こんにちは！
物理も化学も学生時代からサッパリ、のPinoです！(キッパリ)

さて、今回のお題は「エントロピー」です。

早速、今日も謎の？ピグモン解説員赤いシャルルと一緒に意味を見てゆきましょう～

シャルル
失礼な紹介だな……私を誰だと思っている！

Pino
だから！アナタ、だれ！？

エントロピーとは？

エントロピー(英語：entropy )
《変化の意のギリシャ語tropēから》
１ 熱力学において物質の状態を表す量の一。等温可逆的な変化で、ある物質系が熱量を吸収したとき、エントロピーの増加は吸収熱量を温度で割った値に等しい。熱的に外部から孤立した系では、内部変化はつねにエントロピーが増す方向に起こる。1865年クラウジウスが導入。系の秩序に関連する度合いで、エントロピーが高くなることは乱雑さが増すことを示す。
２ 情報理論で、ある情報が得られる確率をもとに、情報がどれだけ欠如しているかの状態を示す量。情報の不確定さの度合い。

引用元: 精選版 日本国語大辞典より

英語のentropy(エントロピー)はドイツ語からきていますが、元は「古代ギリシャ語のtropē[変化]の意」が語原の言葉で「(漸進的な)一様化、均質化、(質の)低下、崩壊」の意味があります。

 
現代日本社会で使われている「エントロピー」は主に次のような意味を持ちます。

①熱力学、統計力学における物質の状態、混合具合を現す状態量のこと。
②情報理論において、ある情報が得られる確率をもとに、情報がどれだけ欠如しているかを示す状態量のこと。情報の不確定さの度合い。

の意味で使われています。

 

Pino
ちょ、ちょっと･･･待って！今回、このチョイスでよかったの？アタシの説明、無理っぽくない？？

シャルル
確かに今回の言葉は難しいが、Pinoのように「専門外」の人がココを訪れてくれるのであれば～自分の分かる言葉で説明するのが大事ではないのか？

Pino
そっか･･･そうだね！出来るだけ、分かりやすい言葉を選んで説明してみるね！

エントロピーの使い方や使用例

例) 熱湯と水を混ぜた時のエントロピーは増大する傾向にある。

このエントロピーは「熱力学における物質の状態、混合具合を現す状態量のこと」を指します。

よく例えられますが、ふたつの温度の異なる水を混ぜた時、温度の異なる分子が混ざり合う度合をエントロピーで表します。

沸かしたお風呂の湯が上の方は熱くて、下にいくほどぬるい場合は、まだ混合の度合い低く⇒エントロピーが小さいと表現されます。

その後、湯をよくかき回して温度を均一にさせた場合、混合の度合いが高くなり、分子の運動量が増える（乱雑に動き回る）⇒エントロピーが大きいと表すことができます。

これらの過程を熱力学で言うと

「何かの現象が起こるとき(ex.混合)エントロピーは必ず増大する。
(時間の経過と共に混合が進む⇒乱雑になる)
また、勝手に減少する事は無い(混合したものが逆戻りして分離することは無い)」

という「熱力学第二法則」と呼ばれます。⇒不可逆（逆戻り”混合した湯が、熱湯と水に戻ること”は無い）

例) 「予測が困難」な状態に近づくほど、エントロピーが増大する。

この情報理論におけるエントロピーは「ある情報が得られる確率をもとに、情報がどれだけ欠如しているかを示す状態量のこと」を指します。

言い換えると
「物事が発生する確率が低いほど、エントロピー（予測しづらい状況）は増大する」
とも言えます。

もっと、わかりやすくするために天気予報を例としますね。

▶降水確率９０％（雨が降る確率が非常に高い⇒エントロピー(予測しづらい状況)は減少）

▶降水確率３０％（雨が降る確率が低いけれど、降る可能性もある⇒エントロピー(予測しづらい状況)は増大。

よって「情報の不確定さの度合い=エントロピー」となります。

エントロピーの関連用語

エントロピーの関連用語としてネゲントロピーをみてゆきましょう。

ネゲントロピー(英語：negentropy)

「エントロピーの増大の法則に逆らうように、エントロピーの低い状態が保たれていること」を指します。

もし、生命が系として孤立していた場合のエントロピーは限りなく増大し（例えば老化現象）エントロピーが減少すること（生命システムの秩序化=若返り）には不可逆の法則が働きます。

しかしながら、生命システムが環境に開かれ、呼吸などの代謝を通してエントロピーを排出することによって、その補償により自己の低エントロピー(若さ)を保つことが出来る、という説があります。

そのような作用を逆エントロピー（ネゲントロピー）と呼ばれています。

 

Pino
ふはー！なんとか･･･説明してみたけど、どうかな？

シャルル
Pinoにしては頑張ったな。

Pino
とにかくエントロピーの意味は「混合の度合い(乱雑さ)」「予測しづらさ」と覚えておくといいかな～

シャルル
学問の分野的に、どうしても専門用語での説明になるからな。

Pino
自分の中のエントロピーが大きすぎて～まとめるのが大変だったよ！

シャルル
その使い方も、悪くはないな！

まとめ

エントロピーの意味は？

エントロピー(英語：entropy )
《変化の意のギリシャ語tropēから》
１ 熱力学において物質の状態を表す量の一。等温可逆的な変化で、ある物質系が熱量を吸収したとき、エントロピーの増加は吸収熱量を温度で割った値に等しい。熱的に外部から孤立した系では、内部変化はつねにエントロピーが増す方向に起こる。1865年クラウジウスが導入。系の秩序に関連する度合いで、エントロピーが高くなることは乱雑さが増すことを示す。
２ 情報理論で、ある情報が得られる確率をもとに、情報がどれだけ欠如しているかの状態を示す量。情報の不確定さの度合い。

エントロピーの使い方と使用例

熱力学の分野のエントロピー
⇒「熱力学における物質の状態、混合具合を現す状態量のこと」
情報理論の分野のエントロピー
⇒「情報の不確定さの度合い」

エントロピーの類語

ネゲントロピー

「エントロピーの増大の法則に逆らうように、エントロピーの低い状態が保たれていること」
 

いかがでしたか？
「エントロピー」、専門用語の説明だと「う？」となるかも知れませんが～ぜひ、例など参考にして理解してくださいね！

今回の記事も、皆様のお役に立てましたら…嬉しいです♪
 

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