システムは負のエントロピーを持つことができますか？

システムのエントロピー$ S $は、システムが次のように採用できる可能なマイクロステート$ \ Omega $の数に関連しています。

$$ S = k_B \ log \ Omega $$

$ \ Omega $は常に整数である必要があり、常に少なくとも1である必要があることに注意してください。したがって、$ S $は常にゼロ以上です。

ゼロエントロピーの場合、オブジェクトはゼロ温度での完全結晶であり、可能なミクロ状態は1つだけです。 （したがって、上記の定義は熱力学の第3法則によって可能になります。）他の状況では複数のミクロ状態が考えられるため、エントロピーはゼロより大きくなければなりません。

コメント

• エントロピーをランダムに相関させることができますか
• システムの均一な確率分布が任意の1つのミクロ状態にあると仮定すると、そうです、おおよその"ランダム性"は、ミクロ状態の総数、つまりエントロピーに関連しています。
• 絶対ゼロで何が起こったかはわかっていますが、 0K未満で何が起こるか
• 温度の定義によって異なります。それを平均粒子運動エネルギーに関連付けると、運動エネルギーは常に正であるため、それは不可能です。温度を1 /（特定の量のエネルギーが追加されたときにシステムに追加されるエントロピーの量）として定義すると、エネルギーが追加されたときに秩序が増す（つまり、ミクロ状態が少なくなる）システムでは負の温度が発生する可能性があります。ただし、このようなシステムの最も実用的な例は一般に非常に高温であるため、この温度の概念はやや直感的ではありません。
• 粒子が持つことができるエネルギー量に上限がある場合は、システムは特定のポイントを通過し、より多くの粒子を（ボソンの場合）最高のエネルギー状態、または（フェルミ粒子の場合）利用可能な最高のエネルギー状態にパックするのに役立ちます。区別できない縮退粒子の束（ボソンの場合、フェルミ粒子の場合、本質的に1つのエネルギー状態に固定されている区別できない粒子の束）は、多くの可能なエネルギー状態を持つ粒子の束よりもはるかにランダムではありません。したがって、エネルギーの高い状態ではエントロピーが少なくなります。

つまり、エントロピーとは可逆プロセスでは変化しませんが、不可逆プロセスでは増加します。この意味で、システムのエントロピーが減少するかどうかが問題になります。もちろんです。閉じていないシステムではエントロピーが減少する可能性があります。たとえば、Earth太陽エネルギーを太陽から受け取り、熱として宇宙に放散します。（閉じた）システム全体（太陽、地球、宇宙）のエントロピーは常に増加しますが、地球だけのエントロピーは実際に減少する可能性があります。混沌の尺度として、秩序はエントロピーの反対になります。この意味で、生物学的生命と進化は高度に組織化された物質を表し、したがって低いエントロピーを表します。生命の出現と地球上でのその進化のようなエントロピーの減少地球だけが閉じたシステムではなく、トレメンドウの導管であるという理由だけで可能でした熱として放散する太陽エネルギーのエントロピー増加。この一定のエントロピーがなければ、地球上の生命は不可能です。システムの一部のエントロピーを減少させ、生命、進化、そして最終的には知性を生み出すのは、まさにシステム全体のエントロピーの増加です。

コメント

• 閉じたシステムでも、エントロピーは減少する可能性があります。たとえば、体から熱を取り除くだけです。
• @Chester Miller：閉鎖系のエントロピーが減少する可能性があるという考えへのリンクまたは参照を提供していただけますか？
• 、すべての熱力学の教科書には、方程式$ dS = dq_ {rev} / T $があります。 $ dq_ {rev} $が特定のプロセス（理想気体の等温圧縮や固体の冷却など）に対して負であると言ったら、どう思いますか？
• @Chester Miller：あなたの例は次のとおりです。閉じたシステムではなく、私の質問に答えません。私はアイデアや結論を求めていません。 "閉鎖系のエントロピーが減少する可能性があることを具体的に示す参照を提供していただけませんか。"。私が尋ねている理由は、そのようなシステムは閉鎖系で増加するエントロピーの法則に違反することであり、私はこの法則の違反について聞いたことがありません。'したがって、（自分の控除以外の）実際の参照がある場合は、'学びたいと思います。
• ここに用語の問題があると思います。物理学者が閉鎖系について話すとき、彼が意味するのは、質量、熱、または周囲との仕事の交換がないものです。これは、エンジニアが分離システムと呼んでいるものです。工学（およびほとんどのサーモブック）では、閉鎖系は周囲との質量交換がないシステムです。熱交換と仕事は許可されています。次のリンクを参照してください： google.com/ …

はい。宇宙のすべての粒子の速度を逆にすると、エントロピーは下がるだけです。

https://youtu.be/yRvbEoHHx4M?t=39m14s

コメント

• より明確に説明できますか？
• [リンク]（ youtu.be/yRvbEoHHx4M?t=36m42s ）
• @safesphereでは、なぜ過去のエントロピーが現在よりも低くなったのでしょうか。過去が'存在しないことを示唆していますか？
• @safesphere孤立系が決定論的法則に従っている場合、その中のすべての粒子の速度を逆転させますシステムは確かにエントロピーを下げるだけです。しかし、繰り返しになりますが、そのためには、分離されたシステムが完全に決定論的である必要があります。