ノート:永久機関

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本文はまあこんなものでしょう。もう少し、歴史的推移をちゃんと詰めて行きたいけど（科学者達って言うのもなんだよな）、いずれ気が向いたら。
永久機関を作る試み：良く科学本の永久機関の紹介で出てくる「三角の斜面を永久に滑りつづける数珠つなぎなった球体」（こんな文書で分かる?）みたいな例をいくつか紹介したいんだけど。手持ち資料なし。どなたかヘルプです。
Azu 16:12 2004年2月1日 (UTC)

申し訳ないのですが、Azuさんの「第二種永久機関が無い」の説明に間違いがありましたので、この文を削除させて頂きました。どこが間違いかは敢えて説明しません（ヒントとしてはカルノーサイクルの廃熱）。 220.6.194.31 2004年12月14日 (UTC)

220.6.194.31さんの更新内容ですが、教科書（たとえば『熱力学・統計力学』原島鮮著　培風館など）での説明とはずいぶん違うようです。教科書の内容は間違っていたと思ったほうが良いのでしょうか（私が内容を全く誤解しているためかもしれませんが）。　プリコジン等の議論でも熱力学の法則を否定しているわけではないですよね。もしよろしければ、参考にされている資料・文献等を提示していただけないでしょうか。Azu 2004年12月15日 (水) 16:23 (UTC)

まず、教科書から。教科書ですが、例えば「小出昭一郎：物理学,裳華房」などがあります。次に、Azuさんの矛盾に感じる点がどこかを確認したいのですが（「パラドックス以降」の表記はなんてことないので、これ以降ではないと勝手に解釈しますね）。一応仮想で、どこに疑問を感じるかを予想して、その場合の回答を書いておきます。

１．第二種永久機関が無いは経験則→これは理化学辞典に書いてあります（最も第一種が無いも、経験則だけど、エネルギー保存は他の物理分野でも使っているので第一種が無いの方がよりしっかりしている）。

２．第二種永久機関が無いのAzuさんの書かれた証明例が間違いでは無いのでは→この文章「この第二種永久機関とカルノーサイクルの組み合わせは、まさに第一種永久機関である。なぜなら、第二種永久機関で受け取った熱をカルノーサイクルで返してあげることで、結局は外部から何も受け取ることなく仕事を行うことができるからである。」が問題です。エネルギー保存の法則に反する書き方です（どこがどうというのは、説明がごちゃごちゃするので勘弁。まあ全体のエネルギー収支を自分で追っていって下さい。第二種永久機関より第一種永久機関はできません。これは良いですね。）。例えば上記の私が出した教養レベルの教科書にも似たような例で書いていますが、ここでは「燃料が不要」と書いているだけで、全体のエネルギーは保存されています。

３．熱力学第二法則の完全な証明は無い→ボルツマンが証明したと発表しました。しかし、その後証明の不備が指摘され、以後現在まで色々な人がチャレンジしている。現在も、全ての物理屋が納得する形での証明は出ていない（これぐらいのことは、ネットなりJICST検索なり自分で調べられて下さい）。

申し訳ないのですが、原島鮮の教科書が手元になく、どこで齟齬が起こったかは分りませんが、なんとなく内容を誤解されているような気がするのですが（推測にすぎなく申し訳無いのですが、「燃料不要」に類似した表現を第一種永久機関と勘違いされたような気もします）。あと「プリコジン等の議論でも熱力学の法則を否定しているわけではないですよね。」の文章の意図が解らないのですが。？？私は熱力の法則を否定はしてないですよ。 220.6.194.31 2004年12月15日 (UTC)

Azuさんへ。上記の１，３、および、もしかして「私の書いた文章が熱力の法則を否定している」と勘違いされていた場合には、これ以上反応しませんので、あしからず。２については、やはりちょっと説明不足であったと反省して下記の説明を追加します。

・第二種永久機関は、その定義よりエネルギー保存則が成立
・カルノーサイクルはエネルギー保存則が成立
・カルノーサイクルと第二種永久機関の組み合わせは、取り出した運動エネルギー、廃熱を含め、全体としてはエネルギー保存
・Azuさんの文章では、その組み合わせで、第一種永久機関（エネルギー保存則のやぶれ）がいつの間にか出てきている

というわけで、これ以上は自分の書かれた文章の矛盾を自分で考え出されて下さい（申し訳ないのですが、これをもって２についての解答は終了させて頂きます）。それ以外の疑問点があるならば受け付けます。
さて、不親切だったかとも反省したけど、これ以上の文献は手元でなく職場にあって、かつそんなことでわざわざ職場で文献コレクション漁りをやるつもりもないのでこの辺で。 220.6.194.31 2004年12月15日 (UTC)

もしかすると、私の書いた「よく誤解されているが、多くの解説本の「第二種永久機関は無い」の説明は、等価な法則または原理の読み替え、あるいは直感的な経験則や実験結果の例に置き換えたものであり、本質的な証明ではない。」の文章が誤解されたのでしょうか？
なんとなく、「第二種永久機関は無い」を「熱力学第二法則」と書き換え、さらに熱力に移した方がよさそうなので、熱力に移します。
220.6.194.31 2004年12月16日 (UTC)

第二種永久機関に関する間違いを訂正していただきありがとうございます。第二種永久機関とカルノーサイクルとの組み合わせで示すのは、第二種が存在しないことと、クラジウスの原理が等価であるということですね。

さて、直していただいた文章を読んでみたのですが、いくつか奇妙な点があるようです。ご確認いただけたらと思います。

まず、第二種永久機関の例示として「永久に回り続ける独楽」を挙げていますが、これは不適当ではないでしょうか。そもそも永久運動＝永久機関ではないですよね。外部の系に対して仕事をしていない限り。熱力学の議論において摩擦が存在しないと仮定することはよくありますが（摩擦が無いことは熱力学の法則に反していません）、摩擦が無い場合、独楽が永久に回り続けても熱力学の法則に反していないのではないでしょうか。

さらに「海水の熱により推進する仮想的な船の例」ですが、「その冷水と温水が混じり周囲の温度と均一になり、他に（熱という意味での）影響を与えないように見えるという意味である。」のところが良くわかりません。普通、第二種永久機関とは「温度のきまったただ一つの熱源から熱を受け取って、それを全部仕事に変え、それ以外に何の変化も残さないような過程」または「低温の物体から高温の物体へ熱を移すだけで、他に何の変化も残さないような過程」ですよね。これらの定義ではいずれも、（熱という意味での）影響を与えてもよいことに注意してください。熱力学第二法則で制限されているのはあくまでも熱の流れる方向です。第二種永久機関そのものは「効率100％のマシン」というよりも「エントロピーを減少させるマシン」では無いでしょうか（結果的に「効率100％のマシン」が実現できるかも知れないが、第二種永久機関の定義ではない）。

前回、私が熱力学の法則に反していると感じたのは、過去の編集にあった「常に長い時間をかけて最後に海水は絶対０度になりエネルギーが取り出せなくなる。また冷水を海以外の砂漠に捨てたとしても、砂漠の温度が下がり、トータルで見るとエネルギーが失われる。」のところです。別にトータルで見てもエネルギーが失われているわけじゃあ無いですよね。取り出した仕事を再び熱に変えてもいいわけですし（たとえば摩擦熱など）。

熱力学第二法則で議論すべきかもしれませんが、「「熱力学第二法則」とは経験則」であり、」の部分には違和感があります。少なくとも「等確率の原理」を受け入れる限りにおいて熱力学第二法則は厳密に成り立ちます。これを経験則というならば、物理の他のすべての法則は同程度に経験則ではないでしょうか（「物理の証明とは、ある法則を別の独立した物理法則から導くこと」というのはどこから持ってきた言葉でしょうか。このような証明の典型的な例を教えていただけないでしょうか）。「慣性質量と重力質量が一致してること」や「最小作用の原理」など同程度の仮定はいくらでもあると思います。上記部分は「「熱力学第二法則」を古典力学や量子力学から導き出すことは、いまだ成功していない」と書くべきではないでしょうか。ボルツマンが試みていたのはまさにこれですよね。

以上、ご確認/ご検討いただけたらと思います。Azu 2005年1月5日 (水) 15:42 (UTC)

さて、「第二種永久機関そのものは「効率100％のマシン」というよりも「エントロピーを減少させるマシン」では無いでしょうか（結果的に「効率100％のマシン」が実現できるかも知れないが、第二種永久機関の定義ではない）。」ですが、私は定義とは書いていません。全体的な文章が、この例文のように、なんとはなしにむきになって突っかかっているような印象を受けます。
特に、変更前の文章についての指摘（今更？）、物理で誤解されている点（最後の文章。物理の証明とは何かとか、経験則にもレベルがありなぜ熱力第二法則が証明のターゲットになったかとか）については返答しても泥沼になるだけのような気もします。Azuさんが落ち着かれて良く調査してからの、枝葉末節で無い質問にのみ反応しますのであしからず。
220.6.194.31 2005年1月6日 (UTC)

To 銀猫さん
修正ありがとうございます。幾つか矛盾を書いてしまっていて「あ、しまった。でも何回も直すのも何だから」と思って放置し、第三者の修正に任せていたのが本音です。

最初にAzu氏の間違いをわざわざ指摘したのは、熱力第二法則の証明をめぐる話と、副次的に出たトピックに発展できないからの理由で、この話の流れを発展的に延ばせるなら私の望む所です。
220.6.194.31 2005年1月9日 (UTC)