系 (自然科学)

自然科学における系（けい、英語: system）とは、自然界のうちで考察の対象として注目している特定の部分を指す。分野や考察の内容に応じて、力学系、生態系、太陽系、実験系などと呼ばれる。考察の対象とされない残りの部分は外界（がいかい）として区別される。

外界との関係と基本概念

外界は系に比べて非常に大きく、外界が系に影響を及ぼして系の状態変化を引き起こすことがあっても、系が外界に及ぼす影響は無視できるという仮定のもとで考察の対象から外される。外界の状態は常に一定であると仮定されたり、単純な変化をするものとして扱われたりする。また、観測者は通常、外界にいるものとして考察の対象外とされる。

物理学においては、系を古典論で記述する場合は古典系、量子論で記述する場合は量子系と呼ぶ。

熱力学的な分類

熱力学の観点では、系は外界との間で許されるエネルギーや物質の移動形態によって分類される。エネルギーの移動形態には、仕事、熱、および物質（質量）の移動に伴うエネルギーが含まれる。

• 開放系（開いた系）：外界との間で物質の移動を許す系。生物の多くは熱力学的に見て開放系に属している。
• 閉鎖系（閉じた系）：外界との間で物質の移動を許さない系。
• 断熱系：閉鎖系のうち、物質の移動に加えて熱によるエネルギーの移動も許さない系。
• 孤立系：あらゆるエネルギー（物質、熱、仕事）の移動を一切許さない系。

エネルギーや物質の移動に制限がある系では、その制限に応じた法則が成り立つ。例えば、孤立系ではエネルギー保存則が、断熱系ではエントロピー増大則が、閉鎖系では質量保存則がそれぞれ成り立つ。

熱浴と粒子浴

系が熱を交換する外界は熱浴（heat bath）と呼ばれ、質量を交換する外界は粒子浴（particle bath）と呼ばれる。