自由エネルギーについて

「自由エネルギー」って何？？ は、

私自身の疑問なのですが、私の研究について質問が多いので、(ワイン会とか行くと…ね(^^;; )

今思いつく例で、ちょっと言葉にしてみます。

原子や分子などがものすごく多く集まって、その要素の一つ一つの状態ではなく、集団として、統計的な性質が現れるのらしいのです。

Ｎ個の分子で、全粒子のエネルギーがＥの系が、あるとしましょう。(ミクロカノニカルアンサンブル)

熱力学からの定義式 自由エネルギーF＝ＵーTS

は、Uが内部エネルギー、これは、

そのまま系のすべての粒子の合計エネルギーなので、Ｕ＝Ｅ。

私は、とても不思議なのですが、

【等重率の原理】というものがあるそうで、どうやらこの世界でエネルギーという単位「量子」は、それぞれの粒子に同じ確率で分配されることになってる。→「原理だから、何故？は無意味」って何度も言われてきたけど、やはり疑ってしまう…>_<… 何で？ ？

Ｎ個の粒子に、Ｅ個のエネルギーのかたまり「量子」をそれぞれ分配していくことを考えると、

少数の粒子だけでＥ個すべてを持ち、他の粒子がエネルギー０個

Ｎ個すべての粒子が、だいたい同じくらいづつ、量子を持っている

など、【それぞれの粒子に対するエネルギーの分配の仕方】は、たくさんあるのです。この配分の場合の数(「状態数」と呼んでいる) を表したのが、エントロピーＳという概念らしい。そして、この系に対して、ちょっとだけＥやＳを増やしてみたり、減らしてみることを考える。温度Ｔとして、

∂Ｓ／∂Ｅ＝１／Ｔ

一つの＜物＞のエネルギーを記述するのが、量子力学、あるいは、スケールが大きいなら、ニュートン力学。

(そもそもエネルギーって、何かしら？といつも思う。)

この世界では、平衡状態では自由エネルギーが最小だと、系(例だと、粒子Ｎ個の集合)は、最も安定らしい。→つまり、自由エネルギーの減少は、安定性の増大。

しかし、なぜ、ＴＳ温度とエントロピーの積は、

エネルギーの分配の場合の数に関連する量が、その粒子のエネルギーと関わって、その集団のマクロな状態(実際に観測される、目にみえた状態) を表すのだろう？

だったら、「エネルギー」って概念は、何なの？

自由エネルギーの”エネルギー“と、内部エネルギーの”エネルギー“、ポテンシャルエネルギーの”エネルギー“・・・「エネルギー配分の場合の数」は、どうして温度をかけると「エネルギー」になるの？

私は、温度って概念の意義が、わからない。温度とエントロピーは、どちらが先なのか？ 熱力学第三法則

０Ｋの完全結晶のエントロピーＳ＝０

エネルギーの分配の仕方がたった一つしかとらないから、絶対零度なのか、

絶対零度だから、エントロピー０なのか？ って無意味かもしれないけど、そんなことを考えてしまう。

なぜ、

熱力学第二法則ΔＳ＞０なの？

つまり、二つの液体を混ぜて、混ざったものを各成分に分離するのは、極めて難しいのに、混ぜるのは簡単なのか？

そして、どうして、熱力学と統計力学は整合性があるのだろう？

平衡状態で定義される自由エネルギー、でも、この世の中、非平衡ばかりじゃないか！

ああ、こういうことを全部わかったらなぁ！ せめて、簡単で具体的な系でいいから、温度とエントロピーと内部エネルギー、そして、自由エネルギーの存在意義を、この概念の本質的な意味を知れたらいいのに！

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