ファインマンの爪車(ブラウン・ラチェット)

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永久機関の存在否定は熱力学の基礎である。

しかし「 論理的に理解できても納得できない 」と感じる人がいるかもしれない。

たしかに、正解だけ示されても納得しづらいことは道理である。

このような場合にはあえて道を外れてみることを推奨する。

そこで、このページでは『ファインマンの爪車』に注目してみよう。

ファインマンの爪車は「ブラウン・ラチェット」と呼ばれることもある。

英語の「ラチェット」は「爪車(歯止め機構)」を意味する。

過去には永久機関をつくろうとする色々な挑戦があったらしいね。

けど、具体的にどのようなものがあるんだろう?
永久機関の思考実験としてはファインマンの爪車(ファインマンの風車)がある。

ただし、実際にファインマンの爪車をつくろうとしたわけじゃない。
ファインマンの爪車?
爪車(つめぐるま)は歯止め機構がついた歯車のこと。

通常、風車は風の向きによって回転する向きが変化するよね。

けど、逆回転防止のための爪を用意すれば逆回転を抑制できる。



ここで、シャフトの片方に爪車をつなぎ、他方には通常の風車をつなぐ。



このような爪車(と風車)を小さくして原子と同レベルの大きさにできたする。

風車の方は箱に閉じ込め、ここに気体分子を入れる。

すると、気体分子が風車に当たって風車が回転する。

また、この風車は逆回転しない。

なぜなら、シャフトの反対側には爪車があるからね。

これによって気体分子の熱運動を仕事に変換できる。

これがファインマンの爪車(ファインマンの風車)。
ん・・・!?それって本当に永久機関に思えるよ!?

だって、これなら気体分子の運動をすべて仕事に変換できるよね。

つまり、熱をすべて仕事に変換できるはず・・・!?
もしそうなら、ファインマンの爪車を置いておくだけでエネルギー問題は解決だね。

海にファインマンの爪車を沈めておけば広大な海からも熱エネルギーを回収できる。
世界は救われた・・・!?
でも、ファインマンの爪車は永久機関にならない。

このことはファインマン自身が述べている。
うそん・・・。
仮説を立てて批判的に検証することは普通。というより、それが科学。
何でファインマンの爪車は永久機関にならないの?
爪車が回転すると爪が爪車を叩いて爪車自身が発熱するよね。

つまり、爪自身が熱運動として乱雑な運動をするようになる。

これにより、爪は爪車の逆回転を抑制することができない。

つまり、ファインマンの爪車は永久機関ではない。
あああ・・・そんな。。。私の高揚した気分はどこにやれば・・・。
その精神エネルギーを仕事に変換できれば永久機関ができるのにね。
ふふ・・・大丈夫だよ。若者たちがいるじゃないか。

情熱という名の熱を仕事に変換するファインマンの爪車たちが。
うまいこと言ってるけど他人に任せようとしているだけだよね。



参考文献

R.P.ファインマン:物理法則はいかにして発見されたか,岩波書店,2009.

○ 歯止めつき歯車の図(178)