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John 8:32 Then you will know the truth, and the truth will set you free."  複数ブログの過去記事を移管し、管理の委託を受けています/※場合により、語る対象の「ネタバレ」も在ります。ご了承ください 

「絶対零度」よりさらに低温を作れる…って、知ってましたかみなさん。それを「負の温度」といふ。

ぼくはおととい知った。

「知の巨人」内山安二氏賛歌。そして第1回「内山安二賞」受賞作が決定!(※俺の心の中で) - http://d.hatena.ne.jp/gryphon/20160706/p1

という記事の中で、


という画像を紹介した。「どこまで低温はつくれるの?」というテーマで、限界はないといきまく「やっ太」と、悲観主義者「デキッコナイス」が論争をしているが、ここで体積の収縮から絶対零度を割り出す話につながり、作中では一応の結論をみた。

ところが、そのコメント欄で…

Poetさんは
かつてのイビジェカフェのプロレス、格闘技カフェ、そしてアミューザを知っているものならその名だけでおののくだろう。
(このブログ内を「Poet」で検索してみてもいい。)
だが、実をいうとこっちの話題のほうが”本職”であります。

Poet 2016/07/07 10:18

絶対零度以下の温度、つまり負の温度というのは、昔から普通に知られているのですよ。「負の温度」で検索すると、山ほどひっかかるはず。
温度というのは、巷に言われるようなエネルギーを示す指標ではなく、エネルギーの分布の仕方を表す指標で、高エネルギーの分子が低エネルギーの分子より多くなると、計算式上、温度はマイナスになるのですね。
つまり、負の温度は、絶対零度よりエネルギーの低い状態ではなく、温度無限大よりもエネルギーが高い状態なのです。
レーザー光は負の温度状態から放出されると考えることもできます。

絶対零度」の定義は、到達しうる最低の温度でも、「原子が全て運動を停止する温度(水瓶座カミュ談)」でもなく、「エネルギーが最低になる温度、ただしエネルギーはゼロではない」ですね。

内山安二氏の漫画は読んだことがないのですが、書店で売っている科学学習漫画に物足りなさを感じているので、自分で絵本(漫画は無理)を描いて娘に読ませています。


gryphon 2016/07/09 03:28

絶対零度以下の温度、つまり負の温度というのは、昔から普通に知られている

なにー、わたしはそれを知らないまま、義務教育も高等教育も終えてしまったよ。
ペギラの冷凍光線が当初、マイナス3000度とされつっこまれたのに。


アシモフはなんて書いていたかな。
たしか熱さの上限は、分子運動のスピードが光速に達したときだ、と書いてたな…
空想自然科学入門
https://www.amazon.co.jp/dp/4150500215

>書店で売っている科学学習漫画に物足りなさを感じているので、自分で絵本(漫画は無理)
>を描いて娘に読ませています。

むう、90年代―ゼロ年代にイビジェカフェやアミューザで健筆をふるったPoet氏の文才を知り、これに興味のある人はいるのではないか。

Poet 2016/07/09 08:57

負の温度は、自分も学部学生時代は知らなかったので、日本で知っている人は1-2万人くらいでしょう(各学会の参加人数から推測)。
あくまでも、安定的に存在しない過渡的状態に通常のエネルギー分布と温度の関係式を当てはめると、計算上は負の温度になるということで、冷たいわけではないです。
分かりやすい例だと、棒磁石を、N極同士、S極同士が近づくように配置して、たくさん並べ、手を離すと一瞬で磁石が回転してN極とS極がくっついた安定状態になる。
安定するまでに一瞬存在する不安定な状態を敢えて温度で表すと負の温度になるということです。
ペギラの冷凍光線で突っ込むところは、「マイナス3000度なんて存在しない」ではなく、「マイナス3000度は、そもそも冷たくない」「マイナス3000度なんて、一瞬なら作れるし、大したエネルギーじゃない」というところですね。

子供に、「温度とは何か?」「固体と液体、気体の違い」「酸性・アルカリ性」をごまかさずに教えようとすると、どうしても原子・分子について教えなくてはならず、そのへんが描かれた学習漫画が見つからないので、自分で描くしかないんですよ。


gryphon 2016/07/09 11:06
よし、独立エントリにしちゃる。本日、ウルトラマン50周年番組なのでちょうどよかった。


wikipedia:負温度



この記事のコメント欄

Poet

説明し忘れましたが、絶対零度でも原子の運動は静止せず、ゼロでないエネルギーが
残るというのは、負の温度とはまた別な現象で、零点エネルギーと呼ばれます。
これは量子力学の基本原理である不確定性原理の直接的帰結で、大学2年生くらいで
習うので、知っている人は日本に百万人オーダーいるでしょう。
あと、温度と体積の比例関係(シャルルの法則)は、低密度の理想気体で成り立つ
近似式だから、そもそも絶対零度付近の議論には使えないのですよ。

3年前 Add Star
id:gryphon

不確定性原理…堀晃「マッドサイエンス入門」での知識があるな。
猫が100万回死んだり生きたりする話だ。
http://dic.pixiv.net/a/%E3%82%B7%E3%83%A5%E3%83%AC%E3%83%87%E3%82%A3%E3%83%B3%E3%82%AC%E3%83%BC%E5%87%86%E5%B0%89

3年前 Add Star
Poet

この話を続けても、誰が喜ぶんだと思うけど、間違いは放っておけないので・・・。
以下の説明はたぶん教科書に書いてないので、理系の大学生の方が読んでたら参考にしてね。

シュレーディンガーの猫は「不確定原理」じゃなくて「観測問題」、量子力学では確率的に
しか予測できない事象が、「観測」をすると一意的に決まるのはどういうことかという話ですね。
SFでは、この「観測」と人間の意志をからめて、(科学者目線では)面白くもなんともない
話にするのが定番だけど、実際には、猫を殺すトリガーとなる「放射線の検出」こそが
量子力学系から古典力学系に情報が移されるという意味で)観測であって、猫の入った
箱を人間が開けて中を覗く行為は、猫の生死と全く関係ない。
「不確定原理」は、運動量と位置のような2つの量を同時に正確に測ることはできない
という原理で、「だから量子力学は不思議な理論だ」という要因にされるけど、実際は
波がもつ自然な性質で、水面の波でも音波でも波長と位置を同時決定できない(デルタ関数
フーリエ変換を考えると分かりやすい)。

上に書いたように、少なくとも日本のSF作家が書いたハード寄りのSFって、科学者にとって
は面白くもなんともないんですよね。ああいうのがセンス・オブ・ワンダーだとか言われ
ても、現実の科学のほうが、よほどセンス・オブ・ワンダーに満ちているし。
ハードSFファンに馬鹿にされるライトノベルやアニメのほうがよほど面白いと思う。