絶対零度

質問

知り合いから「絶対零度に限りなく近い温度までの状態は作れるが、実際に絶対零度の状態は作り出せない（だせていない？）」ということを聞いたことがあるのですが、本当でしょうか？

回答No.15

hogehogeninja

PokaQ さんへ

わかりやすい説明を。
物理的に、絶対零度の状態は可能です。
しかし、それははじめから存在していればそういう状態が可能である、というわけで、絶対零度でない状態から、厳密な絶対零度の状態をつくることはできないです。

どうしてかというと、もし仮に絶対零度を保っていられるものがあるとして、そこにじゃぶんと絶対零度でないものをつけたとします。するとその物体はどんどん冷やされますが、冷えれば冷えるほど冷えにくくなります。そのために、絶対零度に近づくにつれて冷えなくなるので、時間をかければいくらでも絶対零度に近づきはするが、厳密な絶対零度にすることはできないです。

「Nernstの定理」なるものが出ていますが、これが「冷えれば冷えるほど冷えにくくなる」ということと関係している定理です（この定理の副産物として、熱容量が絶対零度に近づくと０に近づかなければならないことがわかります。絶対零度にならないことを示すのには必ずしも必要ではありませんが、意訳するとここがポイントです）。

もちろん実際は上のようなやり方以外にだって方法はあるでしょうが（というか上のようなやり方は実際はできないですが）、どんなやりかたをしても、絶対零度に近づけば近づくほど絶対零度になりにくくなって、いつまでも到達できないわけです。

jun1038 さんへ

絶対零度の定義ですが、「物理的に可能な状態で、『熱エネルギー』が最も小さい状態」です。
で、熱エネルギーの担い手はjun1038 さんの考えてらっしゃるように、（普通は）振動などの運動エネルギーです。最もエネルギーが小さくなるのは、振動が止まったときだろうと思えますが、実は量子力学が支配している世界なので、量子力学によると、振動のエネルギーが最も小さい状態でも振動の振幅は０になれないことがわかっています。

絶対零度は、「熱運動のエネルギー（など全ての熱エネルギー）が最も小さい温度」で、「一番動きを小さくした状態でも動きがある」ということが別の理由である、ということを踏まえれば jun1038 さんのイメージで大きく間違っていないです。

ただ、もっと広く考えれば熱エネルギーの担い手は原子の振動だけでなく、光（電磁波のエネルギー）、原子の準位（特に高温の時）などもあります。

お礼

いろいろとご意見ありがとうございます。

＞物理的に、絶対零度の状態は可能です。
＞しかし、それははじめから存在していればそういう状態が可能である、というわ＞けで、絶対零度でない状態から、厳密な絶対零度の状態をつくることはできない＞です。

・・・つまり・・・絶対零度を人工的には作れないんですね。なんとなくイメージがつかめてきたような、、、。
私が理解するにはもう少し勉強が必要なようですね。　URLを参考に見てみます。
ここはもう少しあけたままにしておこうと思います。　皆さんありがとうございました。