【情報熱力学】ＮＴＴ、「マクスウェルの悪魔」を使った発電に成功 ©2ch.net
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実験に使用した単電子デバイスの構造
http://pc.watch.impress.co.jp/img/pcw/docs/1060/103/01.gif
NTTは、トランジスタ内でランダムな方向に動く電子(熱ノイズ)を観測し、一方向に動く電子のみを選り分けて電流を流して電力を発生させる“マクスウェルの悪魔”の実験に成功したと発表した。
マクスウェルの悪魔は、物理学者のジェームズ・クラーク・マクスウェルが思考実験として提案したもので、「個々の電子の動きを観測して、一定の方向に動く電子のみを選び出すことができれば電流を生成できる」とした理論。
通常は、外部電源などを用いずに無秩序な熱ノイズから、電流という秩序性を持った動きを生み出すことは熱力学第二法則から不可能とされており、150年以上議論が続けられてきた。
ただ現在では、マクスウェルの悪魔が電子の動きを観測して、その情報を得るさいにエネルギーが必要であり、これが電流を流す電源としての役割を果たし、熱力学第二法則を満たすということがわかってきた。
これは1bitの情報を得るためには一定の量のエネルギーが必要であり、逆に1bitの情報を持っていることによって最大でその量のエネルギーを生み出せることを意味しており、情報とエネルギーを結びつけた情報熱力学へと発展している。
今回NTTは、ナノスケールのシリコントランジスタからなり、電子1個の精度で操作や検出が行なえる「単電子デバイス」を用いて、熱ノイズから電流を生成することに成功。生成された電流で別のデバイスが駆動することが可能であり、マクスウェルの悪魔の原理を利用した発電が実現できたとしている。
NTTによれば、マクスウェルの悪魔を実現するためには、電子1個の正確な観測が行なえる検出器と、電子を閉じ込めておく箱を正確に開閉できる扉が必要だとしており、同社は電子1つ1つを観測・制御する技術を長年研究してきたという。これらの機能を1つのシリコン単電子デバイスにまとめあげることで、熱運動する電子を選り分けるマクスウェルの悪魔を証明できたとする。
今回得られた知見は、電子デバイスの消費電力の下限や、分子モーターなどの生体中の微少な熱機関におけるエネルギー変換効率と深く関係しているという。分子モーターはマクスウェルの悪魔が活躍しており、熱ノイズのランダムな運動を利用しながら適切なタイミングで動作し、高いエネルギー変換効率を実現していると考えられているという。
今後は電子デバイスにおいても、生体の仕組みを利用した高効率な動作の実現を目指すとしている。
http://pc.watch.impress.co.jp/img/pcw/docs/1060/103/02.gif
http://pc.watch.impress.co.jp/img/pcw/docs/1060/103/03.gif
http://pc.watch.impress.co.jp/docs/news/yajiuma/1060103.html 現在の状況>実験科学での値>理論科学での値>錬金術(未知の物理法則を含む)>精霊魔法=悪魔(物理法則無視)
で、実験で出せた値は今後に作る何かを試算するときに何桁もズレないと思われるので、それなりに役に立つ
という話なんだろ >>1
>マクスウェルの悪魔が電子の動きを観測して、その情報を得るさいにエネルギーが必要であり、
>これが電流を流す電源としての役割を果たし、熱力学第二法則を満たすということがわかってきた。
電流が流れるということは、机の上を整理するということだろ
その電源つまり整理するエネルギーを、机の上の情報を得るエネルギーから借りている
机の上の情報を得るなんて見たらわかるエネルギーなんて使っていない
いいや、
机の上の状態が雑であるということは、高エントロピー状態だということを“知っている”ことであり、
その情報を確認することに「整理されていない」というポテンシャルのエネルギーが含まれているのよ
なぜなら、
「机の上の状態を整理された低エントロピー状態にする」という情報と“関係”することになるから
よって、
私たちの日常でも同じように、情報を運動エネルギーに“効率的”に変換して活動しているのです エネルギーとエントロピーは次元が異なる
エントロピーに温度をかけたものがエネルギーの次元になる
議論に温度の概念を入れなければならない
結局、できるんだけれど、外からの仕事が必要という点で
第二法則の適用内。逆に分子レベルの機械での熱効率が問題になったときに
1つの電子について、どう考えるかという実験だろ。
>>240
生物物理は未だに吐き気のする世界だよな
地道に小さなことをやるしかない
誰だっけ、東大教授になった神童の人。あの人でも特別なことはできてない
アメリカの凄い若手の天才を知ってるけど、分子クラウドにお手上げらしい >>241
DNAをフーリエ解析する作業の繰り返し……
未だ獣道状態 熱力学は多数の粒子が集まった結果出てくる一種の創発現象だよね
この話は隣の熱浴の箱の中にあるランダムな電子群から，1個のある速度を持った
電子を，単電子ゲートで隣の小さな箱に移す話だから実験的には可能かもね
その時，電子はエントロピーを運ぶので，熱浴のエントロピーは減り温度は下がる
第二法則を破るわけでもない
だけど，ここでエネルギーを使わないとか記述あるけど，実際には系に電場勾配
かかってるね
これであたかも無から発電したかのような表記，正しいタイトルの付け方なの？
熱ゆらぎのような一瞬の温度差を巧みに利用して電子を移動させるなんて
ありうるかもしれないけど ダイオードとコンデンサだけの回路で
t年たっても片側に電子が集まらないのは何で？ 分子モーターはマクスウェルの悪魔と関係ねえ
しかも熱ノイズで動いてるわけでもねえ
著者はとんでもない勘違いしてるんじゃねえの
今回のはスイッチング操作に外部から電圧加えてるしあきらかなインチキ >>1
ノーベル賞ｷﾀ----------------- マクスウェルの悪魔って一回死んだはずじゃ…
甦ったのか >>247
何故そう言い切れるのかわからん
生体のランダムな空間に対して、各々機能に対応した構造や運動によって効率的な
エネルギー変換を引き出していても何ら不思議はない。ノイズというか揺らぎは利用している まじかよ
悪魔居たんか
エンタルピーーーーがあーーー！ー >>247
分子モーターがブラウン・ラチェットと同様に熱ノイズで動いてるのは常識では？ 結局わかりやすく言うと、
将棋に才能のある人が将棋を指すことは効率的なポテンシャルエネルギーの使い方になり、
運動に才能のある人が将棋を指しても非効率なポテンシャルエネルギーの使い方になるということ
人は誰だって自分の適性と社会との適合を模索しながら生きるわけだが、
それは社会を知り己を知る情報の精度が高くなれば高くなるほど、
その相関にあるポテンシャルエネルギーが最適化に運用されるようになることを意味する
生命は環境とそのような関係において進化してきたのだから、
生体の分子モーターがもっとも効率的な熱機関に組織されてることは当然であろう 人間の場合は遺伝的に束縛されているので、
そのポテンシャルを量子ゆらぎに当てはめるのは正しくない
もし君があれやこれやと趣味が変わったり仕事を転職したりすることは、
君のポテンシャルが熱ゆらぎに揺らいでいるということである >>260
いや、これは今回の事例の喩えとしては正しくない 他者の観測や作為によって、あなたの人生を軌道に乗せるといった側面があるからだ 君が子供の頃から算数の成績が良かったとするならば、
君というポテンシャルエネルギーにおいて将来の運用を見定める際に、
君がイケメンであったり体育の授業で成績が悪かったりなどの情報は、
君を測るに対して無駄な情報である
なるほど君の将来を測るに君の情報のすべてを得るということは、
君をランダムな状況下として捉えることに等しい
しかし君は、そのランダムつまり高エントロピー状態(将来の可能性の広がり)から
低エントロピー状態つまり数学者になったり技術者になったりするのである
その際に、
君を観測する上で必要なエネルギーは、君の移行するすべての情報に対してでなく、
その一部、つまり数学のテストの成績が伸びているとかだけの情報でもって、
君のポテンシャルエネルギーの最適な運用が捕捉できるのである
このことがつまり、
>電子1個の正確な観測が行なえる検出器と、電子を閉じ込めておく箱を正確に開閉できる扉
の意味なのである 電流が流れるってことは生きるってことだろ
生きるには電池たとえば飯を食わなきゃいけないわけだ
問題は、
生きてる上での検出器が、生きる上での飯以外のエネルギーとして供給されるという点だ
これをどのように単純に理解すべきか？ 飯以外のエネルギーという表現が正しくない
飯になりうるエネルギーの供給が正しい
バクテリアべん毛モーター
http://www.biophys.jp/highschool/A-13.html
のように、H+とかNa+の濃度勾配で動くモーターが多いね。
生きるってことは低エントロピー状態を維持することで、
検出器つまり、情報を得ようとすることのエネルギーはそれに負荷を与える(高エントロピーに寄与する)
その負荷を最小限に、飯になりうるエネルギーとして供給する？
これだとおかしい
どこか捉え方が間違ってる >>269
こんなもん読んでわかった気になってると頭悪くなってしまう 文系素人が頑張ってるのに誰も具体的な間違いの指摘をしてくれないのは悲しいことだ
といっても、こんな考え方に近寄ることは嫌だろうし、正則な議論しか彼らにはできないだろうが >>270
「生きる(電流が流れる)」の主語と「検出器」の主語は同じ主体だが、
それを観測していることの主語は別の主体、ということがややこしくさせてるのか？
それともどんどん頭悪くなってきているのか >>270
情報を得ようとすることの高エントロピーに寄与するいくらかを、飯のタネに供給する
これで正しいはず >>10
そして取り出した電気を使ってお湯を沸かすんですね 結局は情報を得ようとするエネルギーを無駄にしなければしないほど、
情報を得ることの高エントロピーから低エントロピーをもたらすエネルギーを引き出せる、
というわけだ
なんか単純なことをやたら遠回りした気がする もういいか
ここ3日間メモ代わりさせてもらったおかげで少しは頭が整理できた これって発電じゃなくてもバッテリーとしては応用できないのかなあ？ >>278
例えがおかしい
なんで数式で考えないのか？馬鹿なのか？ >>258
どこの常識？
電子１つ当たり何回転するてのもわかってるのに熱ノイズってなんだよ 科学N板ですら意義が正しく理解できてないやつばかり
ツイッターゆとりのほうがよっぽど賢いわ 個々の電子の動きを観測して、一定の方向に動く電子のみを選び出すことができれば電流を生成できる
この程度が思考実験なの？ 20世紀は資源を独占した者が富を得た。
21世紀は情報を独占した者が富を得る時代きなる。
世界一のビッグデータ保有国はアメリカ。
日本は自前のGPS衛星を持たない時点で勝負にならん。
中国はアメリカにビッグデータを与えていない。
ビッグデータが無ければ人工知能AIも作れない 抵抗の両端には温度に見合っただけの熱的揺らぎによる
起電力ノイズが発生している。それを整流すると、
ちゃんと電力が取り出せるのだ。そうやって温度を測る
方法は定番でもある。 質問なんだけど
熱力学のエントロピーS=∫d'Q/Tから統計力学のエントロピーS=kBlnWを
数式変形で直接導出ってできるんですか？ 妙な質問だね
教授に聞いてみなよ、どんな顔したか教えてw >>289
熱力学と統計力学のエントロピーが等価なら
等式変形で∫d'Q/TからkBlnWの形をつくれると思うんだけど
途中式よくわかんないから教えてという質問なんですが
そんなに妙な質問でしょうか？ dQ＝Qdt ＋tｄQ みたいな
で、dtというよりΔtだから
あとは分子と分母でdT/Tが出てきて更にΔtがついて
QじゃなくてW
あとは適当に比例定数置き換え
すっげーいい加減ｗｗｗｗｗ >>293
それ１行目からいきなり間違えてるだろｗ
Ｑは全微分できないよ よくわからんが
牛乳のブラウン運動を一方向だけより分けて
車を動かすとか――そんな感じのもん？ 英グリニッジ電波研究所は１８日、太陽系外から発信されていた人工電波の解読に成功したと発表した。
発信源には高度な文明を持つ知的生命体が存在する可能性が高いとして、今後地球側からアプローチをかけて詳しく調査に乗り出す。
人工電波の発信源はかに座領域に位置する。この人工電波は１６年９月、千葉電波大学丸山電波観測所の電波望遠鏡が初めて観測して以来、
継続的に発信が続いており、各国で解析が進められていた。
観測された電波は同じパターンの波形が５１２秒間隔で繰り返されていることから、
グリニッジ電波研究所では何らかの人工的な装置から発信されたものであると推定。
また、パターンの中に繰り返しや共通部分など言語的な法則性が見られたため、
物理学や言語学などの専門家からなる共同研究グループを１月に立ち上げ、内容の分析にあたっていた。
メッセージの分析は難航を極めたが、４月上旬、研究者の１人が電波強度をアルファベットに置き換えたテキストをエキサイト翻訳にかけたところ、
大まかに意味の通るメッセージになることを発見。これを手掛かりに分析を進め、完全解読に成功した。
判明したメッセージの本文は「強力電波発信装置、格安にて販売。送料無料、在庫有り」。
研究所ではこの装置を注文するため、発信源まで届く強力な電波発信装置の開発に乗り出す方針だ。
http://kyoko-np.net/2017051901.html >>296
中性子星がマーケティングを学んだようです >>290
真面目な話、そもそも熱力学と統計力学は同じ理論ではない
よく誤解されるけど、(平衡)統計力学は熱力学を高級にした決定版とかではない
従って等式を仮定しての物理的な解釈はともかく、純粋に数学的な等価関係はない >>296
> 研究所ではこの装置を注文するため
注文を出したら楽天市場から大量にメールが送れれてくるんだろ 情熱力学だと思ってロマンを感じたのに違った
何か選んで返して >>298
レスどうも。そもそも対象とする現象がマクロとミクロで違うから
数学的等価性はないってことなんですかね？
温度Tの変化（による粒子の運動量変化）にともなう状態数Wの変化
体積Vの変化にともなう状態数Wの変化、これらをうまく関係付ける式を作って、
熱力のエントロピー変化に出てくるln(T1/T0)、ln(V1/V0)の部分に放り込めば
統計力学のエントロピーの式が出てくるんじゃないかと考えたんですが
そんな簡単なもんじゃないのかな >>301
じゃあ出してみて！
もし理論が完成してかつ実験しやすいパラメタ同士の関係が分かれば
実験で確かめられるから 永久機関か
みんな極楽浄土の世界になる
22世紀は黄金のワールドだ >>18
お前、頭良いんだろうが、
でもわからん。 >>306
それ、ただの確率の話じゃん
何がわからんのだ？ これが実用されれば熱タービン式とのハイブリッドになるんだが100年くらい掛かりそうな技術だな >>306
直線の通路にネズミを放ち
ネズミが前に進むと後に仕切り板で防ぎ後戻り出来なくすれば
ネズミは前に進むしかなくなる 土管屋からの脱却とか、ドコモのキチガイ海外投資見直しを研究しろや つぶされちゃうから、自宅だけで永久発電装置をつかっています。
絶対に公表できません!!!! >>309
電子が目的の方向に動くのを確認するのを観察し続ける装置を動かし続ける電力と、その扉を閉めるのに要する電力で、割に合わない気がするがな。ああ？ >>315
そりゃそうさ
どこにもトータルでプラスになるなんて書いてないだろ
書いてあるなら引用してみろ
熱力学第一法則も知らんヤツがこのスレに居ていいものか
そんな基礎的なことも分からんからお前はバカなのだ maxellの悪魔が、まさか見えるとわ、、
おじさん、感激だかがあーーー！ー >>32
ありきたりだが警察は事前には動かない。
今じゃどこの家庭もSECOMが当たり前の時代なんだから
襲われるのが嫌なら隣にボディーガードを付けとけばいいんだよ。
格安ボディガードのガードドッグなんかは
時給2500円で付いてくれるから相手が確実に来るときに付けとくだけでもかなりの抑止効果になるよ。 >>319
How toを書かないと答えたことにはならん マクスウェルの悪魔は高エネルギー分子と低エネルギー分子をより分けて温度差を作るだけ
分子を加速して内部エネルギーを増やすわけじゃない
悪魔自身がエネルギー消費しようとしまいと熱力学第一法則には反しない
問題だったのは第二法則 これおれも思いついたけどマクスウェルの名前で良かった 要するに「ねずみ捕獲機」の原子版だ
一方通行のゲートで捕らえる 熱エネルギー交換膜が発明されれば、世界のエネルギー問題は一挙に解決する。
その第１歩かもな。 百歩譲っても安価で大規模に展開されなきゃ画餅
太陽光発電と同じ >>330
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世 界 平 和 の 脅 威 イ ス ラ エ ル イ ラ ン ア メ リカ
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この国（日本）は、同盟国だからという理由でアメリカの行動に沈黙していますが、
アメリカによる侵略に反対の声を上げなければなりません。
彼らが世界中に‘民主的’制度を確立したいという衝動をコントロールするのは、マ人トレーヤの任務です。
1 4 歳 以 上 の 人 々 は 心 の 内 で 聞 く で し ょ う
マ人トレーヤが世界に向かって話をする時、初めて本当の身分を明らかにされます。
およそ25分か35分、史上初、世界的規模のテレパシーによる接触が起こります。
日時はあらかじめメディアが時間を知らせるでしょう。
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