2017.5.30   日経産業新聞の記事「TechnoOnline:熱力学、マクロ・ミクロ統一の歴史」から

熱機関のマクロと原子の確率統計論の橋渡しをする熱力学

コ ラムの著者 和田　昭允氏(東京大学名誉教授)は、一般には難しい熱力学であるが、近代科学の歴史には不可欠な理論だという。

◯ミクロの集団行動の平均をマクロの力学と捉えることで統一理論となる

和田教授が解説するのは18世紀後半から19世紀にかけて蒸気機関が発明された時代にさかのぼる。産業革命の発展は目覚しいものがあったが、サイエンスにたいしての貢献は、理想気体の性質を記述するボイル・シャルルの法則まで待たねばならなかった。その後、フランスのカルノーが、気体の断熱膨張、収縮、等温膨張、収縮の４つの可逆過程にわけて、仮想熱機関「カルノーサイクル」を研究した。そこで、熱力学の第二法則とエントロピーの概念が導入された。ここから熱力学の体系化される。

熱力学は熱や物質の輸送現象をなどのマクロの性質として扱う。そこからエネルギー、温度、エントロピー、圧力、体積、分子数、化学ポテンシャルなどの物理量が定義された。その後、分子の動きに注目することで違う見方がでてきた。分子の動きを平均化して扱うミクロ的な見方である。そこには、ボルツマン、マクスウェル、ギブズなどが研究を続け、ミクロな分子論の立場でマクロな熱力学現象を説明する理論、統計力学を構築した。

やがて20世紀に入り、アインシュタインによるブラウン運動の定式化とフランスのベランによるコロイド溶液における沈降平衡およびブラウン運動の観測は、分子論が正当であることを裏付けた。ここにマクロとミクロ両世界の学問が統一されることになった。💡🚝⚡️🌎