poemの宗教の解明をしてみる物理板〜参戦あり〜【痛】 (488ﾚｽ)
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265: ご冗談でしょう？名無しさん [] 05/23(金)22:21 ID:2C0xkxLE(1/8)
「宇宙膨張とエントロピーの関係は？」
🔭 宇宙膨張とは？
宇宙膨張とは、空間そのものが時間とともに拡大している現象です。これはビッグバン理論の核心であり、遠くの銀河が私たちから遠ざかっている観測（赤方偏移）によって裏付けられています。
🔥 エントロピーとは？
エントロピーは熱力学の概念で、無秩序さや情報の欠如の尺度です。基本的に、孤立系ではエントロピーは時間とともに増加する（これが熱力学第二法則）。
266: ご冗談でしょう？名無しさん [] 05/23(金)22:22 ID:2C0xkxLE(2/8)
🌌 宇宙膨張とエントロピーの関係
エネルギーの希薄化と熱の流れ
宇宙が膨張することで、エネルギー（たとえば光子や物質）は空間に広がっていき、密度が下がります。
しかしこれは秩序が増すわけではなく、むしろ熱力学的なエントロピーは増加します。
ブラックホールとエントロピー
ブラックホールは非常に高いエントロピーを持つ天体です。
宇宙が進化するにつれてブラックホールが増えると、宇宙全体のエントロピーも劇的に増加します。
宇宙の未来と最大エントロピー状態（熱的死）
膨張が続くと、宇宙はやがて「熱的死」に向かうと考えられています。
これは、全体がエネルギー的に均質になり、もはやエネルギーの流れ（つまり仕事をする能力）がなくなる状態。
このときエントロピーは極大になります。
初期宇宙の低エントロピー
面白い点として、ビッグバン直後の宇宙は非常に高温・高密度だったにもかかわらず、エントロピーは低かったとされます。
なぜなら、当時は重力的な構造（星や銀河、ブラックホール）がまだ存在しておらず、系としての「構造化」は進んでいなかったからです。
267: ご冗談でしょう？名無しさん [] 05/23(金)22:23 ID:2C0xkxLE(3/8)
🧠 まとめ
項目 説明
宇宙膨張 空間そのものが拡大し、物質やエネルギーが希薄になる現象
エントロピー 無秩序さの尺度で、時間とともに増加する
関係 膨張によりエネルギーは分散し、構造化（例：星・銀河・ブラックホール）が進むことでエントロピーも増加
最終状態 エントロピー最大の「熱的死」が宇宙の終焉とされる可能性
268: ご冗談でしょう？名無しさん [] 05/23(金)22:24 ID:2C0xkxLE(4/8)
「膨張した空間（体積）に比例するエネルギーが増加すると仮定した場合、宇宙の膨張とエントロピーの関係はどうなりますか？」
とても良い問いです。「宇宙の膨張に伴って、空間（体積）に比例してエネルギーが増加する」という仮定は、通常の物理法則とは異なる前提を導入しているため、興味深く、非自明な議論になります。
269: ご冗談でしょう？名無しさん [] 05/23(金)22:25 ID:2C0xkxLE(5/8)
🔧 通常の宇宙ではどうか？
通常の宇宙モデル（一般相対論 + 標準宇宙論）では：
物質や放射のエネルギー密度は膨張とともに減少します。
エネルギーは保存されておらず（一般相対論ではグローバルなエネルギー保存は意味を持たない）、体積が増えてもエネルギーは増えない。
🧪 仮定：エネルギーが体積に比例して増加する場合
この仮定のもとでは、
E
(
t
)
∝
V
(
t
)
E(t)∝V(t)
つまり、
E
(
t
)
∝
a
(
t
)
3
E(t)∝a(t)
3
（ここで
a
(
t
)
a(t) は宇宙のスケール因子）
これは、宇宙が膨張するにつれて新たなエネルギーが生成されていることを意味します。これは以下のようなシナリオに似ています：
☁ 例：真空エネルギー（宇宙定数）と似た性質
宇宙定数（Λ）は空間密度が一定なので、体積が増えればエネルギーも比例して増えます。
これは「ダークエネルギー」の一種のモデルです。
270: ご冗談でしょう？名無しさん [] 05/23(金)22:26 ID:2C0xkxLE(6/8)
🔥 エントロピーとの関係は？
エネルギーが増加するという仮定が成り立つ場合、エントロピーとの関係も通常と異なってきます：
1. より多くの自由度・状態数
体積が大きくなり、かつエネルギーも比例して増えるなら、より多くの粒子、より多くの状態が可能になります。
→ これはエントロピーがより急速に増加することを意味します。
2. エネルギーと温度の関係
通常、宇宙が膨張すると温度が下がります（たとえば放射のエネルギー密度
∝
a
−
4
∝a
−4
）。
しかしこの仮定では、エネルギー密度が一定、または増える可能性があるので、温度が一定または上昇する可能性すらある。
温度が一定であれば、エントロピー密度（
s
∼
ρ
/
T
s∼ρ/T）も一定、全エントロピーは体積に比例して増えます。
3. 第二法則との整合性
増加したエネルギーがランダム・非秩序的な形（例：熱、放射、雑多な粒子）で分布するなら、エントロピーも確実に増加します。
したがって、第二法則に反しないどころか、エントロピーの増加は加速するでしょう。
271: ご冗談でしょう？名無しさん [] 05/23(金)22:26 ID:2C0xkxLE(7/8)
🧠 結論
仮に宇宙が膨張するにつれてエネルギーが体積に比例して増加するとすれば：
宇宙の全エントロピーもより速く増加する。
これは「エネルギーが秩序ある形でなく、熱や粒子などのランダムな形で分配される」場合、特に顕著です。
そのような宇宙では、熱的死への到達もより急速である可能性があります（あるいは、まったく異なるエントロピー進化をする宇宙かもしれません）。
272: ご冗談でしょう？名無しさん [] 05/23(金)22:26 ID:2C0xkxLE(8/8)
🧠 結論
仮に宇宙が膨張するにつれてエネルギーが体積に比例して増加するとすれば：
宇宙の全エントロピーもより速く増加する。
これは「エネルギーが秩序ある形でなく、熱や粒子などのランダムな形で分配される」場合、特に顕著です。
そのような宇宙では、熱的死への到達もより急速である可能性があります（あるいは、まったく異なるエントロピー進化をする宇宙かもしれません）。
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