[論文レビュー] A Fundamental, Relativistic and Irreversible Law of Motion: A Unification of Newton's Second Law of Motion and the Second Law of Thermodynamics

Randy Wayne|arXiv (Cornell University)|May 22, 2012

Quantum Mechanics and Applications参考文献 99被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、ドーナツシフト光子からの温度依存性を有する光機械的摩擦を導入することにより、ニュートンの第二法則と熱力学第二法則を統合する、根本的で相対論的かつ不可逆的な運動法則を提案する。主な結果として、エントロピー増加（$ abla S > 0$）が普遍的な電磁気的相互作用から生じ、熱力学第二法則が統計的平均ではなく、根本的で非統計的原理となることが示され、不可逆系におけるポincare再帰が排除される。

ABSTRACT

Temperature is an outsider in the laws of motion given by Newton and Einstein and this oversight is the source of the predictions of time-reversal-invariance made by these two great systems of motion. By taking into consideration Planck's law of blackbody radiation and the Doppler effect, in thinking about Maxwell's electromagnetic wave equation, I have shown that photons, in the environment through which any charged particle moves, act as a source of temperature-dependent friction on everything from elementary particles to galaxies. Because the optomechanical friction is universal and inevitable, no real systems are conservative, and temperature can no longer be an outsider in a fundamental and irreducible law of motion. I have defined the change of entropy (ΔS) in irreversible systems at constant temperature in terms of the optomechanical friction. The Second Law of Thermodynamics, which states that ΔS > 0 for spontaneous processes, is explained by electromagnetic interactions between charged particles and the Doppler-shifted photons through which they move as opposed to chance and statistics. ΔS, as defined here, is not subject to Poincaré's recurrence theorem. Consequently, the Second Law of Thermodynamics is shown to be a fundamental law rather than a statistical law. This result, which supports the idea that every instant of time is unique, is consistent with intuition and the routine experience of botanists.

研究の動機と目的

• ニュートン力学および相対論的力学における時間反転不変性問題を、温度を基本的物理変数として組み込むことによって解決すること。
• 古典的および相対論的運動法則から温度が除外されていることによる非物理的時間対称性を是正すること。
• 熱力学第二法則が統計的ではなく、ドーナツシフト光子に起因する普遍的光機械的摩擦から生じることを示すこと。
• エントロピー変化（$\Delta S$）を電磁気的相互作用に根ざした測定可能で不可逆な量として定義すること、確率論的ではないこと。
• Poincaré再帰が現実の不可逆系に適用されないことを示すこと。これにより、時間の各瞬間が一意的であることが支持される。

提案手法

• 黒体放射のプランクの法則と相対論的ドーナツシフト効果を、電荷を帯びた粒子の力学に統合する。
• 運動する電荷と周囲の光子との相互作用を、温度依存性を有する摩擦力としてモデル化する。
• エントロピー変化（$\Delta S$）を光機械的摩擦から導出し、電磁場内でのエネルギー散逸と直接的に関連付ける。
• 素粒子から銀河に至るまで、あらゆる系に適用可能な普遍的適用性を示す。
• マクスウェルの電磁波方程式を用いて、運動する電荷が体感する放射場から摩擦力を導出する。
• $(\Delta S > 0$ がこれらの相互作用の直接的結果であることを示し、統計的ゆらぎではない。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 時間反転対称性を破るために、温度を根本的運動法則にどのように組み込むことができるか？
• RQ2 巨視的系におけるエントロピーの不可逆的増加の背後にある物理的メカニズムは何か？
• RQ3 熱力学第二法則を統計力学ではなく、相対論的電磁気学から導出できるか？
• RQ4 ドーナツシフト光子に起因する光機械的摩擦は、すべての運動系において普遍的かつ避けがたい力であるか？
• RQ5 提示された枠組みは、現実の物理的系においてPoincaré再帰の可能性を排除するのか？

主な発見

• 熱力学第二法則が統計的確率ではなく、電磁気的相互作用に起因する根本的で不可逆な法則であることが示された。
• エントロピー変化（$\Delta S$）が光機械的摩擦によって定義され、統計的でない測定可能な量となった。
• 提示された運動法則は相対論的で不可逆的であり、素粒子から銀河に至るまで、すべての電荷を帯びた系に普遍的に適用可能である。
• Poincaré再帰は、この法則に従う系に適用されない。これは、時間の各瞬間が一意的であることを支持する。
• 温度はもはや力学から孤立した存在ではなく、光子を介した摩擦によって運動と本質的に結びついた。
• この枠組みにより、ニュートンの第二法則と熱力学第二法則が、相対論的電磁気学に熱的不可逆性を埋め込むことで統合された。