マクスウェルの悪魔

マクスウェルの悪魔（マクスウェルのあくま、Maxwell's demon）とは、1867年ごろ、スコットランドの物理学者ジェームズ・クラーク・マクスウェルが提唱した思考実験である。 マクスウェルの魔、マクスウェルの魔物、マクスウェルのデーモンなどともいう。 分子の動きを観察できる架空の悪魔を想定することによって、「熱力学第二法則」で禁じられたエントロピーの減少が可能であるとした。 熱力学の根幹に突き付けられたこの難問は1980年代に入ってようやく一応の解決を見た。

http://www.nikkei.com/tech/trend/article/g=96958A90889DE1E2EBEAE3EBEBE2E0E6E2E4E0E2E3E3E2E2E2E2E2E2;p=9694E3E7E3E0E0E2E2EBE0E2E3E2から

今回悪魔を作ったのは、米国のテキサス大学のマーク・ライゼン教授らと、中央大学の鳥谷部祥一助教と東京大学の沙川貴大さん（現京都大学助教）らのグループだ。それぞれ独立に悪魔を実現した。

　テキサス大学は、実際に気体分子を箱の中に閉じこめてレーザーで一方向のドアを作り、分子が自然に片側に集まるようにした。ドアを外すと分子は膨張して冷える。実験ではこれを繰り返し、絶対零度まであと100万分の１度まで冷却することに成功した。極低温で起きる量子現象の観察に役立つほか、素粒子の質量測定や、創薬に役立つ同位体の精製などに応用が広がりそうだ。

　日本の中央大と東大のグループは、水分子の熱運動によってプラスチックの微小球がフラフラする「ブラウン運動」を観測し、目的に合ったものだけを取り出すことで、微小球を一定方向に回転させた。「分子の動きを見て操作する」という意味ではマクスウェルのオリジナルにより近く、悪魔の働きを理論的に検証する道を開いた。



http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8D%8A%E9%80%8F%E8%86%9C

半透膜（はんとうまく、semipermeable membrane）とは一定の大きさ以下の分子またはイオンのみを透過させる膜である。半透膜を透過しない溶質と透過性を示す溶媒の系で、半透膜を介して2つの濃度の溶液を接すると、隔てて浸透圧が発生し溶媒のみが透過する。この現象を浸透と呼ぶ。理想的な半透膜の場合、浸透圧は溶液のモル濃度に比例し、この原理を用いて高分子などの分子量を測定することが可能である。
実際に用いられる膜は、古典的にはフェロシアン化銅の沈殿膜、コロジオン膜、あるいは膀胱膜などが用いられたが、今日では再生セルロース（セロファン）、アセチルセルロース、ポリアクリロニトリル、テフロン,ポリエステル系ポリマーアロイあるいはポリスルホンの多孔質膜が用いられる。

透析と浸透

半透膜を介して物質が移動する場合、溶媒が移動する場合を浸透（しんとう、osmosis）と呼び、溶質が移動する場合を透析（とうせき、dialysis）と呼ぶ。生体膜など物質を選択的に移動させる能力を持つ場合以外は規模の差はあれ、透析と浸透は同時に進行する。
透析の応用
透析は細胞生物学や生化学などの実験操作としてしばしば利用される。たとえば、生体高分子を塩析で沈殿捕集した後に透析により脱塩したりする。
生体においては、腎臓は排泄のために透析の原理を利用している。また、治療法としての透析療法は記事 人工透析を参照。
物質の濃度差による浸透圧により受動的に透析が行われる場合を拡散透析（かくさんとうせき）と呼ぶのに対して、半透膜を介して電位をかけ、イオンを能動的に拡散させる透析方法を電気透析（でんきとうせき）と呼ぶ。
浸透の応用
浸透圧以上の圧力を掛けると、圧力による溶媒の限外ろ過が化学ポテンシャルによる拡散を上回るので、半透膜を通らない溶質が濃縮される。この現象を逆浸透と呼ぶ。逆浸透は海水の淡水化などに利用されている。逆浸透に用いられる半透膜は、記事 逆浸透膜に詳しい。