絶対 零度 人工

どうやって温度測ったんだろ・・・Science 掲載論文へのリンクを追加しました。地球上に宇宙が出来た的な?よくわからんなるほど、さっぱりわからん【訂正】本文中、「数十億分の1ケルビン」と表記した箇所は、マックス・プランク研究所の発表資料では「十億分の数ケルビン（a few billionths of a Kelvin）」となっていました。お詫びして訂正します。本文は修正済みです。おなじくさっぱり分からん。わけわかめ。この内燃機関作れたら大金持ちになれそうな話って事だけ解った。面白い応用して、現在の原子力発電より放出されています。俺が子どもの頃の本には、プラス1/100,000ケルビンが今(80年代半ば？)の限界とか書いてたのに、コメントは停止中です。 よく、真空の温度は絶対零度とか、宇宙空間は凍えるほど寒いといいますが、本当でしょうか？たとえば月の表面温度は、夜はマイナス170℃まで冷えるといいます。でも昼は110℃まであがるそうです。真空の宇宙空間って、いったい・・・暑いんでしょうか、寒いんでしょうか？

今回は熱の限界温度についてご紹介します。 記事内容一覧 温度って？ 絶対零度って？ 温度一覧 脱線：超伝導とは 絶対熱の温度 皆さんは最低温度を知っていますか？ それは「絶対零度」で、セ氏（私たちが普段使っている温度）ではー273.15℃で、 絶対温度（=セ氏温度+273）では0kです。 マックス・プランク研究所とルートヴィヒ・マクシミリアン大学ミュンヘンの研究チームが、絶対零度を下回る温度（マイナスのケルビン温度）を持つ原子ガスを作製したと報告している。ケルビン温度がマイナスとなる物質を利用することで、熱効率が100％を超える内燃機関が実現する可能性がある。また、原子ガスの挙動に、宇宙の加速膨張の原因と考えられているダークエネルギーに類似した性質があるため、天文学的な面からも関心が持たれているという。2013年1月4日付け Science に常識的には、物質の温度が絶対零度（約－273℃）より低くなることはあり得ないと信じられてきた。しかし、今回の実験では、気体中の分子のエネルギー準位の分布を表す「ボルツマン分布」が通常の気体（プラスのケルビン温度を持つ気体）とは逆になるように条件を整えることによって、マイナスのケルビン温度を持つ原子ガスを実現したとしている。自然界に普通に存在する系のボルツマン分布では、ほとんどの粒子が低エネルギー状態であり、一部の粒子だけが高エネルギー状態となっている。系の中のすべての粒子のエネルギー準位が最低レベル（基底状態）になるときの温度が絶対零度である。一方、今回の原子ガスでは、ほとんどの粒子が高エネルギー状態であり、一部の粒子だけが低エネルギー状態となるように条件が整えられており、ボルツマン分布が通常の系から反転する。　系の温度が無限大になる場合、ボルツマン分布は、ビー玉が起伏に関係なく一様に散らばっている状態に例えられる（図2中央）。これは、すべてのエネルギー状態が同じ確率で存在することを意味している。ケルビン温度がマイナスとなる系は、盛り上がった丘の上にほとんどのビー玉が集まって動いている状態に例えられる（図2右）。丘の高さは位置エネルギーの上限に相当する。また、ビー玉の運動エネルギーも最大化する。系全体のエネルギー状態は、低エネルギーよりも高エネルギー状態になりやすく、ボルツマン分布が反転していることになる。このようなボルツマン分布の反転は、通常の水や気体など自然に存在する系では不可能であるとされる。仮にボルツマン分布が反転したとすると、それらの系では無限大の量のエネルギーが吸収できることになるからであるという。しかしながら、今回の実験では、粒子のエネルギーに上限がつくように条件を整えれば、実際にボルツマン分布を反転できることが示されている。実験では、最初に原子10万個程度を真空チャンバ内で冷却して、プラス十億分の数ケルビンまで温度を下げ、この極低温の原子ガスをレーザービームを用いた光学トラップで捕獲する。超高真空条件下であるため、原子は周囲環境から熱的に完全に遮断される。レーザービームによって光格子の状態が作りだされ、原子は格子サイトの位置に規則的に配列する。この格子中でも、原子はトンネル効果によってサイト間を移動することができるが、原子の運動エネルギーには上限がある。また、運動エネルギー以外で温度と関係している原子間相互作用や位置エネルギーについても、今回の系では制限が設けられる。こうして与えられた全エネルギーの上限境界に原子を持っていくことで、マイナス十億分の数ケルビンという温度が実現される。ビー玉の例でいうと、図2右のように運動エネルギーが丘の上ですでに上限に達している場合、ビー玉はそれ以上の運動エネルギーによって谷間に転がり落ちることができず、丘の上に留まって安定する。今回作られたマイナスのケルビン温度を持つ原子ガスでも、プラスのケルビン温度を持つ通常の気体と同様に安定した状態を保てることが確認されている。運動する粒子においてマイナスのケルビン温度が実現された初めての例であるという。研究チームによると、マイナスのケルビン温度を持つ物質を利用することで、熱効率が100％を超える内燃機関が実現する可能性がある。一見するとエネルギー保存則に反する現象のようであるが、実際にはエネルギー保存則を破るものではないという。通常のエンジンでは、そのエンジンより高温の媒質からしかエネルギーを吸収できないが、マイナスのケルビン温度の物質を利用するとエンジンより高温および低温の両方の媒質から同時にエネルギーを吸収できるようになる。これがエネルギー保存則を破らずに熱効率100％超のエンジンが作れる理由である。マイナスのケルビン温度における原子ガスの熱力学的な挙動については、天文学分野で注目されているダークエネルギーとの類似性も指摘されている。ダークエネルギーは宇宙の加速膨張を説明するために仮定された力であり、全宇宙の質量が重力の作用で引き合っているにもかかわらず宇宙の膨張速度が減速し収縮へと向かわないのは、ダークエネルギーが働いているからであるとされる。今回作製された原子ガスでは、通常の気体のように原子同士が反発しあわず、逆に互いに引き寄せあう。すなわち負の圧力がかかっていることになる。しかし、原子ガスは負の圧力で収縮して崩壊することなく、安定状態を保つことができる。これは、宇宙が重力によって収縮崩壊しないで済んでいるのと似ている。

摂氏でも華氏でも、温度の換算表をみていると、一番低い温度は何度で、一番高い温度は何度だろう？　と思われる方もいらっしゃるかもしれません。このページでは摂氏・華氏からケルビンへの自動変換や、最低温度と最高温度に関してのコラムのページです。お暇な方だけどうぞ。笑絶対零度はセルシウス（摂氏）では−273.15ºCで、ファーレンハイト（華氏）では−459.67ºFです。ついでなので、ケルビンの計算がささっと自動計算できるようにしました。半角英数字で数字を入力してみてください。たとえば空気に含まれる酸素や窒素などの分子は、秒速で300メートルくらい動き回っています。温度を下げていくと、分子の動きが鈍くなってきます。そしてあるところまで温度を下げると、分子が全く動かなくなってしまうと古典力学では考えられています。その温度が摂氏-273.15度「絶対零度」なのです。宇宙の平均温度は-270ºCと言われています。とっても寒いですね！たとえばとても軽い気体ヘリウムは、絶対零度近くまで冷やしても凍りません。それどころか、抵抗がなくなって「超流動ヘリウム」という状態になります。超流動ヘリウムをコップに入れると、コップの壁をよじ登り、こぼれてしまいます。（これはヘリウムの性質によっておこる現象ですが、金属の場合も超低温にすると電気抵抗がなくなり、「超伝導体」となります。超伝導はニュースでも取り上げられることがあるので馴染みのある言葉かもしれませんね。これまでに人工的に作り出した最低温度は、250pK（-273.149999925ºC）です。最低温度の下限は0ケルビンでした。最高温度にも上限があります。それは、$1.41679\times10^{32}$ケルビンで、プランク温度と言います。高温になるほど、想像ができないような高い温度になりますので、具体的な例で温度を少しずつご説明します。ある温度まで達すると、原子核から電子が離れて、別々に動き回る状態になります。この状態をプラズマと言います。プラズマは身近で、例えばみなさんのお家にある蛍光灯や雷もプラズマです。蛍光灯は、内部で気体の分子が飛び回って、イオンと電子が再結合するときに紫外線を発する仕組みを利用しています。内部に塗った蛍光体という塗料が紫外線をキャッチして発光しているのです。蛍光灯内部のプラズマは、実は1万度になっています。でも蛍光灯を触ってもあまり熱く感じないのは不思議ですよね。理由は、内部の物質量が少ないためです。80ºCのお風呂のお湯には入れませんが、80ºCのサウナには入ることができます。これが物質量の違いです。私たち人間も、人工的に核融合を起こして発電など様々な産業で利用しています。2013年に日本で1億5000万ºCを作り出すことに成功したのだそうです。ただし、人間が実験している施設などでは、蛍光灯と同じ理由で粒子の数が少ないため、全てが燃え尽きてしまうような事態にはなりません。その超新星爆発では中心温度は100億度ºCに達するものもあると考えられています。$Tp=\frac{m_{P}c^2}{k}=\sqrt{\frac{\hat{h}c^{5}}{Gk^{2}}=1.416833\left(85\right)\times10^{32}K マックス・プランク研究所ら、絶対零度より低温の気体を実証。熱効率100％超の内燃機関が実現可能に？ 阪大、光刺激に反応して生き物のように動く人工筋肉を開発 「四次元の時空間結晶、実際に作れる」バークレー研究所が作製方法を提起 }$プランク温度は$1.41679\times10^{32}K$（ゼロが32個）です。

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