真空状態では温度は？

質問

まず、真空状態は古典的には「物質がない状態」とされており、温度は「分子運動エネルギーの統計値」とされています。これで真空状態の温度を定義するのは難しいと思うのですが、いったいどう表現するのが適当でしょうか？
・定義できない
・0K
・その他

また、熱力学的には温度は
T＝δQ/dS
（T：温度、Q：受け取った熱量、S：エントロピー）
で定義されると思いますが、この場合に結論を導くと、やはり「物質が存在するかどうか」と言うことがキーになると思います。
上記の式を使って、結論を導くと、
・定義できない
・0K
・その他
のいずれになるのでしょうか？？

宜しくお願い致します。

回答No.4

grothendieck · ベストアンサー

統計力学では微視的状態の数をΩとすると温度は

　∂lnΩ/∂E = 1/(kT)

で導入されます。粒子数が０の極限で∂lnΩ/∂E は発散するので真空の温度は０とするべきでしょう。どんな真空ポンプでも「場」を除くことはできません。温度が有限だと空洞輻射が発生して自然に真空ではなくなってしまうと思います。現代物理学では真空とは「何もない状態」ではなく、「エネルギー最低の状態」として定義されます。問題は「エネルギー最低の状態」が簡単に定義できないことです。一般相対論によれば重力があるかどうかは座標系に依存します。ところが量子論的には強い重力場は粒子を生成しうるので粒子が存在するかどうかも座標系に依存してしまうのです。摂動論的には真空はFock spaceの粒子がない状態とされますが、非摂動論的には粒子のある方がエネルギーの低いことがあり、したがって粒子のある状態を真空と見なさなければならないこともあります（保江邦夫：量子場脳理論）。ちなみに私は統計力学は何も知りませんので間違っているかもしれません。

参考URL：

http://arxiv.org/abs/hep-ph/0103141

回答No.3

photonics

真空にも電磁波の形のエネルギーが存在するので，たとえば一定温度の壁で囲まれた真空空間の温度を定義することが出来ます。熱平衡状態で存在する電磁波を黒体輻射（放射）と言います。
宇宙空間には「壁」はありませんがビッグバンの名残の放射があります。およそ3ケルビンの温度に相当する黒体輻射（ほとんどはマイクロ波）です。

回答No.2

tadys

何かの容器の中を真空にした場合だとします。その中に温度計を入れたとしたらその表示は温度計自身の温度を表示するでしょう

温度計からは熱放射が発生します。容器の壁からも熱放射が発生します。
十分な時間が経てば両者がバランスするので温度計の温度は容器の温度と同じになるでしょう。
（温度計が熱源を持っていないとします。）

真空そのものの温度を測るということは意味が無いでしょうね。

お礼

現実的に観測をしようとすると、観測によって温度が生じてしまうというのは正に仰るとおりですね。
従ってこの質問は仮想的になると思いますが、その仮想状態を仮定してお答えをいただければと思います。

回答No.1

rabbit_cat

真空の温度は定義できません。