科学における絶対零度とは?

REKINC1980 /ゲッティイメージズ

絶対零度は、それ以上存在しない点として定義されます 熱 に従って、システムから削除できます。 絶対の または熱力学的温度スケール。これはゼロに相当します ケルビン 、またはマイナス 273.15 C。これは、ランキン スケールではゼロであり、マイナス 459.67 F です。

古典的な動力学理論では、絶対零度は個々の分子の動きがないことを表すとされています。しかし、実験的証拠はそうではないことを示しています。むしろ、絶対零度にある粒子の振動運動は最小であることを示しています。言い換えれば、絶対零度ではシステムから熱が除去されない可能性がありますが、絶対零度は可能な限り低いエンタルピー状態を表すわけではありません。

量子力学では、絶対零度は基底状態にある固体の最低内部エネルギーを表します。

絶対零度と温度

温度 物体がどれくらい暑いか寒いかを表すために使用されます。物体の温度は、その原子と分子が振動する速度に依存します。絶対零度は最も遅い速度での振動を表しますが、動きが完全に停止することはありません。

絶対零度に到達することは可能ですか

これまでのところ、絶対ゼロに到達することは不可能ですが、科学者はそれに近づいています。米国国立標準技術研究所 (NIST) は、1994 年に 700 nK (10 億分の 1 ケルビン) という記録的な低温を達成しました。マサチューセッツ工科大学の研究者は、2003 年に 0.45 nK の新しい記録を打ち立てました。

負の温度

物理学者は、負のケルビン (またはランキン) 温度を持つことが可能であることを示しました。ただし、これは粒子が絶対零度よりも冷たいという意味ではありません。むしろ、それはエネルギーが減少したことを示しています。

これは、温度が 熱力学 エネルギーとエントロピーに関連する量。システムが最大エネルギーに近づくと、そのエネルギーは減少し始めます。これは、スピンが存在しない準平衡状態などの特別な状況でのみ発生します。 平衡 電磁場で。しかし、そのような活動は、エネルギーが追加されたとしても、マイナスの温度につながる可能性があります.

奇妙なことに、負の温度のシステムは、正の温度のシステムよりも高温であると見なされる場合があります。これは、熱が流れる方向によって定義されるためです。通常、正温度の世界では、熱はストーブなどの暖かい場所から部屋などの涼しい場所に流れます。熱は負のシステムから正のシステムに流れます。

2013 年 1 月 3 日、科学者たちは、 カリウム 運動の自由度に関して負の温度を持つ原子。これより前の 2011 年に、Wolfgang Ketterle、Patrick Medley、および彼らのチームは、磁気システムにおける負の絶対温度の可能性を実証しました。

負の気温に関する新たな研究により、さらなる不可思議な行動が明らかになりました。たとえば、ドイツのケルン大学の理論物理学者である Achim Rosch は、重力場で負の絶対温度にある原子は、単に「下」ではなく「上」に移動する可能性があると計算しました。氷点下のガスは暗黒エネルギーを模倣している可能性があり、これにより、宇宙は内向きの引力に逆らってますます速く膨張します。

ソース

メラリ、ジーヤ。量子ガスは絶対零度を下回る。 自然 、2013 年 3 月。 doi:10.1038/nature.2013.12146。

メドレー、パトリック 他' 超低温原子のスピン勾配消磁冷却 .' Physical Review Letters、vol。 106、いいえ。 2011 年 5 月 19 日。 doi.org/10.1103/PhysRevLett.106.195301。