「時間」に始まりと終わりはあるのか②【時間】【エントロピー】

時間

ないてんです。

前回からの続きになります。

前回紹介した内容を簡単に整理しますと以下になります。
・時間とはいったい何なのか?
・不可逆的な過程があるから我々は時間が過去から未来へ一方通行に流れている様に感じ、これを「時間の矢」と呼びました。
・19世紀の物理学者ルートヴィッヒ ボルツマンは「エントロピー」という概念を生み出し、これが時間の矢の原因ではないかと考えました。
・エントロピーとは秩序だった状態を「エントロピーが低い」、乱雑な状態を「エントロピーが高い」と捉え、時間と共に増大していく様を「エントロピー増大の法則」と呼びます。

今回はエントロピーの話しを交えながら時間の終わりについて紹介します。

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前回の最後に「エントロピー増大の法則」を紹介しました。
これによると秩序だった状態は時間と共に乱雑な状態に変化していくことになります。
ですが、世の中にはこれに逆らった過程は存在しないのでしょうか?

それは存在しており、その一例が“生命”になります。

生命を形作る設計図たるDNAは二重らせん構造を持ち、生命がDNAを複写してタンパク質を生成する過程は秩序だっているように見え、エントロピー増大の法則と相反しているように思えます。
つまり生命は時間と共に乱雑な状態を秩序だった状態に変化させており、エントロピー増大の法則と矛盾しているように考えられます。

ですがこれは矛盾していないそうです。というのも、外からエネルギーをつぎこめば乱雑な状態を秩序だった状態に、つまりエントロピーを減らすことができるのです。
前回エントロピーの説明をする際に出したオセロの駒の例を用いて簡単に説明します。
10枚のオセロの駒を机の上に並べて、その机を叩きオセロの駒をランダムにひっくり返しますと、叩くほどに白黒が5枚ずつに収束し、全てが白または黒になることはほぼないことが直感的に分かるかと思います。ですが、白黒5枚ずつの状態を直接手でひっくり返せば全てが白または黒の状態にできます。
この“直接手でひっくり返す”が“エネルギーをつぎこむ”行為になり、エントロピーを減らせることになります。

このようにエネルギーをつぎこめばエントロピーを減らすことができますが、それは地球のように外部からエネルギーを受けることができる環境の話しであり、宇宙全体で考えればエントロピーは時間と共に増大していきます。

では遠大な時間が流れエントロピーが極限まで増えた宇宙はどのような状態なのでしょうか。
秩序だった存在がなくなるため、星もブラックホールもなくなり、全ての原子は素粒子へと分解されます。また宇宙は膨張し続けているため、分解されたあらゆる物質は再び交わることもなく永遠に変化が起きません。
このようにエントロピーが極限まで増えた状態を「熱的死」と呼びます。

この熱的死をもって時間の終わりとする考えがある一方、現在の物理学では熱的死を迎えた宇宙でも、相対性理論でいう「時空」は存在しているそうで、宇宙が終わらない限り時間も終わらないと考えられているそうです。

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今回はここで切ります。
次回は時間の始まりについて紹介します。

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最後まで読んでくださり、ありがとうございます。
みなさんのシナリオのタネ探しの一助になりましたら幸いです。

それではまたお会いしましょう、ご機嫌よう。

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