【物理】量子力学から熱力学第二法則を導出することに成功 〜「時間の矢」の起源の解明へ大きな一歩〜/東京大©2ch.net
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2017.09.06
量子力学から熱力学第二法則を導出することに成功 〜「時間の矢」の起源の解明へ大きな一歩〜：物理工学専攻 伊與田英輝助教、金子和哉さん（D1)、沙川貴大准教授
東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻の伊與田英輝助教、金子和哉大学院生、沙川貴大准教授は、マクロ（巨視的）な世界の基本法則で、不可逆な変化に関する熱力学第二法則を、ミクロな世界の基本法則である量子力学から、理論的に導出することに成功しました。
これは、極微の世界を支配する「量子力学」と、私達の日常を支配する「熱力学」という、二つの大きく隔たった体系を直接に結び付けるものです。
本研究では、量子多体系の理論に基づき、単一の波動関数（注４）で表される量子力学系において、熱力学第二法則を理論的に導きました。
従来の研究とは異なり、カノニカル分布などの統計力学の概念を使うことなく、多体系の量子力学に基づいて第二法則を導出したことが、本研究の大きな特徴です。
さらに、ゆらぎの定理と呼ばれる熱力学第二法則の一般化を、同様の設定で証明することにも成功しました。
本研究の成果は、量子力学だけに基づいて不可逆性の起源を理解する大きな一歩となるのみならず、冷却原子気体など高度に制御された量子多体系の非平衡ダイナミクスの理解にもつながると期待されます。
プレスリリース本文：/shared/press/data/setnws_201709061614152431248138_195100.pdf
Physical Review Letters：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.119.100601#fulltext
▽引用元：東京大学大学院工学系研究科 プレスリリース 2017.09.06
http://www.t.u-tokyo.ac.jp/soe/press/setnws_201709061614152431248138.html
http://www.t.u-tokyo.ac.jp/shared/press/images/setnws_201709061614152431248138_761028.jpg
＊ご依頼いただきました。 何気に凄くないか？
マクロの世界も量子力学で説明できちゃうかも知れないんだろ？ 良く解んないけど、凄そうだから、おめでとうございます 俺が思うに、真の統一理論完成のためには、
あらゆる物理法則にフラクタル対称性を組み込むことだと思うんだ。 D1でこんな論文の著者になったら肝心の博士論文はどんなネタでいくんだろう こういうのは限られた条件で証明しただけ、と相場が決まっている 敢えて、敢えてこう書き込ませてもらいたい…！
これが何の役に立つの？ 統計力学使わずにマクロとミクロがダイレクトに繋がったという事？ 50枚のｺｲﾝを、
すべて表に向けて
お盆の上に置いて、
何度か揺すってみる。
すると、ｺｲﾝの裏表はﾊﾞﾗﾊﾞﾗになる。
これが全て表に向く確率は、とても小さい。 >>19
このボールは1溝分の1の確率で壁抜けします、とか計算できるようになる 量子力学の方程式は全部時間の向きに対して対称って聞いたが
嘘だったって事？ 熱力学第二法則って、経験法則かと思ってたけど、量子力学から導き出せるということは、
原理的な法則なのか？ なぜか残念な気がする。
エントロピーが減少する宇宙ってのは考えられないことになるのか？ これ、大学院生の業績だよな？
凄いね、ノーベル賞ものだ >>26
ハードディスクがあるだろ？
ランダムにデータを書き込む
初期状態に戻りますか?ってことだな
ビット数が少なければ確率も上がる
そういうこと >>1
生きたツチノコ見つけたぐらいの大発見だぞこれ
マジで ほう、カノニカル分布なし導くとはねぇ。論文読むわ。
エントロピーがどう説明されているかだなぁ。 >>27
限定条件がなければマジでノーベル賞級
ただ、実験とか現象と結びつかないと数理科学分野にカウントされてノーベル賞の対象にはならないかも
まあどのみちもらえたとして年齢的に30年後ぐらいだろう >>28
それ説明になってない。
>ランダムにデータを書き込む
ランダムに書き込むことができるのはなぜか？
これを原理的に説明できるのか？ ざっと見た感じだけれど、Lieb-Robinson boundsを使うentangle状態の話だよね。
一般に使える話か、うーん明日から世界が変わる話じゃないな。 >>34
書き込む必要も無いがな
ビットが1と0を振動するでもいいのだ
物理量をビットに落とし込めば同じこと >>32
いや、この理論を実証する実験が出てくれば、それと一緒に受賞というパターンもある。 >>37
>ビットが1と0を振動するでもいいのだ
じゃあ、ここが問題だ。
エントロピーが増加する世界の常識に過ぎないでしょ。 >>39
量子力学では絶対零度でも振動は止まらない
そういう世界だよ >>38
逆だな、この理論を確立させるための実験を行って学位論文でノーベル賞でも取れないと
一生不遇な生活になると思うが。 >>40
>絶対零度でも振動は止まらない
あるいは真空でも量子の生成消滅があるとか。
それと熱力学第二法則が関係するのかしら？
ああ、論文読まないでアレコレ言うのはダメだね。
読んでみよう。 量子力学の特異な現象をマクロ側に発現できると面白いことができそう。 大抵は可逆だから 非可逆なら そのための説明がされないといけないが
時間はそれすらできなかったもんな
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http://yamatotakeru999.jp/index.html
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熱力学第二法則は統計力学で導出するというのが既にある。あるけど、力学の法則は時間対称なので非対称な第二法則が出てくるのはおかしい。
初期値の仮定の非対称性から導出される。量子力学でも、その辺の問題は変わらない。観測は時間対称ではないのだが、量子力学には観測は入ってない。
閉じた空間の理想気体はエルゴード性があるので、あらゆる可能な状態に近付く。これは熱力学の第二法則と相入れない。
エントロピーの低い状態にいる確率は低いはずなのに、なぜ、常にエントロピーは増大に向かうのか?
それは、そもそも僕たちは何故熱力学第二法則に反してエントロピーの低い状態にいるのかという問いになる。
その答えは重力で太陽や地球の重力がエントロピーを低くしてる。重力とエントロピーが関係あるという論文があるらしい。
熱力学第二法則は低いエントロピーから高いエントロピーの状態にいく確率が高いことは主張するけど、
低確率で高い方にいくのは否定してないし、自分たちが低く状態にいることを否定することもない。 >>45
時間があると思って世界を構築すると10次元のコンパクト化とか可笑しなことになるが
無いと仮定すると
平面世界のホログラムで説明がついてしまうからな
重力なんて仮定の力になってしまう これ魔法少女まどかマギカでキューベーが説明してたやつだな。 タイトル見て沙川さんの業績だろうと思ったら、その通りだった
まだ33,4なのに天才すぎる >>46
Twitterで1ツイートの情報量が断トツに多いのが日本語
さらに表語文字である漢字による速読性・冗長性の高さも
加味すると、時間軸まで考慮した場合の情報密度は英語の
10倍と言っても過言ではない 熱力学第二法則が量子力学から導き出されるってことは、量子力学が時間の矢を説明
できるってこと？
時間の矢が説明できるなら、「今」を説明できるってこと？
アインシュタインは「今」の説明に悩んでいたけど。 >>52
群速度って奴だよ
体がある限りその場には実は留まっていない >>4
今の研究方向としては、まさにその量子力学でマクロの世界の記述が可能なのではないかというものなんだよな なんにせよ
フィジカルレビューレターズに載っただけでも凄い 確率モデルが示す期待値と、初期状態に差があるから『変化』が生まれるんだよ。
初期状態がいかなる値であっても、試行の結果は期待値へ収束していく。この過程がエントロピーの増大だよ。
観測行為が試行に該当するので、観測を繰り返すことでエントロピー増大という結果が得られる。
時間の矢は、統計を用いなければ出現しないのだが…？ 私は熱力学第二法則を憎む!!
ってマッドな科学者がいたなぁ >>16
>>35
まあ、そんな上手い話はないからな。理研みたいなプレスやめてほしいわ
本格的に量子論と熱力学を統合するには、フィールズ賞レベルの数学が必要なはず 熱力学ありきでの統計力学と違って対応例を作れたのは勿論いいこと 量子力学も熱力学も統計使わずに説明するってすごいね
第一原理計算的な導き方なんだろうか >>63
量子情報理論と熱力学のエントロピーを結びつけている。統計ではなくエントロピーで
だから量子エンタングルについての制約を設定してから揺らぎ定理の関係式を導いてる
ケチをつけるわけではないが、ノーベル物理学賞とはちょっと質の違う、数理物理寄りの議論 
>>63
ぜんぶつかってるきがするが >>1
>Physical Review Letters：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.119.100601
"Fluctuation Theorem for Many-Body Pure Quantum States"
有料登録しないと読めないのか >>65
訂正、統計力学ではなくエントロピーで、ね
そもそも情報熱力学ってのが量子情報と熱力学を直接結びつけるっていうプログラムだからね
主題の一つであるマクスウェルの悪魔は統計力学では理解できないしね >>16
>1 のリリースpdf によれば
>本研究グループは、小さな量子系（システム）と大きな量子多体系（熱浴）が
>接触している格子系(図１)を考え、シュレーディンガー方程式に従って
>時間発展した際の全系のエントロピー生成（注１１）を議論しました。
>その際、熱浴の初期状態は単一のエネルギー固有状態、すなわち
>純粋状態とすることにより、ほぼ全ての固有状態に対して、
>ある時間内においてはエントロピー生成がほとんど非負になる、
>つまり熱力学第二法則が成り立つことを証明しました。
>今回の理論の鍵は、量子多体系の相互作用の局所性と、ETHの二つです。 ■ このスレッドは過去ログ倉庫に格納されています
