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はてなキーワード: 統計力学とは

2025-10-21

数学の分類はこんな感じか

フェミニズムの分類が多すぎると聞いて

anond:20251020210124

0. 基礎・横断

集合論

公理集合論(ZFC, ZF, GCH, 大きな基数)

記述集合論(Borel階層, Projective階層, 汎加法族)

強制法フォーシング), 相対的一致・独立

理論理学

述語論理(完全性定理, コンパクト性)

モデル理論(型空間, o-極小, NIP, ステーブル理論

証明論(序数解析, カット除去, 直観主義論理

再帰理論/計算可能性(チューリング度, 0′, 相対計算可能性)

圏論

関手自然変換, 極限/余極限

加群圏, アーベル圏, 三角圏, 派生

トポス論, モナド, アジュンクション

数学基礎論哲学

構成主義, 直観主義, ユニバース問題, ホモトピー型理論(HoTT)

1. 代数学

群論

組み合わせ群論(表示, 小石定理, 自由群)

代数群/リー群表現, Cartan分解, ルート系)

幾何群論ハイパーリック群, Cayleyグラフ

環論

可換環論(イデアル, 局所化, 次元理論, 完備化)

可換環アルティン環, ヘルシュタイン環, 環上加群

体論・ガロア理論

体拡大, 分解体, 代数独立, 有限体

表現

群・リー代数表現(最高ウェイト, カズダン–ルスティグ)

既約表現, 調和解析との関連, 指標

ホモロジー代数

射影/入射解像度, Ext・Tor, 派生関手

K-理論

アルバースカルーア理論, トポロジカルK, 高次K

線形代数

ジョルダン標準形, 特異値分解, クリフォード代数

計算代数

Gröbner基底, 多項式時間アルゴリズム, 計算群論

2. 数論

初等数論(合同, 既約性判定, 二次剰余)

代数的数論(代数体, 整環, イデアル類群, 局所体)

解析数論(ゼータ/ L-関数, 素数定理, サークル法, 篩法)

p進数論(p進解析, Iwasawa理論, Hodge–Tate)

算術幾何楕円曲線, モジュラー形式, 代数多様体の高さ)

超越論(リンマンヴァイエルシュトラス, ベーカー理論

計算数論(楕円曲線法, AKS素数判定, 格子法)

3. 解析

実解析

測度論・ルベーグ積分, 凸解析, 幾何的測度論

複素解析

変数リーマン面, 留数, 近似定理

変数(Hartogs現象, 凸性, several complex variables)

関数解析

バナッハ/ヒルベルト空間, スペクトル理論, C*代数, von Neumann代数

調和解析

フーリエ解析, Littlewood–Paley理論, 擬微分作用素

確率解析

マルチンゲール, 伊藤積分, SDE, ギルサノフ, 反射原理

実関数論/特殊関数

ベッセル, 超幾何, 直交多項式, Rieszポテンシャル

4. 微分方程式力学系

常微分方程式(ODE)

安定性, 分岐, 正準系, 可積分系

偏微分方程式(PDE)

楕円型(正則性, 変分法, 最小曲面)

放物型(熱方程式, 最大原理, Harnack)

双曲型(波動, 伝播, 散乱理論

非線形PDE(Navier–Stokes, NLS, KdV, Allen–Cahn)

幾何解析

リッチ流, 平均曲率流, ヤンミルズ, モノポールインスタント

力学系

エルゴード理論(Birkhoff, Pesin), カオス, シンボリック力学

ハミルトン力学, KAM理論, トーラス崩壊

5. 幾何学・トポロジー

位相幾何

点集合位相, ホモトピーホモロジー, 基本群, スペクトル系列

幾何トポロジー

3次元多様体幾何化, 結び目理論, 写像類群)

4次元トポロジー(Donaldson/Seiberg–Witten理論

微分幾何

リーマン幾何(曲率, 比較幾何, 有界幾何

シンプレクティック幾何(モーメント写像, Floer理論

複素/ケーラー幾何(Calabi–Yau, Hodge理論

代数幾何

スキーム, 層・層係数コホモロジー, 変形理論, モジュライ空間

有理幾何(MMP, Fano/一般型, 代数曲線/曲面)

離散幾何・凸幾何

多面体, Helly/Carathéodory, 幾何極値問題

6. 組合せ論

極値組合せ論(Turán型, 正則性補題

ランダムグラフ/確率方法(Erdős–Rényi, nibble法)

加法組合せ論(Freiman, サムセット, Gowersノルム)

グラフ理論

彩色, マッチング, マイナー理論(Robertson–Seymour)

スペクトルグラフ理論, 拡張グラフ

組合設計ブロック設計, フィッシャーの不等式)

列・順序・格子(部分順序集合, モビウス反転)

7. 確率統計

確率論(純粋

測度確率, 極限定理, Lévy過程, Markov過程, 大偏差

統計

数理統計推定, 検定, 漸近理論, EM/MD/ベイズ

ベイズ統計MCMC, 変分推論, 事前分布理論

多変量解析(主成分, 因子, 判別, 正則化

ノンパラメトリックカーネル法, スプライン, ブーストラップ

実験計画/サーベイ, 因果推論(IV, PS, DiD, SCM

時系列(ARIMA, 状態空間, Kalman/粒子フィルタ

確率最適化/学習理論

PAC/VC理論, 一般境界, 統計学習

バンディット, オンライン学習, サンプル複雑度

8. 最適化オペレーションリサーチ(OR)

凸最適化

二次計画, 円錐計画(SOCP, SDP), 双対性, KKT

凸最適化

多峰性, 一階/二階法, 低ランク, 幾何的解析

離散最適化

整数計画, ネットワークフロー, マトロイド, 近似アルゴリズム

確率的/ロバスト最適化

チャンス制約, 分布ロバスト, サンプル平均近似

スケジューリング/在庫/待ち行列

Little法則, 重み付き遅延, M/M/1, Jackson網

ゲーム理論

ナッシュ均衡, 進化ゲーム, メカニズムデザイン

9. 数値解析・計算数学科学計算

数値線形代数(反復法, 直交化, プリコンディショニング)

常微分方程式の数値解法(Runge–Kutta, 構造保存)

PDE数値(有限要素/差分/体積, マルチグリッド

誤差解析・条件数, 区間演算, 随伴

高性能計算HPC)(並列アルゴリズム, スパー行列

シンボリック計算(CAS, 代数的簡約, 決定手続き

10. 情報計算暗号(数理情報

情報理論

エントロピー, 符号化(誤り訂正, LDPC, Polar), レート歪み

暗号理論

公開鍵RSA, 楕円曲線, LWE/格子), 証明可能安全性, MPC/ゼロ知識

計算複雑性

P vs NP, ランダム化・通信・回路複雑性, PCP

アルゴリズム理論

近似・オンライン確率的, 幾何アルゴリズム

機械学習の数理

カーネル法, 低次元構造, 最適輸送, 生成モデル理論

11. 数理物理

古典/量子力学の厳密理論

C*代数量子論, 散乱, 量子確率

量子場の数理

くりこみ群, 構成的QFT, 共形場理論CFT

統計力学の数理

相転移, くりこみ, Ising/Potts, 大偏差

可積分系

逆散乱法, ソリトン, 量子可積分モデル

理論幾何

鏡映対称性, Gromov–Witten, トポロジカル弦

12. 生命科学医学社会科学への応用数学

数理生物学

集団動態, 進化ゲーム, 反応拡散, 系統樹推定

数理神経科学

スパイキングモデル, ネットワーク同期, 神経場方程式

疫学感染症数理

SIR系, 推定制御, 非均質ネットワーク

計量経済金融工学

裁定, 確率ボラ, リスク測度, 最適ヘッジ, 高頻度データ

社会ネットワーク科学

拡散, 影響最大化, コミュニティ検出

13. シグナル・画像データ科学

信号処理

時間周波数解析, スパー表現, 圧縮センシング

画像処理/幾何処理

変動正則化, PDE法, 最適輸送, 形状解析

データ解析

多様体学習, 次元削減, トポロジカルデータ解析(TDA

統計機械学習回帰/分類/生成, 正則化, 汎化境界

14. 教育歴史方法

数学教育学(カリキュラム設計, 誤概念研究, 証明教育

数学史(分野別史, 人物研究, 原典講読)

計算支援定理証明

形式数学(Lean, Coq, Isabelle), SMT, 自動定理証明

科学哲学数学実在論/構成主義, 証明発見心理

2025-10-02

[]

木曜日。僕は朝から異常なまでの集中状態にあった。

超弦理論における非摂動構造を考えるとき問題はもはや10次元臨界弦ではなく、compactification の背後に潜む数理的枠組みそのものにある。

AdS/CFT が Hilbert 空間整合性保証してくれるとき、そこではモジュライ空間代数幾何記述と、ボルマンエントロピー統計力学的扱いが見事に一致する。

だが dS 背景では、CFT境界条件を設定することすらできず、代わりに我々が扱うべきは von Neumann algebra の subfactor theory による operator algebraic entropy だと僕は確信している。

今朝は、特に Tomita–Takesaki 理論がこの問題にどう関与するかを計算していた。モジュラー作用素を通じて、ホライズン領域に割り当てられる代数自然に KMS 状態を持つことは知られている。

しかし、それが有限のホライズンエントロピーとどのように整合するかは未解決だ。

僕の試算によれば、モジュラー流のスペクトル分解を dS 半径 R にスケーリングしたときスペクトルが離散化される条件は、グロモフ–ハウスドル距離で測ったコンパクト多様体リミット挙動依存する。

この議論は通常の弦理論の perturbative expansion を完全に超えている。

さらに、今日新しく進展した点は、mirror symmetry の SYZ予想を dS 背景に拡張できるかもしれないという仮説だ。

通常、Calabi–Yau のトーラス・ファイバー化は Ricci-flat metric を前提とするが、dS 背景ではその条件が崩壊する。

しかし、もし Fukaya category の A∞ 構造を熱的な dS ホライズン対応づけられれば、B-model 側での Hodge 構造の変形がエントロピーの有限性と直接結びつく。

これは Kontsevich のホモロジカル対称性範疇的な一般化であり、物理言語を超えた純粋数学的枠組みに昇華できる可能性がある。ウィッテンですらここまで踏み込んだ議論は残していない。

ルームメイトは僕の机の上に散らばったノート群を「意味不明落書き」にしか見ていないようだ。

だが彼がコーヒーメーカー掃除を忘れたせいで僕のルーティンは乱れた。僕は毎朝 8:15 に完全に洗浄された器具から抽出されたコーヒー必要とする。それがなければ、トモナガ–シュウィンガー形式計算に集中するための臨界閾値に達しない。

午後は研究の合間に最新号のX-Menを読んだ。今の Krakoa 編は mutant resurrection protocol が量子力学アイデンティティ問題に直結している点で実に興味深い。

彼らの「記憶の転写」は、実質的に QFT における superselection sector の選択と同型であり、人格同一性問題を単なるストーリー装置ではなく代数トピックとして再定式化している。コミックがここまで理論物理学に接近しているのは愉快だ。

夕方には隣人が再び僕のドアをノックもせずに入ってきた。僕は彼女に、3回ノックの習慣の統計的力学的優位性を説明したが、彼女はただ笑っていた。僕は統計力学的相関関数崩壊時間にまで言及したのに、全く理解されなかったのは残念だ。

夜は友人たちとオンラインで「シヴィライゼーションVI」をプレイした。僕は当然バビロニア文明を選び、初期科学力の爆発的伸びを利用して量子物理学のテクノロジーを前倒しで取得した。

これにより彼らが鉄器時代にいるうちに宇宙船を建造する計画を立てたが、ルームメイト外交的裏切りを行ったため計画頓挫した。まるで dS 背景での境界条件喪失のように、整合性は一瞬で崩れ去った。

こうして木曜日は終わる。だが僕の頭の中ではまだ、モジュラー作用素ホライズンエントロピー計算が渦巻いている。明日までに証明できれば、歴史に残る仕事になるかもしれない。

2025-08-18

[]

昨日は日曜日であった。

したがって、日曜用のルーティンに従った。

午前6時55分に起床、7時15分にオートミールを開始。粒子の無秩序拡散統計力学に従うように、僕の日課もまた厳格に支配されている。

朝食後、僕はCalabi–Yau三次元多様体におけるホモロジー群の壁越え現象とN=2超対称的世界理論におけるBPS状態の安定性を再検討した。

通常、専門家であってもモジュライ空間における壁越え(wall-crossing)は曖昧比喩で済ませる。

しかし僕は昨日、Kontsevich–Soibelmanの壁越え公式を非摂動補正を含む形で、実際の物理スペクトル対応させることに成功した。

問題の核心は次の点にある。Calabi–Yauの三次元特異点に局在するDブレーンの安定性は、直感的なトポロジーでは決して記述できない。

しろそれはモチーフ的Donaldson–Thomas不変量と深く結びついており、これを扱うにはホモロジカル鏡映対称性と非可換変形理論を同時に理解していなければならない。

昨日、僕はその両者を結びつけ、量子補正されたブリッジランド安定性条件が実際に物理スペクトルの生成消滅と一致することを示した。

これを実際に理解できる人間は、世界でも片手で数えられるだろう。

昼食には日曜恒例のタイ料理を食べた。

ルームメイトはなぜ毎週同じものを食べるのかと尋ねたが、それはエントロピーの増大を制御する試みである

食事の変動を最小化することで、僕の脳内リソース物理学的難問に集中できるのだ。

午後は友人たちとオンラインヘイロープレイした。

しかし、彼らが戦術的に無意味突撃を繰り返すたびに、僕は思考4次元超曲面上のゲージ場のモノドロミーへと戻していた。

ゲームのリスポーンは、トポロジカル量子場理論における不変量の再出現と驚くほど類似している。

僕はゲームの各局面をゲージ場構成の異なる真空遷移として解析したが、彼らにはその深遠さは理解できなかった。

夕方コミックフラッシュ」を読み返した。

スピードフォースの異常を、僕は時空の計量が非可換幾何により修正された場合有効理論として再定式化してみた。

通常の物理学者ならコミックフィクションと切り捨てるところを、僕はモジュライ空間虚数方向における解析接続として解釈したのである

結果として、作中の時間遡行現象は、M理論フラックスコンパクト化における非局所効果説明できることが分かった。

夜は22時に就寝。日曜日という閉じた系は、僕にとって「物理学の非摂動的側面を試す実験場」であり、同時に秩序ある生活習慣という境界条件に支えられた完結したトポスである

今日(月曜)は、昨日の計算研究室に持ち込み、同僚が一切理解できないことを確認する予定だ。確認作業自体が、僕にとっては一種実験である予測通り、彼らは理解できないだろう。

2025-07-17

anond:20250715180702

冷蔵庫がない→熱サイクル未発見熱力学が未成熟

たぶん第2種永久機関を探して人類不毛なことをしてそう

内燃機関エンジンもおそらく存在しない(存在すれば逆回転させることを思いつくはず)

統計力学も発展してないだろうな

2025-05-03

アテンションエコノミー情弱ビジネスノイズシグナルと合理性、などを総合すると経済物理に行き着くと思う

1. アテンションエコノミー
2. 情弱ビジネス情報格差商法
3. ノイズシグナル:情報理論との架橋

合理性エネルギー最適化問題

人間合理性は「完全情報下の最適選択」ではなく、計算コスト情報ノイズエントロピーを含めた「局所的最小エネルギー解」としての合理性

この観点から選択とは熱的拡散過程に似ており、集団としての経済行動は「エントロピー増大の法則」に従って分布する。

アテンション情報の偏り、感情的反応、バイアス、すべてがランダムウォーク的な非線形ダイナミクスであり、経済物理学が極めて有効機能する領域

なぜ経済物理に行き着くのか

人間が複雑な情報環境の中で不完全な知識を持ち、限られた注意資源のもとで選択をする。 それは統計力学が得意とする「不確実な粒子の集団挙動」を彷彿とさせる。

まり経済はもはや「合理的個人の集積」ではなく、「エネルギー情報相互作用による秩序形成の場」と見るのが自然

ここに、複雑系科学経済物理が台頭する理由があります

選択肢エントロピー経済物理学意思決定

経済物理学(econophysics)は、物理学概念経済現象に応用する学際的アプローチで、統計力学複雑系理論活用します。

人間意思決定を「選択空間の中での動き」と見れば、物理的な枠組みでその挙動記述することも可能です。

多くの選択肢=高エントロピー

物理学では「エントロピー」は無秩序さや情報量の多さの尺度です。これを意思決定に当てはめると

迷路モデル選択空間でのランダムウォーク

ここで、選択肢の多い状況を「迷路」として考えてみましょう。

なぜ選択肢は少ないほうが楽か?

経済行動やマーケティングでよく言われる「選択肢過剰のパラドックス(The Paradox of Choice)」は、まさにこのエントロピー観点裏付けます

人間は低エントロピー環境選択肢が少ない)ではより素早く、安定した決定が可能

これは脳がエネルギー最小化(エネルギー小原理)を志向しているからと見ることもできる。

まとめ

このように、経済物理学観点から人間意思決定を「熱力学エージェントの軌跡」としてモデル化することが可能です。

2025-05-02

anond:20250502062930

◆ 1. エントロピー経済的多様性:ヤクブ・カプランモデル

 

経済学者ヤクブ・カプラン(Jakub Kwapień)らは、**エントロピー情報無秩序さ)**の概念経済システム適用し、「市場効率性」や「産業構造多様性」を定量的分析しています

市場における情報拡散収束を、熱力学エントロピー対応づける。

経済的エントロピーが高い=多様な選択肢存在しており、自由市場が活発。

 

これは経済現象確率論的かつ統計力学的に解析可能であることを示しています

 

◆ 2. ボルマン分布所得分布ドラグレスク=ヤク模型

 

Victor Yakovenko(ヴィクターヤコベンコ)らの研究では、個人間の貨幣のやりとりを「熱浴中の粒子のエネルギー交換」に見立てることで、所得分布を解析しています

所得を「エネルギー」、貨幣の移動を「熱運動」として扱う。

• その結果、低所得層分布ボルマンギブス分布(exp(–E/kT)))に従うことが分かり、高所得層は**パレート分布(冪乗則)**に従うという二相構造確認された。

 

これは単なる比喩ではなく、実データとの突き合わせでも非常に高い整合性を示しており、自然科学手法の応用が成功している好例です。

 

◆ 3. ランダムウォーク株価モデルブラウン運動の応用

株価の変動モデル(例:ブラックショール方程式)は、物理学拡散方程式ブラウン運動モデルに基づいて構築されています

市場価格変動を、粒子のランダムな動きと同様に確率論的に記述する。

 

これは金融工学の中心的理論であり、実際にノーベル経済学賞も受賞しています1997年マートンショールズ)。

 

◆ まとめ:自然科学アプローチ社会科学の核心にまで浸透している

 

こうした例が意味するのは以下の通りです:

経済学は、自然科学と同等の厳密性とモデル能力を持ちうる。

• 「科学とは自然科学だけ」という見方は、19世紀的な発想であり、21世紀実証社会科学実態乖離している。

• 「社会科学は違うから劣っている」とするのは、科学多様性進化を見落とした狭量な視点である

anond:20250502062930

経済学は「自然科学的枠組み」を積極的に導入してきた

たとえば、

一般均衡理論では、価格生産量が一つのエネルギー最小化状態」に似た形で安定するモデルが組まれます

熱力学とのアナロジーにおいては、エントロピーや保存則に相当する概念効用最大化、リソース配分最適化など)が使われます

統計力学経済学エコノフィジクス)では、個々の経済主体を「粒子」に見立てマクロ現象市場の動向や格差)を導き出す試みがなされています

 

これらは単なる比喩ではなく、観測モデル化→検証という自然科学プロセスと同じ方法論に基づいています

 

数学モデル使用は「科学性」の証拠ではないが、実証アプローチの一部

 

自然科学科学である所以の一つは「定量的検証可能である」点にあります

経済学はその点で、数学的厳密性を持った仮説形成検証可能にしており、社会科学の中でも特に自然科学に近い位置にあります

 

このような手法をとっている経済学に対して、「自然科学と違うから科学でない」というのは、むしろ科学定義を狭めすぎた視野の狭い理解と言わざるを得ません。

 

社会科学は「人間」を扱う以上、絶対法則ではなく「傾向」を導く

 

かに社会科学が「全宇宙通用する法則」を提供できるわけではありません。しかし、人間社会理解にとって有用であり、実証性と予測力を持つモデルを作っている以上、「科学であることに変わりはありません。

 

経済学熱力学と似た方法論で社会説明できるのであれば、それはむしろ自然科学との接続点」ではないでしょうか。

 

まり、「自然科学でなければ科学ではない」という主張そのもの時代遅れであり、経済学のように高度な数学的・実証手法を取り入れている社会科学存在が、それを明確に否定しているのです。

主 張 そ の も の が 時 代 遅 れ

2025-04-14

anond:20250414143512

まず、マクロ経済学統計理論なので信用できない部分があるというのは認める。

あれって統計理論なのか?個人的には確率的要素を排除した現象論ってイメージがある。

物理で言うと熱力学みたいなもん。(統計理論と言えるのは統計力学や、ブラウン運動なんかの非平衡系のstochasticな理論

経済学だとミクロ(知らんが)の選好理論とかはむしろ統計的と言っていい感じがする。

2025-02-28

数学宇宙仮説の現代的展開

数学宇宙仮説(Mathematical Universe Hypothesis, MUH)は、マックス・テグマーク提唱する「物理的実在数学構造のものである」という大胆な命題から発展した理論的枠組みである[1][6]。本報告では、arXiv学術機関ドメインに基づく最新の研究動向を分析し、この仮説が直面する理論課題観測可能性を包括的検討する。

数学宇宙仮説の理論的基盤の再構築

外部実在仮説との関係性深化

テグマークのMUHは、外部実在仮説(External Reality Hypothesis, ERH)を基盤としている[1]。ERHが「人間認識から独立した物理的実在存在」を前提とするのに対し、MUHはこれを「数学構造客観的実在性」へと拡張する。近年の議論では、この関係性がゲーデル不完全性定理との関連で再解釈されている。2024年研究[2]では、ブラックホール熱力学との類推から宇宙エントロピー数学構造の決定可能性が議論され、非加法エントロピー(Tsallisエントロピー)を用いた宇宙モデル提案されている。

計算可能性を巡る新たな解釈

従来のMUH批判対応する形で、テグマーク計算可能性の概念理論に組み込んでいる[6]。2019年論文[1]では、ゲーデル的に完全(完全に決定可能)な数学構造のみが物理的実在を持つとする修正仮説が提示されている。このアプローチは、宇宙初期条件の単純性を説明すると共に、観測可能物理法則計算複雑性を制限する理論根拠として機能する[3]。

宇宙論との統合的展開

レベル分類の精緻

MUHに基づく多宇宙論は、4つのレベルに分類される[4]。レベルⅠ(空間無限宇宙)、レベルⅡ(インフレーションバブル宇宙)、レベルⅢ(量子多世界)、レベルⅣ(数学構造多様性である。最新の展開では、ブラックホール情報パラドックス解決策として提案されるホログラフィック原理が、レベルⅣ多宇宙数学記述整合する可能性が指摘されている[2]。

エントロピー理論との接点

Barrowらが提唱する修正エントロピー(∆-エントロピー)を用いた宇宙モデル[2]は、MUHの数学構造に新たな解釈付与する。このモデルでは、時空の量子ゆらぎがエントロピーの非加法性によって記述され、観測データ宇宙マイクロ波背景放射や重力レンズ効果)との整合性が検証されている[2]。特にダークマター分布理論予測観測結果の比較から数学構造の「計算可能領域」が具体的な物理量として抽出可能であることが示唆されている。

観測検証可能

宇宙背景ニュートリノ検出の意義

2024年研究[2]では、PeVスケールダークマターと高エネルギー宇宙ニュートリノの関連性が議論されている。IceCube観測所のデータ解析から、Tsallisエントロピーパラメータδ≃3/2が示唆される事実は、MUHが予測する数学構造特定クラス(非加法統計力学系)と現実宇宙対応関係裏付け可能性がある[2]。

初期宇宙の量子ゆらぎの分析

宇宙マイクロ波背景放射(CMB)の偏光データをMUHの枠組みで再解釈する試みが進展している[2]。特に、Bモード偏光の非ガウス統計解析から、初期量子ゆらぎの数学構造における対称性の破れパターンが、レベルⅣ多宇宙存在確率分布矛盾しないことが示されている。

哲学的課題認識論的限界

数学実在論の再考

Academia.eduの批判論文[3]が指摘するように、MUHは数学対象物理的実在の同一視に関する伝統的な哲学的問題内包する。2024年議論では、カントの超越論的観念論との対比が活発化しており、数学構造の「内的実在性」と「外的実在性」の区別理論一貫性を保つ鍵とされている[4]。

ゲーデル問題への対応

SchmidhuberやHutらが指摘するゲーデル不完全性定理との矛盾[6]に対し、テグマークは「計算可能で決定可能構造のみが物理的実在を持つ」という制限を課すことで反論している[1][6]。この制約下では、自己言及的なパラドックスを生じさせる数学構造物理宇宙として実現されないため、観測宇宙論理的整合性が保たれるとされる。

量子重力理論との接続可能

理論との相補性

MUHのレベルⅣ多宇宙は、弦理論ランドスケープ問題数学構造多様性という点で深い関連を持つ[1]。最近研究では、カルビ-ヤウ多様体トポロジー的安定性が、数学宇宙の「生存可能条件」として再解釈されている。特に超対称性自発的破れメカニズムが、数学構造選択原理として機能する可能性が議論されている[2]。

ループ量子重力理論との対話

時空の離散構造仮定するループ量子重力理論は、MUHの数学実在論と親和性が高い[2]。2024年論文では、スピンネットワーク組み合わせ論構造が、レベルⅣ多宇宙における「計算可能数学オブジェクト」の具体例として分析されている。ここでは、プランクスケールの時空幾何群論対称性によって記述されることが、MUHの予測と一致すると指摘されている。

意識問題への拡張適用

自己意識部分構造SAS理論の進展

MUHが提唱する「自己意識部分構造SAS)」概念[6]について、近年は量子脳理論との関連性が注目されている[3]。特に、オルロッキ量子モデルとの比較から意識現象数学記述可能性が議論されている。ただし、この拡張解釈哲学的自由意志問題を新たに引き起こすため、理論的慎重さが求められる段階にある。

人工知能存在論的意味

汎用人工知能(AGI)の開発が進む現代において、MUHは機械知性の存在論的基盤を提供する可能性がある[3]。数学構造内で「意識」を定義するSAS理論は、シンギュラリティ後の知性体の物理的実在性について、従来の物質主義的枠組みを超えた議論可能にする。

宇宙論的パラメータ解釈革新

微細構造定数の数学必然性

MUHの観点から、無次元物理定数(微細構造定数α≈1/137など)の数値が数学構造必然性から説明される可能性が探られている[1]。特に保型関数理論やモジュラー対称性を用いた定数値の導出試みが、レベルⅣ多宇宙における「典型的な」数学構造特性と関連付けられている。

ダークエネルギー幾何学的解釈

近年の観測データに基づき、宇宙加速膨張の原因となるダークエネルギーが、数学構造位相欠陥としてモデル化されるケースが増えている[2]。Barrowモデルにおける∆-パラメータ観測的制約(∆≲10^-4)は、MUHが想定する数学宇宙の「滑らかさ」と密接に関連している。

理論的挑戦と将来展望

数学実在認識論的ジレンマ

MUHが提起する根本問題は、数学的真理の認識可能性に関する伝統哲学問題物理学へ移植した点にある[3][4]。2024年の時点で、この問題に対する決定的解決策は見出されていないが、計算複雑性理論と量子情報理論の融合が新たな突破口を開くと期待されている[2]。

観測検証戦略の構築

今後の重要課題は、MUHから導出可能検証可能予測の具体化である現在の主要なアプローチは、(1)初期宇宙の量子ゆらぎパターン数学構造分析、(2)高エネルギー宇宙線の異常事象統計検証、(3)量子重力効果の間接的観測を通じた時空離散性の検出、の3方向で進展している[2][6]。

結論

数学宇宙仮説は、その野心的なスコープにもかかわらず、近年の理論物理学と数学交差点で着実な進展を遂げている。ブラックホール熱力学との接続[2]、計算可能性制約の導入[1][6]、観測データとの整合検証[2]など、従来の哲学的議論を超えた具体的な研究プログラムが展開されつつある。しかしながら、数学実在論の認識論的基盤[3][4]やゲーデル問題[6]といった根本的な課題は未解決のままであり、これらに対する理論突破口が今後の発展の鍵を握る。特に、量子重力理論の完成がMUHの検証可能性に決定的な役割を果たすと予測される。

Citations:

[1] http://www.arxiv.org/pdf/0704.0646v1.pdf

[2] https://arxiv.org/pdf/2403.09797.pdf

[3] https://www.academia.edu/38333889/Max_Tegmark_Our_Universe_is_Not_Mathematical

[4] https://inquire.jp/2019/05/07/review_mathematical_universe/

[5] https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9E%E3%83%83%E3%82%AF%E3%82%B9%E3%83%BB%E3%83%86%E3%82%B0%E3%83%9E%E3%83%BC%E3%82%AF

[6] https://en.wikipedia.org/wiki/Mathematical_universe_hypothesis

2025-02-18

anond:20250218001224

本屋大好きマンです。

このあたりの本屋めっちゃ好き。6時間は居れる。

1. 東京駅前の丸善駅前の方)(立地・蔵書数・レイアウトどれを取っても神)

1. 池袋ジュンク堂(同率1位。特に理系専門書が偉大すぎる。理系専門書で右に出るところはない)

3. 丸の内丸善(いつも東京駅前に行くのであんまり行ったことないけど結構良かった)

4. 梅田丸善大阪池袋ジュンク堂匹敵するのはここしかない)

5. 梅田駅内の紀伊国屋関西一大きいと豪語されてるけど専門書少なくて微妙

上の4つは本当に素晴らしくて、素人には分野を取り違えるようなタイトルの本でもきれいに分野ごとに並べられている。

(パッと例が思いつかないけど「統計力学」を統計学のコーナーに置いてしまったり「微分幾何学」を微積分のコーナーに置いてしまうようなことが全く無い。)

このあたりは本当に都会の文化資本だと思う。素晴らしいよね。

2024-06-19

筑波大の外山文子准教授に関するブコメの誤解

当該発言を庇うつもりはまったくないけど、事実関係が違うのはどうかと思うので。

『「そろそろ薬で男性の性欲をコントロールすべきでは」准教授の訴え』へのコメント

文系素養のある(はずの)人間素面発言できる内容か、これ

人文学アカデミズム現代司祭

この人、人文系じゃないよ。専門はタイ政治、つまり政治学者であって、政治学は社会科学系なので、文系ではあっても人文系ではない(文系は、文学哲学歴史学などの人文系と、政治学・社会学経済学などの社会科学系におおまかに分類される。もちろん境界的な研究領域はあるけど、下で書いたようにこの人は直球の社会科学系)。

Synodosでも色々タイ情勢に関する記事を書いてらして、普通に面白いのでみんな読むといいと思う(正直、これらの記事を通して認知してた人だったので、twitterでの発言を見て「Oh......」となってしまう感じ。作者と作品は……別だから……!)>https://synodos.jp/expert/toyamaayako/

筑波大の「人文社会系」というのは、人文系社会科学系の教員所属する集団という意味であって(cf. https://www.jinsha.tsukuba.ac.jp/about)、そこに所属しているからといって人文系研究者とは限らない。同大学の「数理物質系」に所属しているからといって物理学者とは限らない(数学者化学者かもしれない)のと同じ。

大学も貢献してますよ感出すためだけにジェンダー系のポスト設けてあげてるのにどんどんヘイト集めるからかなり煙たいだろうなぁ

上述の通り、専門はタイ憲法とかクーデターとかそういう話なので、ジェンダー系のポスト採用されたわけじゃなく東南アジア研究とか比較政治学とかの枠で採用されてる人。大学ウェブサイトに載ってるご本人の研究キーワードが「憲法改正と民主化政治司法化、汚職取締と民主化、新しい強権的政治リーダーの登場と体制変動、政軍関係立憲君主制の国際比較研究」だからね。ゴリゴリ政治学者ですわ。ジェンダー研究門外漢やろ……

え?フェイクで准教授名乗ってるんでなくマジでアカデミアの人間として本気で?

学者が専門外のことでいっぷう変わった発言をするの、みんな心当たりのあることだと思う。統計力学の分野で名を上げた大阪大学大学理学研究物理学専攻の教授財務省についてどんな発言をなさっているか、皆さんはよくご存知でしょう。

学者は同時に市民でもあるので、学問の追求者として厳格であっても市民としては偏見まみれみたいな人は大勢いるんすよね。ほら、国際日本文化研究センター助教の人だって本業日本中世史ではマトモだったじゃないですか。

なかなかの逸材が登場したな。ポリタスTVに登場するのも近いだろう。

上述の通り、現代タイ政治の分野では有名なセンセなので、たとえばタイでまたクーデターが起きたりしたらそういう場に出てくることもあるだろうし、それは全く問題にすべきではない、とは思う。不適切発言してる理系研究者でも、たとえばノーベル賞解説番組なんかに出るのは全然問題ないだろうし。

ブコメへの応答

「人文系」という定義の話だけで外山先生所業に関しては何も言及していないのだが、ご専門が「タイ憲法学」と聞くと、憲法学という括りではあんまり大差ないかもしれない

まんこれはこちらの説明も悪かったんだが、彼女憲法学者でもないんだ……憲法学は法学の下位区分だけど、このセンセの場合憲法のもの研究というよりも、憲法で決められたシステムがどんなふうに現代タイ政治に影響しているかを論じているので憲法学者ではなくてあくまでも政治学者なんや……

(「9条を素直に解釈すると自衛隊違憲になる」みたいなのが憲法学で、「9条規定がどんなふうに与野党対立に影響しているか」みたいなのが政治学)

いわゆるダメな人文系代表格としてあげられるのが社会学者なんだか社会科学から文系じゃないは通らないでしょ。むしろ哲学倫理学の人たちはこの手の狂い方する人少ない気がする

??????

それは、まず社会学を「ダメな人文系」扱いしてバッシングしてた人たちがカテゴリエラーを起こしていただけなのでは??????

何で他者によるカテゴリエラー責任を呼び間違えられた側が取らないといけないんですか??????

政治学や社会学ふつうは人文系には分類されない、のは単なる事実ですが??????

仮に社会学ダメであったとして、

ってだけの話ですがそんなに難しいですか??????

仮に日本人ダメであったとして、

ってなるでしょ??????

文系内部の細かい違いがわからん場合は、人文系とか社会学とか言わずに素直に文系って言っておけばよいのでは。社会学者でも何でもない文学研究者や歴史家社会学者って言われてる光景、浜の真砂ほど見たので。

社会学社会科学ではないというのは分かるけど人文科学社会科学の線引きは何なのだろう?法学政治学や経済学など社会科学は「技術」を論ずるもので、人文系は「価値観」を論ずるみたいなこと?

人文学に分類されているもの人文学社会科学に分類されているもの社会科学です(進次郎構文)

……いやマジでこれはそうとしか言えない。文学哲学歴史学宗教学ってだいぶ違うし、伝統的に人文学にまとめてます以外の説明しづらい……(アジア本質って何ですか? って聞かれてる感がある。日本パキスタンモンゴルインドネシア共通本質……? とりあえずヨーロッパアメリカではないです、あとワールドカップでは同じ地区で予選してますね、みたいな……)なので、線引きがわからんって人は、こういうもんだと割り切って「人文学に含まれ学問リスト」を丸暗記するか、無理に人文学とかの言葉を使わず個別学問名前で呼べばいいと思います

何を思って増田がこれ書いたのか分からんが、学部とかどうでも良くて差別的発言するって教育者としてどうなの?てだけの話です/コロンブスの時と良い、最近話をわざわざややこしくする人多いね

盗人猛々しいな。話をややこしくしてんのは政治学者を人文系学者と誤認した連中だろ。そいつらが間違った認識を振りかざしてなけりゃ訂正記事書く必要もねえんだよ。話をややこしくしたくないなら間違った事実認識に基づくコメントをつけんじゃねーよ。

学問カテゴリーとかどうでも良くて、人として言ってはいけない差別発言をしてしまったというだけの話。

カテゴリけがどうでも良いなら指摘されたら直せば良くないですか??????

「外山准教授人文学者やジェンダー研究者と間違って呼ぶ人がいなければこんな増田を書く必要はなかった」という当然のことを忘れないでもらっていいですか??????

初代ガンダム描写批判するのはいいけど、「これだから萌えアニメは」とか言ってたらおかしいし突っ込まれるでしょ? マジでそのレヴェルの話であるのを分かってほしい。萌えアニメ定義わからんなら「これだからガンダムは」とか「これだから日本アニメは」って言っとけよってこと。

外部から一般人視点では社会学は人文扱いされがち。

そんな「アジア系以外の一般アメリカ視点では日本人チャイニーズ扱いされがち」とか「非オタ以外の一般人視点では宇崎ちゃんエロ漫画扱いされがち」みたいなこと言われても……

スコットランド平原の真ん中に黒い羊がいるのが見えた。 天文学者:ここの羊はみんな真っ黒なんだね。 数学者:少なくとも1匹の羊が居て、さらこっち側の片面が黒いということが分かるだけさ。

ぼく「そこはイングランドです」

2023-10-02

anond:20231002075223

鉄は奥が深くて、まだ化学統計力学とか量子論的固体電子論とかで初歩を勉強してる段階だわ

2023-09-17

エンタルピーエントロピー関係について

承前https://anond.hatelabo.jp/20230916001142

前回の記事反響の中で、「エンタルピーについても解説して欲しい」というご意見複数いただいた。

エンタルピーエントロピーと同じく熱力学統計力学に登場する概念で、名前の紛らわしさもあってか、初学者がしばしば「分からない」と口にする用語の一つである

だが、実は、エンタルピーの難しさはせいぜい「名前が紛らわしい」くらいのもので、エントロピーと比べてもずっと易しい。

記事では、「エンタルピーエントロピーとどのように関連するのか」というところまでをまとめておきたい。前回の記事よりも数式がやや多くなってしまうが、それほど高度な数学概念を用いることはないので安心して欲しい。






まずは、円筒形のコップのような容器に入っている物質を考えて欲しい。

容器の内側底面の面積をAとし、物質は高さLのところまで入っているとしよう。物質の表面には大気から圧力Pがかかっており、物質もつエネルギーはUであるとする。

この容器内の物質に、外から熱Qを与えると、物質が膨張し、高さが⊿L高くなったとしよう。このとき物質もつエネルギーはどれだけ増加しただろうか?

熱をQ与えたのだからQ増加したのか、と言えばそうではない。物質が膨張するとき大気を押し上げる際に物質エネルギーを消費するからである。このエネルギーはそのまま大気が受け取る。

力を加えて物体を動かしたとき物体には、力と移動距離の積に等しいエネルギー仕事)が与えられる。

物質に与えられた熱Qは、物質がした仕事Wの分だけ大気に移り、残った分が物質エネルギーの増加分となるから

⊿U = Q - W

となる。これを「熱力学第一法則」と呼ぶ。

いま、物質大気に加えた力は F = PA であるから物質がした仕事は W = F⊿L = PA⊿L となる。

物質の体積は V = AL であり、その増加量は ⊿V = A⊿L であるから仕事の式は W = P⊿Vと書き直せる。従って

Q = ⊿U + P⊿V

とすることができる。


さて、ここで

H = U + PV

定義される状態量を新たに導入しよう。

この状態量の変化量は

⊿H = ⊿U + (P + ⊿P)(V + ⊿V) - PV

  ≒ ⊿U + P⊿V + V⊿P

となるが、圧力一定 (⊿P = 0 ) の条件下ならば

⊿H = ⊿U + P⊿V

とすることができる。

これは先程のQと同じ値である。つまり圧力一定の条件では、物体が受け取った熱は単純に状態量Hの増加分としてしまってよい。この状態量Hが「エンタルピーである

既にお分かりと思うが、この「エンタルピー」は「エントロピー」とは全く異なる状態量である

だが、熱力学においては、この二つはしばしばセットで登場するのである。それは、前回記事最後に述べた「エントロピー増大の法則」と関係がある。

しかし、それについて述べる前に、エントロピーについて一つ補足をしておきたい。







前回記事では、エントロピー変化と温度関係を「エネルギーのみが変化する場合」について考えた。

T = ⊿E/⊿S (体積・物質一定の条件で)

エンタルピーとの関係を考えるにあたっては、体積が変化する場合についても検討しておく必要がある。


そこで、「エネルギーと体積が変化するが、物質量は不変」という場合を考えよう。

(ここで、「物質量が不変」とは、物体構成する各成分の物質量がそれぞれ全て不変、という意味である。すなわち、化学反応相転移などが何も起こらないような変化を考えている。)

この場合には、エントロピー絶対温度関係はどうなるのだろうか?

結論を先に言えば、物質が外にした仕事」に関係なく、エントロピー一定量増加させるために要する「熱量」で絶対温度が決まるである

T = Q/⊿S (物質一定の条件で)

仕事の分だけエネルギー流出するにも関わらず、なぜそうなるのだろうか?

その理由は「膨張」という現象にある。

体積の増加によって物質構成分子の配置パターンが増加し、その分エントロピーも増加するのだ。この増加分が、エネルギー流出によるエントロピーの減少分をちょうど補うのである


このことをきちんと示すには、体積一定物体A(エントロピーSa)と、体積が変化するがAに対しては仕事をしないような物体B(エントロピーSb)を考えればよい(どちらも物質量は不変とする)。

両者を接触させ、絶対温度がどちらもTになったとしよう。このとき、AからBへ流れる熱とBからAへ流れる熱が等しく、巨視的には熱が移動しない「熱平衡」という状態になっている。

このとき、AからBに移動するわずかな熱をqとする。物体Aは体積一定なので、T = ⊿E/⊿S が適用できる。すなわち

T = -q/⊿Sa

となる。

熱平衡はエントロピー最大の状態であるから、微小な熱移動によって全体のエントロピーは増加しない。また、エントロピー自然に減少もしないので、

Sa +⊿Sb = 0

である

従って ⊿Sb = -⊿Sa より

q/⊿Sb = -q/⊿Sa = T

としてよいことになるのである

(この論法がよく分からない読者は、Aのエネルギー Ea を横軸に、全エントロピー Sa + Sb を縦軸にとった凸型のグラフを描いて考えてみて欲しい。エントロピー最大の点での接線を考えれば、ここで述べている内容が理解できると思う。)






では本題の、「エントロピーエンタルピー関係式」を見ていこう。

ビーカーのような容器に入った物質Xと、その周囲の外環境Yを考える。

Xは何らかの化学変化を起こすが、Yは物質量不変とする。X,YのエントロピーをそれぞれSx,SyエンタルピーをそれぞれHx,Hyと定める。X,Yの圧力はP、絶対温度はTで一定とする。

Xが化学反応を起こして熱Qを放出したならば、エンタルピー変化はそれぞれ

⊿Hx = -Q , ⊿Hy = Q

となるであろう。

一方、Yについては物質量不変より

T = Q/⊿Sy

であるので、

Sy = Q/T = -⊿Hx/T

と表せる。

これを用いると、エントロピー増大の法則

⊿Sx + ⊿Sy ≧ 0

T⊿Sx ≧ ⊿Hx

と書き直すことができる。これが最初に述べた「エントロピーエンタルピー関係式」である

エントロピー増大の法則」をこのように書き直すことにより、自発的な変化が起こるかどうか」を「物質自身状態量の変化」のみで考えることができるである。これが、エンタルピーエントロピーとセットでよく出てくる理由である

導出過程を見直せばすぐに分かるが、エンタルピー変化は「物質放出した熱による外環境のエントロピー変化」を表すために用いられているに過ぎない。

本質的には、「自発的に反応が進行するかどうか」はエントロピーによって、すなわち、微視的状態パターン数の増減に基づく確率によって決まっているのである

2023-09-16

エントロピーとは何か

エントロピー」という概念がよくわかりません。 - Mond

https://mond.how/ja/topics/25cvmio3xol00zd/t242v2yde410hdy

https://b.hatena.ne.jp/entry/s/mond.how/ja/topics/25cvmio3xol00zd/t242v2yde410hdy


エントロピー」は名前自体比較的よく知られているものの、「何を意味しているのか今一つ分からない」という人の多い概念である。その理由の一つは、きちんと理解するためには一定レベル数学概念特に微積分と対数)の理解必要とされるからであろう。これらを避けて説明しようとしても、「結局何を言いたいのかすっきりしない」という印象になってしまやすい。

エントロピー」を理解し難いものにしているもう一つの理由は、「エントロピー」という概念が生まれ歴史的経緯だと思われる。

エントロピー提唱された時代は、物質構成する「原子」や「分子」の存在がまだ十分に立証されておらず、それらの存在を疑う物理学者も少なくなかった。エントロピー提唱クラウジウスは、「原子分子存在を前提しなくても支障がないように」熱力学理論を構築し、現象の可逆性と不可逆性の考察からエントロピー」という量を発見し、非常に巧妙な手法定義づけたのである

その手法は実にエレガントで、筆者はクラウジウスの天才性を感じずにはいられない。だが、その反面、熱力学における「エントロピー概念簡単イメージしづらい、初学者には敷居の高いものとなってしまったのだ。

その後、ボルマン分子存在を前提とした(よりイメージやすい)形で「エントロピー」を表現し直したのだが、分子存在を認めない物理学者達との間で論争となった。その論争は、アインシュタインブラウン運動理論確立して、分子実在が立証されるまで続いたのである





現代では、原子分子存在を疑う人はまず居ないため、ボルマンによる表現を心置きなく「エントロピー定義」として採用することができる。それは次のようなものである

「ある巨視的状態を実現しうる、微視的状態パターンの多さ」



例えば、容積が変わらない箱に入れられた、何らかの物質を考えて欲しい。

箱の中の物質の「体積」や「圧力」「物質量」などは具体的に測定することができる。また、箱の中の物質の「全エネルギー」は測定は難しいが、ある決まった値をとっているものと考えることができる。

これらの量を「巨視的状態量」または単に「状態量」と呼ぶ。


ここに、全く同じ箱をもう一つ用意し、全く同じ物質を同じ量入れて、圧力や全エネルギーも等しい状態にするとしよう。このとき、二つの箱の「巨視的状態」は同じであるでは、内部の状態は「完全に」同じだろうか?

そうではあるまい。箱の中の物質構成分子の、それぞれの位置運動状態は完全に同じにはならない。これらの「分子状態」は刻一刻と変化し、膨大なパターンをとりうるだろう。

このような分子レベル位置運動状態のことを「微視的状態と呼ぶ。


「微視的状態」のパターンの個数(場合の数)はあまりに多いので、普通に数えたのでは数値として表現するのも難しい。そこで「対数」を用いる。


例えば、巨視的状態Aがとりうる微視的状態の数を1000通り、巨視的状態Bがとりうる微視的状態の数を10000通りとする。このとき、Aの「パターンの多さ」を3、Bの「パターンの多さ」を4、というように、桁数をとったものを考えるのである

この考え方には、単に「とてつもなく大きな数を表現するための便宜的手法」という以上の意味がある。

先の例では、AとBを合わせた微視的状態の数は1000×10000=10000000通りであるが、「パターンの多さ」は7となり、両者それぞれの「パターンの多さ」の和になるのである


この「パターンの多さ」がすなわち「エントロピー」Sである

「微視的状態パターンの個数」をΩ通りとしたときエントロピーSは次のように表現できる。

S = k*logΩ

(ただし、kはボルマン定数と呼ばれる定数であり、対数logは常用対数ではなく自然対数を用いる。)

この「エントロピー」は、同じ巨視的状態に対して同じ数値をとるものであるから、「体積」や「圧力」などと同じく「状態量」の一つである





このような「目に見えない状態量」を考えることに、どのような意味があるのだろうか?

その疑問に答えるには、エントロピーエネルギー関係について考える必要がある。


再び箱に入った物質を考えよう。この箱に熱を加え、箱内の物質エネルギーを増加させると、エントロピーはどうなるだろうか?

まず、総エネルギーが増加することにより、各分子に対する「エネルギーの分配パターン」が増える。さらに、個々の分子の平均エネルギーが増えた分、可能運動パターンも増える。このため、エネルギーが増えるとエントロピーは増加すると考えていいだろう。

では、エントロピーの「上がり方」はどうか?

エントロピーは微視的状態パターンの「桁数」(対数をとった値)であるからエネルギー継続的に与え続けた場合エントロピーの増加の仕方はだんだん緩やかになっていくだろうと考えられる。


ここで、多くのエネルギーを与えた「熱い物質A」の入った箱と、少量のエネルギーしか与えていない「冷たい物質B」の入った箱を用意しよう。箱同士を接触させることで熱のやりとりが可能であるものとする。

物質Aには、熱を与えてもエントロピーがさほど増加しない(同様に、熱を奪ってもエントロピーがさほど減少しない)。言いかえると、エントロピー一定量増加させるのに多くのエネルギーを要する

物質Bは、熱を与えるとエントロピーが大きく増加する(同様に、熱を奪うとエントロピーが大きく減少する)。つまりエントロピー一定量増加させるのに必要エネルギーが少ない


箱を接触させたとき、AからBに熱が流入したとしよう。Aのエントロピーは下がり、Bのエントロピーは上がるが、「Aのエントロピー減少分」より「Bのエントロピー増加分」の方が多くなるので、全体のエントロピーは増加するだろう。

もし、逆にBからAに熱が流入したとするとどうか? Aのエントロピーは上がり、Bのエントロピーは下がるが、「Aのエントロピー増加分」より「Bのエントロピー減少分」の方が多いので、全体のエントロピーは減少することになる。


エントロピーが多いとは、微視的状態パターンが多いということである。従って、「AからBに熱が流入した」状態パターンと、「BからAに熱が流入した」状態パターンとでは、前者のパターンの方が圧倒的に多いエントロピーは微視的状態パターン数の対数なので、エントロピーの数値のわずかな差でも、微視的状態パターン数の違いは何十桁・何百桁にもなる)。これは、前者の方が「起こる確率が圧倒的に高い」ということを意味している。

これが、「熱は熱い物体から冷たい物体に移動する」という現象の、分子論的な理解である

冷たい物体から熱い物体へ熱が移動する確率は0ではないが、無視できるほど小さいのである


物体が「熱い」ほど、先程のエントロピー一定量増加させるのに必要エネルギーが多いといえる。そこで、この量を「絶対温度」Tとして定義する。

T = ⊿E/⊿S (体積・物質一定の条件で)

エントロピー定義ときに出て来た「ボルマン定数」kは、このTの温度目盛が、我々が普段使っているセルシウス温度(℃)の目盛と一致するように定められている。



さて、ここで用いたエントロピーが減少するような変化は、そうなる確率が非常に低いので現実的にはほぼ起こらない」という論法は、2物体間の熱のやりとりだけでなく、自然界のあらゆる現象適用することができる。

すなわち、「自然な(自発的な)変化ではエントロピーは常に増加する」と言うことができる。これが「エントロピー増大の法則である


ただし、外部との熱のやりとりがある場合は、そこまで含めて考える必要がある。

例えば、冷蔵庫プリンを入れておくと、プリン温度は「自然に」下がってエントロピーは減少する。

しかし、冷蔵庫が内部の熱を外部に排出し、さら冷蔵庫自身電気エネルギーを熱に変えながら動いているため、冷蔵庫の外の空気エントロピーは内部の減少分以上に増加しており、そこまで含めた全体のエントロピーは増加しているのである





最初に、「エントロピー理解には微積分と対数理解必要であると述べたが、なるべくそうした数学概念に馴染みがなくても読み進められるようにエントロピーの初歩的な話をまとめてみた。如何だったであろうか。

筆者は熱力学統計力学専門家でもなんでもないので、間違ったことを書いている可能性もある。誤りがあればご指摘いただけると幸いである。


クラウジウスによる「原子分子存在を前提としない」エントロピー定義については、筆者よりはるかに優秀な多くの方が解説記事を書かれているが、中でも「EMANの熱力学https://eman-physics.net/thermo/contents.html個人的にはおすすめである。興味ある方はご参照いただきたい。

続き

エンタルピーエントロピー関係について

https://anond.hatelabo.jp/20230917090022

2023-06-22

anond:20230621210336

同時期に就活した、有名大学卒男子です。

就活、大変だったけど、たまたま一緒になった女子食事に誘ってくるのおもしろかったなー。

一対一で、違う人と、15回くらいは行った。国家公務員一種面接で待ってるときも誘われた。

情報交換という名目で。そんなに大変だったのか。私はモテない方だと自覚してますが、そんな時代だったのか。

説明会行っても、後で私だけ別室に呼ばれて面談、というのもあった。

えらい人(研究所長)が出てきて、「これは面白くない仕事かもしれないけれど。。。」 などと言うので

面白く無い仕事は興味無いです、今日は話を聞きに来ただけなので」 などと答えてた。当時は右も左も分からない怖いもの知らずでした。

別の会社では、このあと私だけ面談したいなどと言われて、女子との誘いを断って行ったんだけど

普通雑談の中にいろいろ混ぜてくるの。何の科目が好き?得意?と聞いて来るから、 物理化学が得意です、と言ったら、熱力学の第二法則について説明してください、とか。

何聞きたいのかわからないので、エントロピー定義からはじめた(熱力学定義統計力学定義情報論的定義)けれど、

お前絶対わかってないだろ、と思いながら話してた。わからなかったら聞いて下さい、とは言ってる。

トータルとして、この後の人生であまり経験しないことをいろいろ経験させてもらった、と思ってプラスにとらえてる。

2023-04-19

ツイッター物理統計力学)界隈で

https://www.jst.go.jp/crds/pdf/2022/SP/CRDS-FY2022-SP-07.pdf

という戦略プロポーザル話題になっている。

自分統計力学関係理論ポスドク(物性基礎論ではない)だが、ちょっと杜撰かなと思う。

42ページのインタビュー一覧を見ると、ツイッター有名人や、ツイッター話題になったプレスリリースとか書いている人に偏っている印象。

このレポートが大型予算方向性に影響すると思うのだけど、こんな感じでも書けちゃうのねとがっかりした。

2022-08-24

anond:20220824044136

数学博士(理学)取ったけど反論反証は違うと思う。

反証にならなくても反論になることは普通にあるでしょ。

創作物犯罪差別を誘発する」と主張する勢力がいるけど、問題本質は「現実犯罪差別を誘発する」ことだと思う。


例えば統計力学で「等確率原理」を導く根拠として提唱されたエルゴード予想は「反証」されたわけではないが、「十分長い時間」のオーダーの議論から、これは根拠として的を外していると現在では理解されている。

形式論理的否定されたわけではなくとも、「反論」が機能することはある。

2022-04-07

門外漢相対性理論量子力学を「最新の理論」と認識する一方、統計力学熱力学重要性とその哲学理解できないみたいな。

主語が大きい」という批判は時に重要な指摘になるが、「ミクロ論理が正しく、マクロ論理は間違い」というドグマ支配された人々には、逆に「主語が小さい」という批判は思いつかないのだろうな。

2020-09-07

anond:20200905233020

いや、本当にボルツマン定数を1.380649×10^-23J/K とすると、ぴったりと水の沸点が373.15度になるの、すごいと思う。

しかも水の三重点かいう古い定義は使わなくて済むので、熱力学情報科学エントロピー概念統計力学にも応用できる。

2020-04-15

[] 情報という概念が何らかの概念の近似であるという可能

https://anond.hatelabo.jp/20070905170808

13 年前に書かれた増田エントリーです。

観念的な問い. 古典力学量子力学の近似ととらえるように、

情報科学における情報という概念情報を包括するようなさらに高次な概念の近似としてとらえることが可能か。

ただし、ここで書いているのは量子情報のことではなくて、情報のものの高次な概念があるのではないか

いただいたコメントまとめ:

 情報の高次元=量子情報でいいのではないか

 認知によってその場が変化することで、情報が発生する。

 同様に、情報理論は近似であって、実はなんらかの極限状況だと、エントロピー性質とかがおかしくなるとか。

  • 情報がなにかの近似ではないのかと言われて、直感的におもいうかぶこと:

 シュレーディンガー波動方程式というものがある。原子の周りを電子が飛び回ってる単純なモデルがあって、それを特定するのは確率しかないみたいな。

 でも、時間をとめることができればそれがどこにあるかは特定できる。この場合は「時間で切り取っている」というケース。

 問. 現実をある面で切り取ったもの情報か。

 久保亮五先生の『統計力学』の最初のところにはお金を分配するだけの簡単金融経済モデルが出てくる。

 気体の「体積」「1分子あたりの熱エネルギー」「モル数」はそれぞれ違う次元の数。

 ディスク上の情報構造物の「占有領域」「最低/平均ブロックサイズ」「圧縮した場合バイト数を表現するのに必要レジスタ幅」はまったく意味が違うのに、いずれもバイト数で表される。

 これは情報科学根底にあるトラブルの原因ですが、いまは統計力学情報理論の間に安易な橋渡しができないことだけを意識するように。

 ただ、気体でも極端に自由度の低い系(絶対零度近くとか、強い磁場の下にあるとか)では体積は圧力にも温度にも比例しない。

 それと似たような話として、自由度の低い情報構造物情報理論適用外。

 個々のビットの間の関係恣意的であって、あまり統計的扱いに向かない。

 問. 古典力学の前提で、粒子間の引力も斥力も無視するとボルマン統計量子力学ならボーズ統計フェルミ統計に従うという話があるが、

 すべてのアプリケーションが書き出すビット列にそういう統計を考えることは可能か。

 アプリケーション各論を展開できるほど柔軟で包括的数学を使えば、情報構造物ミクロ理論は好き勝手に展開できる。ただし、それはアルゴリズムの単なる記述ではないのか。

当方が二十代の頃になんとなく発した問いにリアクションいただいたこととを、大変ありがたく思います

未だにこの辺の答えは出ていません。 あまりこういう問い立てや考えることをしなくなってきたのもあります

識者の方々におかれましては、何かコメントいただければと存じます

2019-10-19

anond:20191019001508

ワザとツッコミ待ちしてんのか…

そもそも非平衡熱力学統計力学が未解決問題だらけな時点で何個とか決まらんし

それに何でシュレーディンガー方程式からスタートすんだよ場の量子論がより一般的な話なんだから向きが逆だろ

ていうかよく見たら力学おかしい、ラグランジアン存在変分原理のほうが本質的なんだからやっぱり向きが逆だろ

2018-10-16

anond:20181016224634

すべての物質の動きを予測することが本質的でないどころか、寧ろその個別性を大胆に捨象するところに熱力学の真髄があったわけですねえ。これは神が世界をそのように作った御業のなかでも特に深淵かつ示唆に富むものと思います

詳しくは田崎先生の「統計力学」(裳華房)などを読んでみてください。あなたの問いかけたその質問よりも20世紀物理は遥かに豊穣で奥が深いですよ。

2018-09-30

anond:20180930022000

宇宙の年齢(〜137億年)

統計力学でH定理の成立をエルゴード仮説に帰する議論があるけど、まともにエルゴード仮説だと仮定するとアボガドロ数程度の多体系では相空間上をくまなく行き渡るのに宇宙の年齢程度じゃ全然足りない

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