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マイナス 273．16℃
マイナス 273．16℃ になると、物質はどうなってしまうのでしょうか? 分子運動は停止してしまうのですか？ 質量は残りますか? 物質その物の移動はできるのですか? 重力は作用するのですか? 電磁力は作用するのですか? そのほか上に挙げた以外にどんなことが起こるのでしょうか? その様子を言葉で表現していただけますか?
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不確定原理に依れば、絶対零度でも原子は「零点振動」と呼ばれる振動をしている。 そういう意味で、絶対零度はあくまでエネルギーが最低の状態であり、「静止している」と同義ではない。
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- apple-man
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>素人なりにも解るといいのですけど。 ごめんなさい。これはうまく説明できません。 不確定性原理というのは、原子の運動といった ミクロの世界では、物質の位置と運動量が 特定の値に決まることがない。 （位置と運動量の掛算の値が一定の範囲内に ある。） そうゆうもの何だという説明しかないんです。 何かもっと分かりやすい説明があるのかも しれませんが。 ＞そこの何らかの存在があるということ自体が振動で、振動があることが存在に他ならないということかな? そう書いてある物理学書はないと思いますが、 物理学全般が言おうとしていることは、その 通りだと思います。 光＝電磁波（磁気、電気の振動） のように、存在というものは、何らかの 振動、もしくは振動と同じ、振動に 置き換えられるものなんだというのが 今の物理学の考え方です。 ＞4つの力というものですか? ４つの力のうち、主に電磁気力と呼ばれるものが いろいろな形で作用するんです。ここでは その作用の仕方の違いよる力の種類というか、 場合分けのことを言っています。 電磁気力というのは、物質中の原子核と電子 が持つ電荷（プラスとマイナスの電気）、 その運動から生じる力なので、 物質の中で、電子がどう振舞っているかで その影響が違ってきます。 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%88%86%E5%AD%90%E9%96%93%E5%8A%9B 例えば、水の場合酸素原子１つを水素原子２つが はさむような配置で結合していて（これが水の分子）、 酸素原子が持つ電子を、２つの水素原子が引っ張り込んでいる ような形になっているため、水素原子のほうに 電子が偏って集まっています。 水素原子が、他の水分子の酸素原子に近づくと、 水素原子がマイナスの電気、酸素原子がプラスの 電気を持っているので、引き合う力が働きます。 （磁石のＮ、Ｓ極が引き合う感じです） 水素原子の存在が要因で生じる力なんで 「水素結合」と呼ばれる結合（力）に分類 されますが、４つの力の分類では電磁気力と なります。 ＞原子振動のよる原子間隔の変化というのが温度なんですね。 固体の場合はそうです。 気体の場合は、それに分子の運動が加わります。 気体がない（正確には非常に希薄な） 宇宙では、赤外線という目に見えない 光（つまり電磁波の一種）が熱を 伝えており、この場合、温度というのは 電磁波の振動ということなります。 真空の宇宙のかなたにある太陽の熱が 地球に届くのはこの原理です。 ＞圧力を下げると液体、気体にはなるのでしょうか？ ヘリウムの場合、通常の温度ではヘリウムガスと いう気体ですよね。 温度を上げれば、固体は液体、そして気体になると いうのは、氷、水、水蒸気の関係から分かる と思います。ここにあと、圧力が関係して くるんです。 圧力と熱のかかり方、加え方で全ての物質は ３つの状態（固体、液体、気体）に変化する というが物質の三態と呼ばれるものです。 どのくらいの圧力と温度のとき 固体から液体になるのか、あるいは 液体から気体になるのかといった 条件が物質によって違うだけです。 通常意識はしていないと思いますが、 私たちの生活している空間にも 大気圧という圧力が加わっています。 富士山の頂上のような高いところで お湯を沸かすと、９０℃くらいで沸騰すると 言った話をご存知ありませんか。 高いところは、大気圧が低いため起こる 現象です。 気圧が変わると、沸点（液体が気体になる 温度）が変わるということなんです。 例えば水の入ったコップを 密閉された容器の中に入れ、その容器の 中の空気を真空ポンプという機械で抜いて いくと、室温（２５℃くらい）でも沸騰が始まり、 蒸発してしまいます。（液体→気体） 温度とは物質が動こうとする作用の現われで、 圧力はそれを妨害する作用なので、その バランスによって、物質はときに固体、 時に液体、気体になるんです。 鉄も温度を上げると溶ける（固体から 液体になる）ことは、溶鉱炉の話なんかで お聞きになったことはありませんか。 鉄もこの液体になった状態で、大気圧を 下げると、気化（蒸発）してしまいます。 水蒸気という言葉はありますが、 実際には鉄蒸気と言える状態がある わけです。 水蒸気（気体）が冷たいガラスの表面に接すると 水（水滴、液体）に戻ります。蒸発したものが 液体になって付着するので、こういった現象を 「蒸着」と言います。 同じことが鉄のような金属でもできます。 車の窓ガラスやめがねで、ガラスの表面が なんとなく半透明な金属光沢になって いるのを見たことはありませんか。 あれはチタンという金属を蒸着させて います。
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ありがとうございます。 ＞存在というものは、何らかの振動、もしくは振動と同じ、振動に置き換えられるものなんだというのが今の物理学の考え方 鱗に納得です。 ＞固体から液体になるのか、あるいは液体から気体になるのかといった条件が物質によって違うだけです。 絶対0度でも液体というのは何かわけがあるのかそれとも絶対0度はまださらにエネルギーの低い状態の可能性がそこにあって、そうして液体でいるのでしょうかね？ 絶対0度で液体のものも周辺圧を上げると固体になるんでしょうかね?
- apple-man
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＞熱と関係ない振動 とは具体的に申されますとどんな具合の振動でしょうか? 零点振動と呼ばれる振動が残ります。 理系の大学で勉強する「量子力学」と いう物理学に出てくる、「不確定性原理」 というのが分からないと、イメージがつかめ ないと思いますが。 原子レベルの話で、しかもその影響が 出てくるのは極低温ですから、 日常的にこれを感じる機会がないので 感覚的にも分かりにくい話なんですが。 原子の位置と運動量がゼロになる ことはないというものなんです。 一定の非常に小さな値の範囲で 常に変化していてゼロにはならないと いうことは、常に原子の位置が 変動しているということで、 つまりは「振動」していると いうことなんです。 ＞1度下がるごとに約１/273体積が減っていくとあります。 マイナス273度付近では体積はあるんでしょうか? まして、絶対0度では？いかようになるかというとそうなるということなのですね。 体積というのは、原子間、分子間に働く力によって決まってきます。 高校の化学あたりを学ばれるとよく分かると思うのですが、 原子間、分子間に働く力にはいろいろあるんです。 水で言うと、温度が下がって氷になったとき、 膨張（単位体積あたりの重さは変わらず、体積が増える）するので、比重が小さくなります。 だから氷は水に浮くんです。 これは、水の間には、水の分子に入っている 水素原子間に「水素結合」という力が 働いているためで、それで水のほうが単位 重さあたりの体積が小さくなります。 氷１ｇより、水１ｇのほうが体積小さいんです。 温度が下がって、氷になったときのほうが 体積が増えているんです。 ＞約１/273体積が減っていくとあります それは温度、つまり原子の振動が原子間隔を 決める主な要因となっている条件のときだけの 話です。原子間隔を決める力には、先に述べた ようにいろいろあるので、全ての物質、全ての 温度で、１/273という法則が成り立つわけでは ないということです。 ＞ヘリウムは、マイナス 273．16℃つまり絶対零度でも超流動 ＞ヘリウムは固体にならないんですね。凝固点は無しなのですか? 超流動を説明しようとして、誤解を招くような説明になった かもしれません。高い圧力をかけてやればどんな物質も 固体になります。しかも金属です。 ＞凝固点は無しなのですか? 通常の大気圧では絶対零度にしても固体になりません。 物質の３態は分かるでしょうか。非常に高い 圧力をかけた状態で固体になるんです。 周期表を見て頂くと分かりますが、「ウム」という語尾が ついている元素は、ヘリウム以外全て金属（アルミニウム、 フェリウム＜鉄＞、マグネシウム・・・）つまり通常 固体です。 ヘリウムは最初、太陽の光の分析（スペクトル分析）で 見つかり、それまで地上で見つかっていたどの元素とも 違う光の波長だったので、太陽にだけ存在する 元素だと考えられたんです。 太陽内部の高圧なら、通常は金属の固体 だろうということで、金属の元素名につける 「ウム」という語尾をつけたんです。 ＞＞ヘリウムは固体にならないんですね。 ご質問の内容が、（１／２７３もそうですが）全て 熱振動に関わる力の関係だけの話をされて いるので、それ以外の要因がいろいろあるため、 熱エネルギーがゼロ（絶対零度）でも 液体のものもあるということで、ヘリウムの例を 出しました。
お礼
御回答ありがとうございます。 ＞「量子力学」という物理学に出てくる、「不確定性原理」というのが分からないと、イメージがつかめ ないと思います ＞影響が出てくるのは極低温 ＞日常的にこれを感じる機会がないので感覚的にも分かりにくい話 大学にならないと教わらない事柄で、難しそうですね。 素人なりにも解るといいのですけど。 ＞原子の位置と運動量がゼロになることはないというもの ＞一定の非常に小さな値の範囲で常に変化していてゼロにはならないということは、常に原子の位置が変動しているということで、つまりは「振動」しているということなんです。 そこの何らかの存在があるということ自体が振動で、振動があることが存在に他ならないということかな? ＞原子間、分子間に働く力にはいろいろある 4つの力というものですか? ＞温度、つまり原子の振動が原子間隔を決める主な要因となっている条件のときだけの 話 原子振動のよる原子間隔の変化というのが温度なんですね。 ＞原子間隔を決める力には、先に述べたようにいろいろあるので、全ての物質、全ての 温度で、１/273という法則が成り立つわけではない 温度が下がっても体積は同じ変化量では減らないんですね。 ＞非常に高い圧力をかけた状態で固体になる 圧力を掛けると個体になる。 圧力を下げると液体、気体にはなるのでしょうか？ ＞ウム の金属のお話初めて聞きました。 ＞熱エネルギーがゼロ（絶対零度）でも液体のものもあるということで、ヘリウムの例を出しました。 なんというか、物質の熱エネルギーは、物質の状態におけるエネルギーの貯め方のやり方の一つになるんですね。
- apple-man
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＞分子運動は停止してしまうのですか？ 熱振動と呼ばれる振動は止まります。 物質の温度というのはこの熱振動の 現れです。 しかし、零点振動と呼ばれる、熱と 関係ない振動が残ります。 ＞質量は残りますか? 残ります。 ＞物質その物の移動はできるのですか? 凍ってしまって動けないと思われているのかも しれませんが、液体などは分子の熱的運動が 激しい状態で、その熱的運動がなくなって氷の ような固体の状態にあっても、 先に言った零点振動と呼ばれる振動が残り ますから、原子レベルでは動き続けて いますし、それが物質全体の動きとして 見える場合もあります。 通常は気体のヘリウムは、マイナス 273．16℃ つまり絶対零度でも超流動状態という液体である ことが知られています。 以下の映像です。英語ではスーパーフルイド といいます。 http://www.youtube.com/watch?v=2Z6UJbwxBZI&translated=1 ＞重力は作用するのですか? 電磁力は作用するのですか? 両方とも作用します。 超電導物質と呼ばれるニオブ、チタンといった 金属では電気抵抗がゼロになるので、それを 利用で強力な磁石が作れます。 これを利用して浮上するのがマグレブという乗り物です。 日本ではリニアモーターカーという名前が有名かもしれませんが。 リニアモーターカーにも重力は働きます。
お礼
ありがとうございます。 ＞熱振動と呼ばれる振動は止ま るんですね。 ＞熱と関係ない振動 とは具体的に申されますとどんな具合の振動でしょうか? ＞＞質量は ＞残 んですね。 0度から例えると、1度下がるごとに約１/273体積が減っていくとあります。 マイナス273度付近では体積はあるんでしょうか? まして、絶対0度では？いかようになるかというとそうなるということなのですね。 ＞氷のような固体の状態にあっても、 ＞それが物質全体の動きとして見える場合もあります。 分子の運動は止まってもそのもの塊自体の移動はできるんですね。 ＞ヘリウムは、マイナス 273．16℃つまり絶対零度でも超流動 ヘリウムは固体にならないんですね。凝固点は無しなのですか?
- Ichitsubo
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分子の熱運動が完全停止すると考えられる温度こそが絶対零度であり、 その絶対零度が何度であるかを考察すると-273.16℃ということです。 しかし、有限回数の操作では、絶対零度より低い温度はおろか、絶対零度そのものに到達させること自体不可能です。 無限回数の操作はそれ自体が不可能ですね。
お礼
ありがとうございます。 ＞絶対零度そのものに到達させること自体不可能 不可能である訳はどうしてだと思われますか?
- ponman
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絶対零度より低い温度にはなれません。
お礼
ありがとうございます。 それは何故でしょうか? ご存知でしょうか?
お礼
ありがとうございます。 温度による振動との違いはどんな所なのでしょうか?