得た情報を記憶する。
3.扉を操作して気体分子を通過させる。
4.先に得た記憶を消去して次の粒子の到来に備える。

 つまり、この悪魔は右の部屋から遅い気体分子、つまり箱の中を冷やす分子がくると扉を素早く開閉してその分子だけを左の部屋に通し、左の部屋から速い気体分子、つまり箱の中を温める分子がくるとまた扉を素早く開閉し右の部屋に通すのが役目です。これを繰り返せば容器の右には速い気体分子、左には遅い気体分子が集まり、左右に温度差が出来ることになります。

 気体分子は何にも操作されずに扉を通過するので外部からエネルギーは受け取りません。つまり、マックスウェルの悪魔がいると容器の中の気体分子はエネルギーをもらわないで、温度差を作り出すことができます。

 そしてついに東京大学と中央大学の研究者らは情報をエネルギーに変換する仕組みの存在を明らかにするための実験系の開発に成功しました。実験装置はエネルギーの高低差を複雑な方法で作り出している装置ですが、イメージ的に言えばらせん階段のようなものです。らせん階段の途中に分子を置くと、この分子はブラウン運動でランダムに運動しているので、階段の上がり降りを繰り返しながら、平均すると下の段へ移動していきます。

 ただし、その過程である確率で上の段に上がってしまう分子もあるので、悪魔に粒子の動きを観測させ、上の段に上がった粒子を発見したらその後ろに壁を置くことにします。これを繰り返すと、粒子に階段を登らせることができるはずです。らせん階段に壁を置くことは分子に対して仕事はしませんので、分子は何もエネルギーをもらっていません。したがって、外からエネルギーを供給せずに、粒子に階段を登らせることができたことになり、これは、粒子の移動に関する情報をエネルギーに変換することで、粒子を動かすことができたと解釈できます。

 研究者らはこの実験系で、測定で得た情報量と粒子が得たエネルギーを精密に測定することにより、情報をエネルギーに変換できることを初めて示すことに成功しました。情報をエネルギーに変換する仕組みはこれまで知られていなかった新理論で、この理論を示す計算式も導き出すことに成功しました。エネルギー変換効率は約30%でしたが、このエネルギー効率はさらに改善することが可能で、将来的には自律的に動くナノデバイスを作ることも目標の一つとして挙げることができます。

◇  ◇  ◇

(FeBe! 配信の「ヴォイニッチの科学書」有料版で音声配信並びに、より詳しい配付資料を提供しています。なお、配信開始から一ヶ月を経過しますとバックナンバー扱いとなりますのでご注意下さい。)



ヴォイニッチの科学書は株式会社オトバンクが発行するオーディオブック番組です。
定期購読はこちらからお申し込みいただけます
このサイトでは番組のあらすじを紹介しています。無料で閲覧できます。

バックナンバー
   
Chapter-350 農薬耐性雑草   
Chapter-349 近代科学15の革命の中の5つの革命  
Chapter-348 親の受けたストレスは、DNA配列の変化を伴わずに子供に遺伝する  
Chapter-347 耳あか遺伝子   
Chapter-346 長期記憶のメカニズム  
Chapter-345 動物の細胞は自律的に集まって器官をつくっていた   
Chapter-344 悪性腫瘍と胎生は進化の上でのトレードオフか  
Chapter-343 LHCが人類の歴史上最も密度の高い物質を生成  
Chapter-342 羽の起源  
Chapter-341 Gravity Probe A, B  
Chapter-340 ウイスキーの化学   
Chapter-339 シュレーディンガー猫状態光パルスの量子テレポーテーションに成功    
Chapter-338 さくら(/アイスキューブ)   
Chapter-337 人為的に記憶力を増強できるらしい  
Chapter-336 人工肉  
Chapter-335 見えないのに見えている可能性   
Chapter-334 テトラシラシクロブタジエン   
Chapter-333 国際宇宙ステーションの日本モジュール「きぼう」からの小型衛星の放出実験について  
Chapter-332 小学生の大規模研究で英単語を処理する脳活動の基本パターンを解明  
Chapter-331 リチウム−空気電池  
Chapter-330 熊の冬眠に関する新発見・他  
Chapter-329 恐竜の前足と鳥の翼の関係   
Chapter-328 人の振り見て我が振り直せの科学  
Chapter-327 国際化学年  
Chapter-326 お茶の効能を分子レベルで解明  
Chapter-325 雷による反物質ビームの照射  
Chapter-324 デニソワ人、現生人類と交雑の可能性  
Chapter-323 新しいトランジスタを開発  
Chapter-322 正しい枕で正しい眠り  
Chapter-321 太陽系に関する近頃の発見  
Chapter-320 低い当選確率を高めに見積もるワクワク感  



>> 「Mowton(放送終了)」はこちら

Science-Podcast.jp 制作






科学コミュニケーター 中西貴之(メール / 活動履歴
アシスタント BJ

ヴォイニッチの科学書は
あなたの心に科学の火を灯します。

有料会員登録はこちらから

良くあるご質問 

子供たちに聞かせてあげたいノーベル賞

ご案内
ヴォイニッチの科学書ポッドキャストは有料コンテンツです
    ▼ダウンロードしていただくためにはオーディオブック配信国内最大手オトバンク社の「FeBe!」でお手続きをお願いいたします。月額525円です。
▼このページの閲覧は無料です。
インターネットラジオ局くりらじより配信中の「ちょきりこきりヴォイニッチ」は無料です。
          
研究支援活動
ヴォイニッチの科学書有料版の売り上げの一部を日本の研究支援のために研究機関に寄付させていただいています。
   


2011年9月(手続き中)
独立行政法人理化学研究所
使途特定寄附金

2011年5月13日
独立行政法人理化学研究所
但し、独立行政法人理化学研究所使途特定寄附金「播磨研究所X線自由電子レーザーSACLAに関連する研究及び運営推進のため」として

         
お知らせ

twitter twilog Facebook  
PS Home クラブ ヴォイニッチの科学書の使い方  
     
最新科学をポストする twitter bot ぼっとびお
twitter twilog 
     
無料配布試聴版
下記の回は有料版と同じ内容を無料でお楽しみいただけます
Chapter-321 太陽系に関する近頃の発見
    Chapter-321 番組MP3 Chapter-321 配付資料pdf 
Chapter-315 グリーゼの惑星
    番組全編 MP3  配付資料 pdf  
サイエンスアゴラ2010特番
    pdf 前半  pdf 後半  
Chapter-253 水にも構造がある
    配付資料 pdf  
     


トップページ


本も書いてます



 このページはインターネット放送局くりらじが毎週放送している科学情報ネットラジオ番組「ヴォイニッチの科学書」の公式サイトです。放送内容の要旨や補足事項、訂正事項などを掲載しています。
 「ヴォイニッチの科学書」では毎週最新の科学情報をわかりやすく解説しています。番組コンセプトはこちらをご覧ください。>>クリック 

[この番組の担当は・・・]

ナビゲーター 中西貴之 obio@c-radio.net
 1965年生まれ
 島生まれの島育ち
 応用微生物学専攻
 現在化学メーカーの研究所勤務
 所属学会 日本質量分析学会 他
 日本科学技術ジャーナリスト会議会員

ナビゲーター BJ
 インターネット放送局くりらじ局長

 


↓こちらもご利用下さい↓

おびおのプライベートアカウント 科学の話題をポストする自動会話プログラム「ぼっとびお」