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  • There's a concept that's crucial to chemistry and physics.

    化学と物理学において ある重要な概念があります

  • It helps explain why physical processes go one way and not the other:

    それは物理的な変化がなぜ一方向のみに 起こるのか 説明の手助けとなるものです

  • why ice melts,

    なぜ氷は溶けるのか

  • why cream spreads in coffee,

    なぜクリームはコーヒーに広がるのか

  • why air leaks out of a punctured tire.

    なぜ穴の開いたタイヤから空気は抜けるのか

  • It's entropy, and it's notoriously difficult to wrap our heads around.

    それがエントロピー 理解することが難しいことで有名な概念です

  • Entropy is often described as a measurement of disorder.

    エントロピーとは多くの場合 「無秩序の程度」だと説明されています

  • That's a convenient image, but it's unfortunately misleading.

    これは便利なたとえですが 残念ながら紛らわしいのです

  • For example, which is more disordered -

    次の例では どちらがより無秩序でしょうか

  • a cup of crushed ice or a glass of room temperature water?

    カップに入った砕けた氷? それともグラスに入っている室温の水?

  • Most people would say the ice,

    ほとんどの人が氷だと言うでしょう

  • but that actually has lower entropy.

    ですが 本当は氷の方が エントロピーが低いのです

  • So here's another way of thinking about it through probability.

    では確率を用いる別の考え方を 紹介しましょう

  • This may be trickier to understand, but take the time to internalize it

    理解に手間取るかもしれませんが 時間をかけて習得して下さい

  • and you'll have a much better understanding of entropy.

    エントロピーへの理解が 前よりも深まるはずです

  • Consider two small solids

    2つの小さな固体を考えましょう

  • which are comprised of six atomic bonds each.

    それぞれには 原子間の6つの結合があります

  • In this model, the energy in each solid is stored in the bonds.

    このモデルでは 各固体のエネルギーは 結合の中に蓄えられています

  • Those can be thought of as simple containers,

    単純なコンテナだと考えれば良いでしょう

  • which can hold indivisible units of energy known as quanta.

    これは「量子」と呼ばれる 分割不能なエネルギーの単位を含んでいます

  • The more energy a solid has, the hotter it is.

    固体のエネルギーが増すと より熱くなります

  • It turns out that there are numerous ways that the energy can be distributed

    エネルギーの総和を一定にしたまま

  • in the two solids

    2つの固体に

  • and still have the same total energy in each.

    エネルギーを分配する方法は 沢山あることが分かります

  • Each of these options is called a microstate.

    これら選択肢のそれぞれは 「ミクロ状態」と呼ばれています

  • For six quanta of energy in Solid A and two in Solid B,

    固体Aの6つのエネルギー量子と 固体Bの2つに対して

  • there are 9,702 microstates.

    9,702のミクロ状態が存在します

  • Of course, there are other ways our eight quanta of energy can be arranged.

    もちろん この8つのエネルギー量子の 配分の仕方は他にもあります

  • For example, all of the energy could be in Solid A and none in B,

    例えば 全てのエネルギーが固体Aにあり Bにはない場合や

  • or half in A and half in B.

    AとBに半分ずつという場合などです

  • If we assume that each microstate is equally likely,

    各ミクロ状態が 等しい確率で起こると仮定すると

  • we can see that some of the energy configurations

    あるエネルギーの配分が起こる確率は

  • have a higher probability of occurring than others.

    他のエネルギー配分よりも 高くなるということが起こります

  • That's due to their greater number of microstates.

    これはより多くの ミクロ状態があるためです

  • Entropy is a direct measure of each energy configuration's probability.

    エントロピーとは 各エネルギー配分に対する 確率を測る直接的な尺度なのです

  • What we see is that the energy configuration

    ここで見て取れることは

  • in which the energy is most spread out between the solids

    固体間でエネルギーが最も分散している エネルギーの配分が

  • has the highest entropy.

    最も高いエントロピーを持つということです

  • So in a general sense,

    よって 一般的な意味では

  • entropy can be thought of as a measurement of this energy spread.

    エントロピーは このようなエネルギー分散の 尺度だと考えることが出来ます

  • Low entropy means the energy is concentrated.

    低エントロピーとは エネルギーが集中している状態

  • High entropy means it's spread out.

    高エントロピーとは エネルギーが 広く分散している状態を意味しているのです

  • To see why entropy is useful for explaining spontaneous processes,

    例えば熱い物体が冷めるといった 自然に起こる現象を説明するのに

  • like hot objects cooling down,

    なぜエントロピーが 役立つのかを知るためには

  • we need to look at a dynamic system where the energy moves.

    エネルギーのやり取りがある 力学系に注目する必要があります

  • In reality, energy doesn't stay put.

    現実には エネルギーは 元の場所に留まっていません

  • It continuously moves between neighboring bonds.

    隣接する結合間を絶え間なく 動いています

  • As the energy moves,

    エネルギーが動くと

  • the energy configuration can change.

    エネルギー配分が変化する 可能性があります

  • Because of the distribution of microstates,

    ミクロ状態の分配から計算すると

  • there's a 21% chance that the system will later be in the configuration

    その後の系の状態は エネルギーが最も分散した―

  • in which the energy is maximally spread out,

    状態になる確率は21%あり

  • there's a 13% chance that it will return to its starting point,

    元の状態に戻る確率は13%

  • and an 8% chance that A will actually gain energy.

    固体Aがさらにエネルギーを 得る確率は8%となります

  • Again, we see that because there are more ways to have dispersed energy

    ここでも エネルギーが集中した状態よりも

  • and high entropy than concentrated energy,

    エネルギーが分散した高エントロピー 状態の方がより多くあるので

  • the energy tends to spread out.

    エネルギーは分散する傾向が あることが見て取れます

  • That's why if you put a hot object next to a cold one,

    だから 熱い物体を 冷たい物体の横に置くと

  • the cold one will warm up and the hot one will cool down.

    冷たい物体は温まり 熱い方は冷めるのです

  • But even in that example,

    しかしこんな例の中でも

  • there is an 8% chance that the hot object would get hotter.

    熱い物体がもっと熱くなる確率が 8%あります

  • Why doesn't this ever happen in real life?

    これが現実には決して起こらないのは なぜでしょう?

  • It's all about the size of the system.

    要は系の大きさ次第なのです

  • Our hypothetical solids only had six bonds each.

    我々の仮想固体には それぞれ6つしか結合がありません

  • Let's scale the solids up to 6,000 bonds and 8,000 units of energy,

    規模を大きくして6千個分と8千個分の エネルギーで結合している固体を考え

  • and again start the system with three-quarters of the energy in A

    ここでも 始めに Aにエネルギーの4分の3を―

  • and one-quarter in B.

    Bに4分の1を系に与えてみましょう

  • Now we find that chance of A spontaneously acquiring more energy

    ここで Aが自然に エネルギーを増加させる確率は

  • is this tiny number.

    こんな僅かな値だということです

  • Familiar, everyday objects have many, many times more particles than this.

    見慣れた日用品は これよりも 何倍も何倍も多い粒子で出来ています

  • The chance of a hot object in the real world getting hotter

    熱い物体が現実世界で もっと熱くなる可能性は

  • is so absurdly small,

    話にならないほど低いので

  • it just never happens.

    決して起こらないのです

  • Ice melts,

    氷は溶け

  • cream mixes in,

    クリームは混ざってしまい

  • and tires deflate

    タイヤはぺちゃんこ

  • because these states have more dispersed energy than the originals.

    元の状態よりもずっとエネルギーが 分散しているから起こるのです

  • There's no mysterious force nudging the system towards higher entropy.

    エントロピーをより高くするような 不思議な力というものがあるのではなく

  • It's just that higher entropy is always statistically more likely.

    単に高エントロピーはどんな時でも 統計的に起こりやすい状態というだけなのです

  • That's why entropy has been called time's arrow.

    それがエントロピーが「時間の矢」と 言われてきたゆえんです

  • If energy has the opportunity to spread out, it will.

    エネルギーは分散する機会さえあれば 必ず分散するのです

There's a concept that's crucial to chemistry and physics.

化学と物理学において ある重要な概念があります

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B1 中級 日本語 TED-Ed エントロピー エネルギー 固体 確率 状態

TED-Ed】エントロピーとは何か?- ジェフ・フィリップス (【TED-Ed】What is entropy? - Jeff Phillips)

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    IS LIU に公開 2021 年 01 月 14 日
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