エントロピーの法則
熱力学には二つの基本法則がある。熱力学第一法則は「エネルギーは保存される」、第二法則は「孤立したシステムにおけるエントロピーは減少しない」というものである。熱力学第二法則を、熱力学の範囲を超えて拡張してみよう。
1. エントロピーの法則とは何か
エントロピーについては、「システムとは何か」で説明したが、熱力学第二法則は、実は誰もが知っている自然現象を物理学的に説明しただけのものである。熱湯に氷を浮かべるとぬるま湯になるが、ぬるま湯を放置していても、氷が「自己組織化」され、周りが熱湯になるということは起こりえない。熱は高きから低きへと一方的に流れるのである。
エントロピーの法則を、熱の移動がない一般の不可逆過程にまで適応した法則をエントロピー非減少の法則、略してエントロピーの法則と呼ぶことにしよう。水の入ったコップがテーブルから落ちてこなごなに割れることはあるが、こなごなに割れたガラス破片が、周りに散らばった水を集めながら、テーブルの上にジャンプしてもと通りに戻ることは期待できない。エントロピー（無秩序）一般は、増えることはあっても減ることはないというわけである。
2. エントロピー補償の法則
ただこの第二法則には、「孤立したシステムにおいては」という条件がある。孤立したシステムとは、環境とエネルギーや物質や情報のやりとりがまったくないシステムのことである。魔法瓶も、擬似的な孤立したシステムとみなすことができるが、完全な孤立したシステムは、宇宙全体しかない。エネルギー交換のある閉鎖系や物質交換まである開放系では、第二法則は成り立たない。逆にいえば、非孤立したシステムでエントロピーが減少する時、それは常に環境におけるより多くのエントロピーの増大によって可能となっているのである。
例えば、水と油をかき混ぜて放置しておくと、油と水が分離して、秩序が自己組織化するかのように見える。しかし断熱された孤立したシステムで水と油をかき混ぜると、運動エネルギーが熱となって周囲に排出されないため、系内部が高温のままとなり、水と油は混ざったままになる。また冷蔵庫は、冷媒を蒸発する時の気化熱で庫内の温度を下げ、エントロピーを小さくすることができるが、そのためには気化熱と同量の凝縮熱を庫外に排出しなければならず、また電気を使うため、最終的に大量の熱を庫外で発生させなければならない。
エントロピーの法則によれば、ビッグバン以降宇宙は秩序から無秩序へと向かい、最後は熱的死を遂げるはずである。しかし地球上では、こうした宇宙全体の流れに逆行して生命が進化し、そして人類の文明は時間とともに進歩を遂げているように見える。これは生物が開放系で、太陽や地球といった低エントロピー資源の散逸（エントロピーの増大）を通して自らのエントロピーを減少させているからである。人間を含めた生物、そして人類が築き上げた文明は、環境におけるエントロピーの増大によって可能となるシステムである。人間は、他の動物と同様に、食物摂取を通じて獲得した低エントロピー資源を呼吸によって消費しているが、人間の場合、化石燃料をはじめとする食物以外の低エントロピー資源までも燃焼によって消費している。
3. 非熱力学的なエントロピー
しかし人間が、環境の熱エントロピーを増大させながら創り出している低エントロピーは、決して身体や建築物といった物質レベルでの資源だけではない。我々が創り出す意味の世界も、無意味という無秩序を否定しているという点で、低エントロピーなのである。ただ、物質システムがエントロピーを捨てる環境が、システムの物理的な外部に存在しているのに対して、情報システムがエントロピーを捨てる環境は、可能的多世界として仮想的にしか存在しない点が異なるだけである。
我々は本能によってのみ支配されていないという意味で自由な存在であり、自由であるということは、不確定な環境に晒されつつ、さまざまな選択肢の中から自己の行為を選択する、つまり情報のエントロピーを減少させる能力があるということである。「右」という概念があるから「左」という概念があるというように、言語は示差的であり、我々が言語を通じて世界を認識する時、差異化された多様な記号を選ぶという意味で、認識するという行為はエントロピーの縮減であり、無秩序からの秩序の形成である。
4. ネゲントロピーの三つのレベル
整理すると、ネゲントロピーには次の三つの場合があることになる。
- 環境における物質レベルのエントロピーの増大が、物質レベルの低エントロピーを創り出す（物理学的なエントロピーの法則）
- 環境における物質レベルのエントロピーの増大が、情報レベルの低エントロピーを創り出す（呼吸による新陳代謝が脳における思考を、電気がコンピュータにおける情報処理を可能にする）
- 環境における情報レベルのエントロピーの増大が、情報レベルの低エントロピーを創り出す（他の可能性の否定によってはじめて意味が可能になる）
3番目は、難しいので、具体的な例を出そう。「ファシズムは正しいか正しくないかのどちらかである」という言明には何の情報価値もない。「ファシズムは正しい」といえば、それは、「ファシズムは正しくない」という他の可能性を排除しているから意味がある。つまり「ファシズム」という一つの主語に対して、「正しい」あるいは「正しくない」という述語の候補があり、そのうちのどれを述語として選ぶかという不確定性（エントロピー）を縮減してはじめてその命題は意味をもつのである。
命題が有意味であるからといって、それが正しいとはいえない。ある選択が正しいかどうかは、社会システムというメタレベルの選択によって決まる。ある政治家が、ファシズムの正しさを訴えて立候補したとする。当選者のいすが一つしかないとするならば、有権者は複数の候補の中から一人を選ぶことになる。ファシズムの正しさを訴えた政治家が落選するならば、「ファシズムは正しい」という選択は選択されなかったことになる。社会システムにおいては、選択主体が相互に選択し合うことによって秩序が創り出される。
4. エントロピーの法則の重層構造
以上結論をまとめよう。
- 物質システムは、環境におけるエントロピーの増大によって、ネゲントロピーとして存続できる。
- 情報システムは、述語の可能性の増大によって、無意味の排除による有意味性を獲得する。
- 社会システムは、さまざまな可能的行為の選択肢の増大に伴って、逸脱者の排除による秩序形成ができる。
社会的なエントロピーが増えるということは、行為の他の可能性が増えるということであり、この自由の増加が低エントロピーの生成、すなわち生活水準の向上を可能にする。
| 書名 | エントロピーの法則―地球の環境破壊を救う英知 |
|---|---|
| 媒体 | 単行本 |
| 著者 | ジェレミー・リフキン 他 |
| 出版社と出版時期 | 祥伝社, 1990/05 |
情報科学、社会科学でいうエントロピーと、物理学でいうエントロピーを一緒に議論することには少し問題があると思います。
物理学のエントロピーの定義には、熱力学的なものと統計力学的なものがありますが、どちらも熱平衡に達した系、つまり素性のよくわかっている系に適用されるものです。熱湯に氷を入れた瞬間など、複雑な過程の途中でエントロピーを計測することなどできません。ただ、熱湯に入れる前の氷の持つエントロピーと、熱湯の持つエントロピーの和が、混ざってできたぬるま湯のエントロピーよりも低いということならいえます。
社会のような、常に複雑な状態にある系にエントロピー増大の法則を適用することは、定量的はおろか定性的な分析にも役立つとは思えません。また、情報科学で言うエントロピーは（詳しくないのですが）S/N比のような、乱雑さのことを言うのではないですか？物理でいう保存量から導かれるエントロピーとは、質の違うものであるという気がします。
そもそも物理でのエントロピーの定義は「なんだかよくわからないけど常に増える量」であって、人間の定義する「秩序」とは違うものです。エントロピーと秩序がどこまで一致するか、わかっているわけではないのです。
私の個人的な感覚としては、エントロピーは「秩序の無さ」よりむしろ「汚さ」に近いものであるという気がします。汚れをふき取ると、ふき取った方が必ず汚れます。汚くなった布巾は、洗って汚れを下水に流します。汚れがなくなることはありませんし、汚れが自然に拡散することはあっても、仕事をせずに汚れを集めることはできません。力仕事をすると必ず汚れます。
しかしこの認識も、人間の感覚をベースに置いている限り、エントロピーそのものを把握しているとはいえません。ブラックホールの事象の地平面の面積がエントロピーに対応している、と言われても、人間にはあまり感覚がつかめません。エントロピーって、そういうもんじゃないですか？
私は物理専攻なので、ちょっと物理的な意味に偏った書き方をしてしまいましたが、もともとエントロピーの考え方は哲学的・形而上学的なものではなくて、経験則を定量化するものに過ぎないというところを強調したくて、以上のように書いた次第であります。
たしかにエントロピーはエントロピーであって、他の概念に置き換えることは難しいのですが、最も汎用性がある概念は、不確定性だと私は考えています。
散らかっている部屋は無秩序であり、私たちは「汚い」と感じますが、そういう部屋では、どこに何があるのかわからないので、不確定性が大きいといえます。
反対に、整理整頓された部屋には秩序があり、私たちはそれを「きれい」と感じます。その部屋では、どこに何があるのかわかりやすいので、不確定性が小さいともいえます。
もちろん、散らかった部屋でも、住み慣れれば、どこに何があるのかわかるようになりますが、それは認知という仕事がなされてエントロピーが小さくなったからで、はじめからエントロピーが小さいわけではありません。
社会科学にエントロピー概念を定量的に応用することができるかどうかは、やってみなければわかりませんが、経済学のような比較的定量化しやすいところからはじめようかなと思っています。
「つまり「ファシズム」という一つの主語に対して、「正しい」あるいは「正しくない」という述語の候補があり、そのうちのどれを述語として選ぶかという不確定性（エントロピー）を縮減してはじめてその命題は意味をもつのである。
」
ここで不確定性の「縮減」とされているものは、不確実性の「解消」に近い意味と考えてもよろしいでしょうか。私自身、「不確実性の縮減」について、その主体となるシステムの設定のあり方自体が不確実なものと考えています。不確実性の縮減でイメージしているものは、数ある差異の中から、ある特定の差異（ここでは、ファシズムが「正しい／正しくない」）が選択される・に絞り込まれることです。ファシズムについて正しい／正しくないかという選択にまで絞られることを不確実性の「縮減」というふうに捉え、この二者択一からの更なる選択は、「不確実性の解消」というふうに捉えるのが妥当なのではと思いますが。
場合の数が2から1に減るのですから、二者択一の選択肢から一つ選ぶことは不確定性の縮減になります。不確定性の表し方は、複雑性とエントロピーと二通りあって、場合の数が複雑性であるのに対して、エントロピーはその対数です。どちらを用いても、不確定性の縮減は、数字が小さくなることによって表現されます。