• ベストアンサー
  • 暇なときにでも

絶対温度より低い温度がないのは何故ですか?

 まず温度とは、分子・原子が震動しているのが原因で発生するものですね。いやそのものですよね。分子・原子の震動が全くなくなったときが絶対温度と理解しています。 (1)温度を測るとはどういうことですか? ・空気の温度を水銀計で測る場合は、空気の分子が水銀計にぶつかり震動させていると考えてよいのでしょうか? ・その場合、空気分子の震動プラス運動エネルギーが加わっているのでしょうか? (2)真空に温度はありますか? ・真空とは空間の中に分子・原子も何もない状態です。この場合、温度というものはありますか? ・あるとしたら何の温度でしょう。空間の温度ですか?温度は、絶対温度なのでしょうか? (3)光子の温度は何度ですか? ・光子は波であり、物質であると聞いています。すると温度を持っているはずです。 ・光子は光速ですから、すごい運動エネルギーを持っていると思います。とすると超高温になると思うのですが実際にはそうなってないようにおもえます。なぜ高温にならないのでしょう? (4)絶対温度より低い温度がないのは何故ですか? ・高温は何億度でも許されます。でも低温はマイナス273度までというのが不可思議です。 ・動きを失った分子・原子をもっと冷すことはできないのですか? ・たとえばある空間の一定密度の分子・原子があったとします。その空間を広げてあげれば、温度は下がるのではないでしょうか? (5)温度と重力の関係はありますか? ・いま鉄の塊があり、その温度が二十度だったとします。 ・次に地球がぐんぐん大きくなって、強烈な重力を持つようになったとします。このとき鉄の塊の温度は変化しますか? ・重力は引っ張る力なので、鉄の原子に何らかの影響を及ぼしていると思うのですが。原子の振動が活発化されるようなことはありませんか?  以上です。よろしくおねがいします。

共感・応援の気持ちを伝えよう!

  • 回答数20
  • 閲覧数1124
  • ありがとう数10

質問者が選んだベストアンサー

  • ベストアンサー
  • 回答No.18

#17です。 質問者さんは、定性的(言葉の上)では理解されているようですが定量的(数学の論理で記述して、一意的に厳密解を求めること)な理解には、あまりなれていらしゃらないようですね。 物理学は、一意的で厳密解を求めそれを宇宙(地球上も含む)において観測して、厳密解が正しいか?間違っているか?を確定させる。厳密解が間違っている場合は、もう一度観測にあった解を理論的に導き出す(新しい理論を見つける)ということを、何度も繰り返してより正確で簡潔な法則を発見していきます。 前置きは、このくらいにして、「補足」の答えですが、全部を答えるには疲れるので(数学を使って解答できないから)、一部は、はしょって(省略して)説明します。 >「光速度一定の原理」というのはよく耳にしますが、理解できないものの一つです。 原理は、理由はわからないがそれを正しいと考えると観測結果と一致する法則の事です。(ア・プリオリ=先天的なという意、といいます)それ故に「光速度一定の原理」は間違っているという人が、未だにいますが「光速度一定の原理」を認められない人が大部分です。その人に「光速度一定の原理を使わないで観測結果にあう理論を考えろ!」というと、必ず間違った理論を考えてきます。 >光が進むためには「媒体」の中を進むわけですから (「 」は私が勝手に入れたものです) 真空には「媒体」はありません。光は、真空中を光速度で進みます。ただ、それだけです。 >重力により空間が歪むとすると、非常に強い重力により空間がねじれにねじれ、針金を一周曲げたような形になることがありそうです。そうするとワープするかのごとく早く進むことになりませんか? この答えは、一般性相対性理論を厳密に解くと現時点ではそのような解は発見されていません。(「ワープするかのごとく早く進む」厳密解をさがしている方は、たくさんいます。私見ですが、一般性相対性理論からはその解は発見出来ないでしょう。(一般性相対性理論を含む新しい理論が発見できたら「ワープするかのごとく早く進む」厳密解を導きだす事は可能です) >重力波が伝わる速度は、光速よりも速くはないですか 答え:重力波が伝わる速度は、光速です。 >ビックバンで生まれた2つの物質が光の速度で正反対方向に進んで行って150億年経ったら、両者の距離は300億光年になりませんか。 仮定そのものにも、無理があります。(それは、一部置いておくとして)宇宙には中心はありません=宇宙論の原理(といいます)故に、300億光年離れたところに2つの物質があるとしても、宇宙が誕生して150億年ですから300億光年離れたところの2つの物質同士を観測することは出来ません。(当たり前ですが、300億年たてば300億光年離れたところに2つの物質を観測出来ます) >この宇宙船が重力の大きな空間を旅行すると、さらに時計の進み具合は遅くなるのですか? 答え:一般性相対性理論は、重力のないところでは特殊相対性理論と同じ結果を導きます。(一般性相対性理論は、特殊相対性理論を含みます)だから、重力の大きな空間を旅行しても、さらに時計の進み具合は遅くなりません。 >ビックバンのとき真っ先に飛び出した粒子からみると進行方向を見ると真っ暗で、後ろは星が見えるという・・・ 答え:宇宙の膨張は、四次元時空間が広がっていき、粒子は四次元時空間内に存在します。だから、粒子だけが存在することはありません。進行方向を見ると真っ暗かどうかは、物理学ではわかりません。(「真っ暗」というと進行方向に別の空間が存在しているのを前提しているとも聞きとれます) >ビックバンの前には何もなかったと。それともビックバンの定義に由来するものですか?  初期状態で何かあったんじゃないですか?ビックバンの卵もなかったのですか?”ゆらぎ”といわれるものもなかったのですか?時間も空間もないわけですから、「物理学的に存在」を証明できないんじゃないでしょうか? 答えは、ビックバン宇宙論は完成された理論ではありません。宇宙誕生の10^(-33)秒後(10のマイナス33乗秒のこと)は解明されていますが、それより前、特にビックバン宇宙誕生時はビックバン宇宙論では説明できません(特異点といいます) そのため、ホーキングの虚時間理論とか、マルチユニーバース理論(佐藤勝彦博士が提唱)とかがあります。(どれが正しいのかは、わかっていません) >初期状態で何かあったんじゃないですか?ビックバンの卵もなかったのですか?”ゆらぎ”といわれるものもなかったのですか 答え:あるという理論もあります(証明されていないだけです) >ビック・バンの前に小ビック・バンがあった可能性はないですか?小さな宇宙がいくつか誕生していたが、ビック・バンにより吹き飛ばされてしまって、今見るような宇宙になったといような。  あるいは宇宙が膨張と収縮を繰り返しているとすると、前の宇宙の残滓があったかもしれませんね。全てが一点に収縮しきる前にビックバンが始まってしまったら……。 答え:可能性はあります。(理論上は否定できません) ただ、現時点での観測結果からは否定的なデータがあります。 >無から有が生まれるという考えより、カオスから有が生まれるという考えのほうがわかりやすいもので……。 答え:物理学者もそう考えています。無とかカオスの代わりに「真空」を色々と定義して新しい理論を考えています。(真空のほうが、無とかカオスよりも物理学者はわかりやすいため) この辺でやめておきます。(きりがないもので・・・) また、疑問や機会があれば新しい「質問」として投稿してください。

共感・感謝の気持ちを伝えよう!

質問者からの補足

長い解答ありがとうございます。 >定性的では理解されているようですが定量的な理解には、あまりなれていらしゃらないようですね。  そうなんです。文系の頭なので、感覚的、視覚的にはどうなんだろかなどと考えてしまいます。  宇宙物理学は日常の感覚と違いすぎるので、とまどってしまいます。時間が遅れたり、空間が歪んだり、何もないところから粒子が飛び出したりしますから。専門家の方は、数式だけで納得できるようですね。きっと数式の美しさのせいです。 それにしても「光速度一定の原理」は証明されたものではなく、観測結果だというのは面白いですね。証明できればノーベル賞ものですね。アインシュタインもできなかったわけですから。(証明しようとしたのかな?) >光は、真空中を光速度で進みます。ただ、それだけです。  これも面白いです。媒体なしで進む!重力波もきっとそうですね。でも、発見されてない何かがあると思えてなりません。(媒体ではないけれど、媒体としてふるまい観測されないもの。勘です) >「真空」を色々と定義して新しい理論を考えています。  21世紀の宇宙物理学のテーマの一つは「真空」ですか。真空から真空を取り除けば何がのこるか?真空を真空たらしめているものは何か?真空は何次元か?など、いろいろと考えられそうですね。   >疑問や機会があれば新しい「質問」として投稿してください  そうします。光や重力にかんしてすこし勉強してみます。いろいろありがとうございました。

その他の回答 (19)

  • 回答No.20

epkapkeさん、こんにちは。光子は確かに少し特殊です。それは光子の質量が0だからではなく、光子は場を量子化することによってできるものだからです。一般にボゾンは古典的には場に、フェルミオンは古典的には粒子になることが知られています。一般に一個の粒子の温度など考えることはできません。温度は非常に多数の粒子がある時の平均的なエネルギーを反映したものだからです。ところが光子は少数個でも温度を考えることができます。光子は少数個でも場の自由度は無限個あるからです。輻射場(真空を含む)の温度とスペクトル密度の関係は有名なプランクの公式で与えられます。これは統計力学の本を見ればどの本にでも書いてあることです。逆に温度のローレンツ変換のことが書いてある本は極めて少ないが、メラーの「相対性理論」には書いてあります。これを使えば温度が重力場の下でどの様に変化するかが計算できるのではないでしょうか。

共感・感謝の気持ちを伝えよう!

質問者からのお礼

ありがとうございます。 光子について少し調べてみます。

  • 回答No.19
noname#108554
noname#108554

NO.18さんがおっしゃるように質問しなおして もらったほうがいいかもしれませんね。 それは、ともかく。参考URLは、プロの物理学者だそうで いろいろと一般に誤解されていそうな状況・現象が かなり分かりやすくかかれています。 たぶん、質問者さんの関心の範囲にがっちり入っているのでは、と。

参考URL:
http://homepage3.nifty.com/iromono/hardsf/warp.html

共感・感謝の気持ちを伝えよう!

質問者からのお礼

ありがとうございます。 URLとても判りやすいですね。 これを参考に、また別トピックにて質問したいと思います。

  • 回答No.17

今までの回答の補足です。 >(1)温度を測るとはどういうことですか? 温度の定義は「物理的には熱平衡を特徴づけ、熱の移動する傾向を表す量。微視的には、系を構成する粒子のもつエネルギーの分布を決め、その平均値の目安となる量。」(三省堂の国語辞典から抜粋)ですから、空気の温度を測定する事は、空気の成分を構成している粒子(窒素、酸素etc)のもつエネルギーの分布と、その平均値が熱的に平衡になった時の物理的に定義した量で表す事 (よけいに解らなくなったでしょうか?厳密にいうと上記のような文章になってしまいます) 簡単にいうと、空気のエネルギー分布と温度計を構成している物質のエネルギー分布が平衡したときの温度計の目盛の値が「温度」です。 >(2)真空に温度はありますか? 真空には温度の定義がありませんので、「ありません」 >(3)光子の温度は何度ですか? 光子には温度の定義がありませんので、何度という答えは出来ません。(光子は素粒子の一種なので、厳密にいうと物質ではありません) >(4)絶対温度より低い温度がないのは何故ですか? これは他の回答者さんの答どおり、原子・分子の振動が止まるので絶対温度零度以下はありません。 (厳密には#9さん回答どおり、「絶対零度になっても、零点振動という原子の振動が残ります」が、考えないほうが理解しやすいでしょう) >(5)温度と重力の関係はありますか? 原則として、ありません。(地球が強烈な重力を持つようになったとしても、鉄の塊の温度は変りません。「鉄の原子に何らかの影響を及ぼしていると思うのですが」の疑問には、鉄の塊全体に重力の影響が及ぼされるので、原子の振動が活発になることはありません) 余談ですが、重力があると何故時計が遅れるのか?という疑問の答は、この宇宙の三次元空間では、一般性相対性理論の結果より「重力があると、三次元空間は歪むため光は測地線上(三次元空間の曲がった線上)を進みますので、重力のない直線上(重力のない測地線上)よりも、長い距離を進みます。そのため、光が直線上を進むときよりも時間がかかります。よって、光速度一定の原理により時計が遅れます」 また、#16の補足にある >さらに疑問が。 このどこまでも広がれる宇宙というのは、何で構成されているのか? 真空というのは広さ(空間)が無限なのか? 空間に限界があるのか? 大きな真空という風船があって、この中に小さな宇宙という風船が広がっているのか。 つまり広がっている宇宙の外にも空間があるのか? それとも広がる風船だけしか存在しないのか という疑問の答は、今ある「宇宙=真空=空間」と考えたほうがほぼ正しいでしょう。宇宙の外には何もありません、というより宇宙の外のことを、考えても「物理学的に存在」を証明できません。 >真空というのは広さ(空間)が無限なのか? 今の宇宙(空間)は、無限なのかどうかは、現時点の物理学ではわかりません。(無限と有限と両方の観測結果があり、どちらが正しいかの決着はついていません)しかし、「事象の地平線」というのがあって、現在約150億光年より遠くは観測できません。(なぜなら、今の宇宙が誕生してから約150億年ですから、それ以上の先の光は地球に届かないからです) 宇宙が誕生する前には、時間も空間もありませんので何年待っても、「事象の地平線」の先は観測できません。

共感・感謝の気持ちを伝えよう!

質問者からの補足

ありがとうございます。 とても判りやすい説明です。感謝です。 ところで余談の部分、 >重力があると、三次元空間は歪むため光は測地線上を進みますので、重力のない直線上よりも、長い距離を進みます。そのため、光が直線上を進むときよりも時間がかかります。よって、光速度一定の原理により時計が遅れます。 この部分は少しひっかかりました。 「 光速度一定の原理」というのはよく耳にしますが、理解できないものの一つです。  速度というものは相対的なものなので、はたして絶対速度というのがありえるのかどうか?  光が進むためには媒体の中を進むわけですから、媒体によって速度は変わるだろうと思われます。真空の中でも水の中でも光速度は不変なのでしょうか?  重力により空間が歪むとすると、非常に強い重力により空間がねじれにねじれ、針金を一周曲げたような形になることがありそうです。そうするとワープするかのごとく早く進むことになりませんか?  ブラックホールとブラックホールが内部でつながっていた場合、ブラックホールに吸い込まれた光の速度が速まることはないですか?やはりワープするように。  光速で進んでいる人の前後左右に同時に電燈が点ったとします。どの方向の光も同時に見えるわけですか?後ろの 電燈が遅れて点くようには見えませんか。  重力波が伝わる速度は、光速よりも速くはないですか?全ての星の間で重力が相互作用してあると仮定したら、最高で300億光年の星間で作用していることになりませんか?ビックバンで生まれた2つの物質が光の速度で正反対方向に進んで行って150億年経ったら、両者の距離は300億光年になりませんか。   >重力があると何故時計が遅れるのか  たしか光速の乗り物で宇宙旅行に行って、帰ってきたら地球上では長い歳月が過ぎていたという話があります。つまり宇宙船の中では、時計が遅れているわけです。  この宇宙船が重力の大きな空間を旅行すると、さらに時計の進み具合は遅くなるのですか? 最後にもう1つ。 >宇宙の外のことを、考えても「物理学的に存在」を証明できません。  たとえばビックバンのとき真っ先に飛び出した粒子からみると進行方向を見ると真っ暗で、後ろは星が見えるという世界だと思います。  この前方の真っ暗な部分は「物理学的に存在」を証明できないものなのですか?粒子が通過することによってしか存在を確かめられないものなのですか? >宇宙が誕生する前には、時間も空間もありません  これは証明されていることですか?ビックバンの前には何もなかったと。それともビックバンの定義に由来するものですか?  初期状態で何かあったんじゃないですか?ビックバンの卵もなかったのですか?”ゆらぎ”といわれるものもなかったのですか?時間も空間もないわけですから、「物理学的に存在」を証明できないんじゃないでしょうか?  過去のことだから「存在したと証明できる」わけですか?因果関係の法則により。  ビック・バンの前に小ビック・バンがあった可能性はないですか?小さな宇宙がいくつか誕生していたが、ビック・バンにより吹き飛ばされてしまって、今見るような宇宙になったといような。  あるいは宇宙が膨張と収縮を繰り返しているとすると、前の宇宙の残滓があったかもしれませんね。全てが一点に収縮しきる前にビックバンが始まってしまったら……。  文系的な発想で、もうしわけないです。  無から有が生まれるという考えより、カオスから有が生まれるという考えのほうがわかりやすいもので……。  もっともカオスがあったとすると、その前に何があったのかということが問題になり、きりがなくなりますね。それで「時間もなかった」とすればオチがつくわけですね。

  • 回答No.16
noname#108554
noname#108554

>ブラックホールが生成される過程には高温になるはずですよね。 >ブラックホールの中も低温ですか? もちろん生成途中では重力エネルギーの開放により 数百万度にもなります。そのおかげでX線を発して 天文学者の目にとまるわけなので。ただし、 生成が終わり、周りに物質が無くなれば >案外氷の国のように静まった世界 になり、放射はなくなります・・・と思われていたのですが その常識を覆したのがHawkingだったというわけです。 >小さいブラックホールは大きいブラックホールの >周りを公転したり、吸収合併されたりするのですか? >吸収合併されるとき、両者は反発しあって >エネルギーがだいぶ浪費されるのですか?それとも、 >あっさり吸収されて大きなブラックホールに成長するのですか? そりゃあ難しすぎます。 分野的には数値相対論というここ最近20年ぐらい(?)の間に 誕生した分野です。参考文献としては、 数理科学1998年8月号「重力の魅力」 数理科学1999年4月号「現代物理学の展望と未来」の 「重力波検出実験と数値相対論」 を挙げておきます。 ただし、物理系の大学院生向けです。 >もしそうなら、やがて宇宙は一つの >ビッグ・ブラックホールになりそうですね。 単一の「ビッグ・ブラックホール」の生成と HawkingRadiation、または宇宙膨張のどれが勝ちますかね? 宇宙膨張により物質は衝突しにくくなりますから。 宇宙の最後については、 http://www.amazon.co.jp/exec/obidos/ASIN/4794206712/ref=sr_aps_b_/249-2015641-1416326 をどうぞ。

参考URL:
http://www.amazon.co.jp/exec/obidos/ASIN/4794206712/ref=sr_aps_b_/249-2015641-1416326

共感・感謝の気持ちを伝えよう!

質問者からの補足

ありがとうございます。 文献チェックしてみます。 >そりゃあ難しすぎます。 >分野的には数値相対論というここ最近20年ぐらい(?)の間に誕生した分野です。 質問が難しすぎましたか。(ポリポリ) そんなこともわかりませんでした。 ブラックホールは、重力という単純なパラメータで計算できると思ったので、その振る舞いは簡単なのかなと想像したのでした。 星を構成していた分子や原子の種類によって属性が違うブラックホールになるのでしょうか。 それとも潰れるときの初期値によって、変わってくるのでしょうか。動いたり、渦を巻いたり、いろいろしそうです。 考えてみるとブラック・ホールは不思議ですね。 時間を早めて眺めれば、星がみるみる潰れてなくなってしまうんですから。 見た目にはなくなるけれども、重力は残っているらしい。 ブラックホールの生成前後で重力は減っているのか、増えているのか。 潰れるのにエネルギを使うので、重力は減る気がします。 かなりの輻射熱を放出するでしょう。 すると元の星の周りを回っていた惑星の住民は、さぞ驚くことでしょう。 公転の軌道が違ってしまいますし、なにせ太陽が無くなるんですから。 地球が太陽の大きさになれば、きっと自らの重力により核融合を起すのでしょうね。 そしてもっと大きくなるとブラックホールになる。 もしかしたら核融合とブラックホールは関係がありますか? 星は大きくなり、重くなるとすべて核融合してしまうものなのですか? ところで宇宙が生まれて間もないことは、宇宙は狭かったわけです。 するとブラックホールが生まれる確率は高かったのではないですか? 星同士がぶつかったりする機会が多かったからでしょうから。 そう考えると想像以上にブラックホールが潜んでいるのかもしれませんね。 宇宙は泡が集まったような姿をしているとNHKの番組でやってましたが、案外何もないところはブラックホールかもしれませんね。 さらに疑問が。 このどこまでも広がれる宇宙というのは、何で構成されているのか? 真空というのは広さ(空間)が無限なのか? 空間に限界があるのか? 大きな真空という風船があって、この中に小さな宇宙という風船が広がっているのか。 つまり広がっている宇宙の外にも空間があるのか? それとも広がる風船だけしか存在しないのか? こういう神秘的な疑問に答えが出せる宇宙物理学というのは、やりがいのある学問ですね。 ひとりごとでした。

  • 回答No.15
noname#108554
noname#108554

横やりです。 >ブラックホールから飛び出すのだから >すさまじいエネルギーを持っているものを >想像していました。ブラックホールが蒸発するのにも >時間がかかりそうですね。 ブルーバックス「天文学小事典」p.403には、 「ブラックホールの蒸発」というズバリの節があります。 それによると、 太陽質量程度のブラックホールで、およそ10^-7Kという 極低温です。 そして、温度は質量に反比例するので、 質量が大きいほど低温になります。 蒸発までの時間は、太陽質量程度で 10^76秒程度の時間がかかります。 ちなみに宇宙年齢は10^18秒程度です。 >重力により粒子が崩壊して、反粒子が放射される >のはある程度理解できますが、それにより >ブラックホールが蒸発する理屈がわかりません。 一応の理屈が上に挙げた本にあります。 >ところで3Kの放射といいましても、大きさによって >エネルギー(?)は違うのではないですか?同じ輻射で >も面積の小さいものと大きなものとでも意味合いが違う >気がするのですが。 ブラックホールの場合、大きさ、表面積(?)、温度といったパラメータは 質量という情報ですべて表現できます。(やや誇張あり) 恒星なら単位面積あたりの輻射とか全輻射エネルギーは ぜんぜん違う量になりますが。 >重力、速度、時間といったものはそれだけで単独で >取り出せるものではないですね。属性のような >ものですね。では、空間は単独で取り出せますか? >時間のない空間といったものが存在するのでしょうか? 数学的にはいくらでも可能です。 一般相対論的にもMinkowski-likeなmetricではなく Euclid-like metricを用いて理論を作ったっていいはずなんですがねぇ? なぜか自然はそういう体系を採用しなかったようですな。

共感・感謝の気持ちを伝えよう!

質問者からの補足

ご親切な解説、ありがとうございます。 >太陽質量程度のブラックホールで、およそ10^-7Kという 極低温です。 えっ、背景輻射より低いのですか? ブラックホールが生成される過程には高温になるはずですよね。 ブラックホールの中も低温ですか? 嵐のような世界だと思っていましたが、案外氷の国のように静まった世界なのですね。 周囲の星間物質を吸収するイメージが強すぎたようです。さすがにそのときには、摩擦熱がすごいのでしょうが。 ブラックホールのパラメータは質量の情報が重要となるそうですね。 小さいブラックホールは大きいブラックホールの周りを公転したり、吸収合併されたりするのですか? 吸収合併されるとき、両者は反発しあってエネルギーがだいぶ浪費されるのですか?それとも、あっさり吸収されて大きなブラックホールに成長するのですか? もしそうなら、やがて宇宙は一つのビッグ・ブラックホールになりそうですね。 物質が自分の重力に耐え切れなくなったときにブラックホールになるわけですが、ブラックホールが自分の重量に耐え切れなくなることありますか? ブラックホールのエネルギー蓄積量は無限なのですか?

  • 回答No.14

>でも実験できるのではないですか?重力のない場は造りだせるのですから。重力のある場との振る舞いを調べればいいのですね。 実験方法を工夫すれば何かできるかもしれません。 ただ今、実行可能な条件の範囲だと、非常に難しいと 思います、  というのは人間が自由に利用できる重力の 強さの差というのは、せいぜい地球とその 周囲の無重力空間で、この差を人間は大きく感じ ますが、重力の差としては小さいのです。  相対性理論の予言する重力の効果で、 無重力の宇宙空間より、地表のほうが時間の 進み方が遅いですが、その差は原子時計で 測ってやっと分かる程度です。  重力の差が温度に影響するか確認するのは 無理とは言いませんがかなり難しいでしょう。 トライする価値はあると思いますが、その前に どうゆうことが起きるのか、理論的に予測 する必要があります。でないと実験精度を どにくらいでやったらいいか分かりません。 >理屈は省略されているのでわかりません。仮想光子対の破壊とは、反物質のようなものでしょうか? >反物質のようなものでしょうか????・・・  反物質という言葉が出るのはどこまで ご存知なんでしょうか?・・・  ご質問の内容からして、量子力学を知らない 高校1,2年生ぐらいの方かと想像していましたので、 仮想光子は説明不足かと思っておりましたが、 反物質とくるなら・・・・  とりあえず高校の物理の概略は知ってらしゃると 勝手に解釈して説明します。専門的過ぎましたら またご質問下さい。  クーロンの法則によると、同じ電荷を持った 電子と電子の間には反発力が働くとされています。 この反発力を伝えているのが光子です。 電子が光子というボールをキャッチボールして いるというイメージが近いでしょう。  ボールを投げた側は、投げた方向と反対側に 力を感じますし、受けたほうはボールの運動 方向に力を感じます。つまりボールを通じて 互いに後ろ側に反発力を感じるようになります。  ここで言う光子は、それだけを単独で取り出す ことが普通できませんが、理論的にも実験結果 からもそこに光子があることは間違いありません。  そこで実態を直接観測できる光子と違うと いう意味をこめて、このような光子を仮想 光子と言います。  量子力学的な考えに基くと、何もない空間にも この光子をはじめ複数が粒子が存在していますが、 通常は反対の電荷、運動量を持った粒子(つまり反粒子) 同士が対になっているため、全体としては何もないよう になっていますが、クーロン力を伝えるような場合に 一瞬だけ実体化する、といったイメージなのです。  この考えを理解するためには、量子力学の 不確定性原理というものを知る必要があります。 この原理の要点だけ言うと、非常に短い時間の 間なら、エネルギーが現れて存在できるというもので、 この一瞬現れるエネルギーというのが、クーロン力の 場合、光子なのです。  空間には粒子と、それとは物理的性質の全く 反対の粒子(反粒子)が対になって存在して いると考えられ、その対が、ブラックホールに 近づいたとき破壊される場合があるとホーキング 博士は予言したわけです。  破壊された粒子対の一方が強力な重力で、 吸い込まれると、その反作用でもう一方の 粒子が弾き飛ばされるため、この弾き飛ばされた ほうだけがブラックホールの重力から逃れることが できるというわけです。  このような粒子の放出をホーキング放射と 言います。分かりやすそうなページが見つかりません でしたがとりあえず参考URLを上げておきます。  なお粒子が集まった固まりが物質ですから、 物理的性質が違うだけの反粒子が集まれば やはり形のある物質になるだろうということで、 そのような物質を仮定して反物質という言葉を 使う人がいますが、反粒子単体での存在量が 非常に少ないようで、反物質と呼べるような 固まりが確認されたと報告はないようです。 >でもこれが本当だとすればブラックホールの観察は優しくなりますね。  それが今のところ、理論的に予想されるこの ホーキング放射の温度は、宇宙の背景放射2.7K より低いらしいんです。検出は難しいとされて います。 >あ、ここで疑問が。重力を直接測ることってできるのでしょうか?  古いものだと、18世紀のイギリスのキャベンディシュ が行ったねじれ秤の実験というのがあります。 http://www.physics.hmc.edu/howto/FittingExercise.html  自由にねじれる棒の先に小さな鉛の球を2つ つけておき、近くに置いた大きな鉛の球との 間の引力を測定することで、重力定数を求める というもの。(高校の物理の教科書、参考書に よく載っています。)  同じ原理を応用し、宇宙空間でも測定を 行っているようです。 http://www.aip.org/physnews/graphics/html/newgrav.html  また1920(1918?)年に、アインシュタインが 重力は波であるという、いわゆる重力波の理論を 発表したことから、その観測がいろいろな方法で 試みられています。  恒星の爆発などで生まれた重力波が、地球に 到達すれば、一瞬物体が振動するだろう ということで、大きな鉄の塊の振動を長期間 測定していたこともあったようですが、他の 振動と区別がつかず、これは失敗に終わったようです。  現在日本でもレーザー光線を使った、干渉型 重量波検出器というもので観測が試みられています。 http://tamago.mtk.nao.ac.jp/tama/intro.html  

参考URL:
http://www2.yukawa.kyoto-u.ac.jp/~nagatani/BHBG/

共感・感謝の気持ちを伝えよう!

質問者からの補足

ご丁寧な回答、どうもありがとうございます。 非常に興味深く読まさせていただいております。 わたしは文系で、高校の時の物理の成績は悪かったです。(笑) >相対性理論の予言する重力の効果で、無重力の宇宙空間より、地表のほうが時間の進み方が遅いですが  時間の進み方が遅いというイメージがつかみにくいです。時間は相対的なもので、速く移動している系では時間の進みが遅くなるということですよね。逆に速く移動している系から静止している系を見ると止っているように見えるとか。  これと重力の関係がぴんと来ません。重力が大きいと空間が歪み、それでスピードが落ちるんでしょうか? >空間には粒子と、それとは物理的性質の全く反対の粒子(反粒子)が対になって存在していると考えられ、その対が、ブラックホールに近づいたとき破壊される  このとき破壊されるのは何でしょうか?単に粒子が崩壊するのではなさそうです。粒子が崩壊するときは輻射を放つて消滅するわけですよね。ホーキング放射の場合は反粒子の輻射も放出される。すると質量普遍の法則が崩れるのはないですか?物質もつエネルギー異常のものが放出されるわけですから。 (たぶん、とんちんかんな質問だとおもいますが……)  強烈な重力に吸い込まれた場合だけ、このようなことが起る理由はなんでしょうか? >ホーキング放射の温度は、宇宙の背景放射2.7Kより低いらしいんです。  それは意外ですね。ブラックホールから飛び出すのだからすさまじいエネルギーを持っているものを想像していました。ブラックホールが蒸発するのにも時間がかかりそうですね。  重力により粒子が崩壊して、反粒子が放射されるのはある程度理解できますが、それによりブラックホールが蒸発する理屈がわかりません。破壊するためにエネルギーを使ったということでしょうか?でも重力は仕事をして減るものではないですよね。  ところで3Kの放射といいましても、大きさによってエネルギー(?)は違うのではないですか?同じ輻射でも面積の小さいものと大きなものとでも意味合いが違う気がするのですが。小さな鍋にお湯が煮立っているのと、巨大な温泉が沸き立っているのとではエネルギーの大きさが違いますよね。そもそも輻射に面積の概念はないように思われますが。広い面積に現われれば相乗効果で何かが起るのかなとか、観測しやすいのかなと、そんなことを考えました。  話は少し変わりますが、重力、速度、時間といったものはそれだけで単独で取り出せるものではないですね。属性のようなものですね。では、空間は単独で取り出せますか?時間のない空間といったものが存在するのでしょうか?

  • 回答No.13

epkakpeさん、こんにちは。私は最初真空というものはそんなに簡単なものではないということを示すために、Weinberg-Salam理論の真空の自発的対称性の破れとかQCDのθ-vacuaのことを書こうかと思っていましたがやめました。もっと基本的で重要なことがあると思うからです。しかしそのためには固体物理に触れないわけに行きませんが、私は固体物理は何も分かっていません。もし間違いがあったらご容赦下さい。  まず第一に温度は原子や分子の振動のエネルギーとは限りません。確かに固体の比熱などには格子振動が寄与しますが、この他に電子の温度とか、スピンの温度などもあります。ここで考えているのは光子や真空の温度との関係ですから固体の光学的性質ですが、光学的性質に主に寄与するのは電子ではないでしょうか。  絶対温度がTのとき、粒子がエネルギー準位Ejにある確率はexp(-Ej/kT)に比例します。何といってもこれが基本です。温度とはこのような確率を与えるものだと考えるのが良いでしょう。これの導き方は適当な統計力学の本を見て下さい。(粒子数が変わりうるときは化学ポテンシャルとやらが付いてきます)  輻射場は調和振動子の集まりになると書きましたが、何か(光子?)がバネにつながっていて振動しているとは想像しない方が良いでしょう。電磁ポテンシャルAは波動方程式  ∂^2A/∂t^2 = c^2∇^2A に従います。Aをフーリエ成分に分解してこの方程式に代入すると、各成分は形式的に調和振動子と同じ形の方程式を満たすというだけのことです。これに量子力学を適用すると、各振動数ごとのエネルギー準位は  E = (n + 1/2)hν と離散的な値をとるので、これを光子と解釈しています。光子がn個ある確率はexp(-Ej/kT)に比例しこれからプランクの公式が導かれます。光子がn個ある状態を|n>で表わすと、温度が低いほど下の方に集中してくることになります。真空は|0>であり、これは0とは異なります。光子の温度はこのようなもので光子が振動するとかいうものではないのです。しかし先にも書いた様に私は固体物理は何も分かっていませんから専門家に解説をお願いしたい所です。

共感・感謝の気持ちを伝えよう!

質問者からの補足

いやー、むずかしいです。(汗) >光子の温度はこのようなもので光子が振動するとかいうものではないのです。 この部分は分かりました。確率で表現されるものだということですね。 >絶対温度がTのとき、粒子がエネルギー準位Ejにある確率はexp(-Ej/kT)に比例します。  これを光子にあてはめると、量子力学の応用になり、確率の問題に帰着すると、このように理解しました。 >真空というものはそんなに簡単なものではない  きっとそうなんでしょうね。ビックバンは真空から始まったと考えていいんでしょうか?もしそうなら、「何かがあるもの」と考えたいですね。

  • 回答No.12

>(5)温度と重力の関係はありますか? ・いま鉄の塊があり、その温度が二十度だったとします。 ・次に地球がぐんぐん大きくなって、強烈な重力を持つようになったとします。このとき鉄の塊の温度は変化しますか? ・重力は引っ張る力なので、鉄の原子に何らかの影響を及ぼしていると思うのですが。原子の振動が活発化されるようなことはありませんか? 原子核や電子といった電荷を持つ粒子が 接近していると、電磁気的な力の影響の 方が重力より大きくなります。  磁石にクギが吸い付くのは、磁力による 引力のほうが、重力による引力より大きい からです。  しかしご質問のように、重力が原子の ようなミクロの世界にも影響しているはず ですが、それはよく分かっていません。  相対性理論によれば、重力は空間の 歪みとして表現されますが、原子間の 現象は、この歪の考えを必要としない 量子力学によって説明されてしまいます。  原子という世界を離れ、重力と温度の 関係ということでしたら、ブラックホールの 温度についての理論があります。  ブラックホールは、その強力な重力のため 光すら逃げ出せないと考えられていましたが、 強い重力という特殊な環境では、真空中に 存在する仮想光子対の破壊という現象が起き 電磁波(つまり輻射熱です)が放出されると 理論がイギリスのホーキング博士により 1970年代に提唱されました。  ストロミンジャーとヴ-ハー?と いう二人の学者が、超弦理論という理論を 研究中に同じ答えを導き出し、話題となりました。  ホーキングによれば、ブラックホールには 熱力学により説明可能ということで、 宇宙空間にそのエネルギーを熱の形で 放射するため、いずれはエネルギーを 使い果たし、蒸発してしまうというもの です。

共感・感謝の気持ちを伝えよう!

質問者からの補足

ありがとうございます。 >重力が原子のようなミクロの世界にも影響しているはずすが、それはよく分かっていません。  それは知りませんでした。でも実験できるのではないですか?重力のない場は造りだせるのですから。重力のある場との振る舞いを調べればいいのですね。 >強い重力という特殊な環境では、真空中に存在する仮想光子対の破壊という現象が起き電磁波(つまり輻射熱です)が放出される  理屈は省略されているのでわかりません。仮想光子対の破壊とは、反物質のようなものでしょうか?  でもこれが本当だとすればブラックホールの観察は優しくなりますね。星のないところから輻射が放出されていればそこにブラックホールがあるということです。わずかな輻射でも観測できる精妙なサーモグラフィーのようなものがないのですか?  あ、ここで疑問が。重力を直接測ることってできるのでしょうか?重力測定器は聞いたことがないですね。間接的に重さを調べればすむからですね。

  • 回答No.11

epkakpeさん、こんにちは。重力で温度がどうなるかという問題は面白いですね。真空のことを考えるときは輻射場だけの空間を真空とみなすのかどうかを決めておく必要があります。宇宙空間には原子や分子はありませんが、輻射は存在します。光子の温度は熱平衡状態では周囲の壁と同じ温度で、T^4に比例するエネルギー密度を持ちます(Stefan-Boltzmanの法則)。これが光子の温度です。輻射もない状態を真空と考えると、T→0の極限だし、0Kの壁と熱平衡状態になっているのだから、真空の温度は0Kと考えるべきでしょう。真空でも光子の場は存在します。量子電気力学によれば光子の場とは調和振動子の集まりです。Heisenbergの不確定性関係  ΔpΔx ~ h/(2π) を使うと、調和振動子のエネルギーについて  E=(1/2)((p^2/m) + mω^2 x^2)   ≧ √((1/m)p^2 mω^2x^2)   = ωpx ~ ωh/(2π) なので、0Kでも零点振動が存在し、これはカシミール効果で観測されます(mは光子の質量ではありません)。 UnrhとDavisによれば、真空中を加速度運動している観測者は零点振動とプランク輻射を観測します。等価原理によれば加速度運動と重力場は等価ですから、環境の重力を強くすれば、温度は上がることになると思います。

共感・感謝の気持ちを伝えよう!

質問者からの補足

あ、ありがとうございます。(汗) 式の意味はわかりませんが、調和振動子のエネルギーは、 0Kでも振動を持つということですね。 >真空中を加速度運動している観測者は零点振動とプランク輻射を観測します。  これは式によって導かれる結果ですね。(?) >等価原理によれば加速度運動と重力場は等価ですから、環境の重力を強くすれば、温度は上がることになると思います。  結論が出たようですね。輻射熱が発生すると。

  • 回答No.10
noname#21649
noname#21649

>鉄と地球だけの閉ざされた空間です。 よって.鉄の周りには大気が存在する。 気体は圧縮されると温度が上がる。 重力が増加すると大気は圧縮される。 大気と鉄は接している。 大気の温度上昇が鉄に伝わり.鉄の温度が上がる。 このほうがわかりやすいでしょう。

共感・感謝の気持ちを伝えよう!

質問者からのお礼

ありがとうござます。 とてもわかりやすい説明です。 間接的な影響で温度が上昇するわけですね。

関連するQ&A

  • 絶対温度とエネルギーについて

    温度とは、分子の運動エネルギーの大きさを表すものだと聞きました。絶対温度がx倍になれば、運動エネルギーもx倍になっているのでしょうか?摂氏273.15度(絶対温度546.30K)の時の分子の運動エネルギーは、摂氏0度(絶対温度約273.15K)の時の2倍ですか?摂氏27041.85度(絶対温度約27315K)の時の分子の運動エネルギーは、摂氏0度(絶対温度約273.15K)の時の100倍ですか?

  • 気体一分子の温度って測れるの?

    例えば無重力で真空の宇宙空間に気体の分子が 一つ浮いているとします。この分子に温度は あるのでしょうか? あるとすれば温度の高い低い は何で決まるのでしょうか? 宜しくお願い致します。

  • ポアソンの関係式を使って絶対温度変化を求めたいのですが・・。

    熱力学についてお聞きしたいのですが、 大気の温度分布、密度分布を求める問題です。 重力の下での力のつりあいと気体の状態方程式を用いると 高度Zにおける圧力P(z)は P(z)=Po×exp((-Mg/R)∫1/T(z)dz) で与えられています。Poは地表の圧力、Mは空気の1モルの平均分子量 gは重力加速度、Rは気体定数です。積分区間は[0~Z]までです。 ここからが問題なのですが、 空気が上昇すると断熱膨張をして気体の温度が下がる。 断熱過程におけるポアソンの関係式と上式の圧力の関係式を 用いると、高度zにおける絶対温度Tの変化と圧力P(z)は T(z)=αz+To(K/km) P(Z)=Po((αz+To)/To)~N で表されることを示せ。ここでα=-(γ-1)Mg/γRであり、Toは地表の温度 である。γ>1でαは負。N=γ/(γ-1)である。 という問題です。色々サイトをめぐり文献をみたのですが その中に結果のような式が載っているのはあったのですが その過程がなく困っています。どなたか途中式を考えていただけないでしょうか。 ポアソンの関係式の内容程度の知識しかなく道筋すらわかりません。 どうかよろしくお願いします。

  • 平均運動エネルギーと2乗平均速度

    画像の表の(ウ)だけが、答えの数値を見ても分かりません😥「2乗平均速度は原子量・分子量の√に反比例する」から、ArはHeの1/2.5倍になっている事より、Arの原子量は「10」になると思ったのですが、全く違ったので分かる方教えて下さい🙇 一応、下に表の数値を書いておきます。 ・He:原子量=4、絶対温度=600、平均運動エネルギー=1、2乗平均速度=1 ・Ne:原子量=20、絶対温度=750、平均運動エネルギー=(ア)、2乗平均速度=(イ) ・Ar:原子量=(ウ)、絶対温度=(エ)、平均運動エネルギー=1.60、2乗平均速度=0.400

  • 温度の定義

    今高校3年生ですが、3年の始めの時に、温度の定義について学びました。 その時までは温度の実態を知らなかったので、ものすごく感動しました。 分子の運動の激しさが直接温度に関わってくる、みたいなことでしたが、 その時思った疑問で じゃぁ、分子が極端に少ない宇宙空間などの真空状態のときの温度はどうなるんだろう・・・ ってのがありました。 授業の終わりに先生に聞いて見ましたが、それは大学のレベルだから教えるのに苦労するから、真空ではまた別の定義があるとだけ覚えておいて、っていわれました。 もう後2ヶ月もすれば大学生なので知りたいです。 真空については、ニュートンていう科学雑誌で扱われていたのを、みたことがあり、 完全に気体がない状態は不可能で、気体分子がない空間には真空エネルギーとかいうものがあって、なにもないところから反対の性質をもった粒子がでてきたり消滅したりしている、 みたいな感じに書いてあったのを覚えています。 教えてください。

  • 原子と分子の力

    原子と分子の力について質問です。 まず、原子の力について。 原子には、「陽子」「電子」「中性子」が有りますよね。 そのうち「中性子」と「陽子」は、中心に固まって有り、そのまわりに「電子」が回っていますね。 では、その中性子と陽子の塊の中心から電子までの距離は、いくらですか。 そして、その時の電子が中性子と陽子の塊の間に働いている力は、どのくらいですか。 さらに、その陽子と中性子の塊と電子の空間には、何があるのですか? 分子についての質問 分子の塊例えば純鉄は、鉄原子が集まってできた物質ですが鉄原子同士がお互いに引き合っている力は、どのくらいですか? それを求める方法もしくは、原子同士がくっついているときの力の大きさを表している表や図などが有れば教えてほしいです。 質問の内容をまとめると 1、中性子と陽子の塊の中心から電子までの距離について。 2、電子が中性子と陽子の塊の間に働いている力について。 3、陽子と中性子の塊と電子の空間には、何がありますか。 4、分子になっているときの原子同士の力の大きさについて。 です。 それぞれ水素やヘリウム、鉄などの例を挙げてくれるとありがたいです。 原子によって性質が変わってくると思われるので表や図などがあるとありがたいです。

  • 気体の温度と真空度の関係(排気速度は速くなる?)

    真空度って真空容器内の気体の分子量で決まっていると思っていましたが、outガスは無しとして、気体の温度が上がると真空度はどうも悪くなっているようです。 そこで質問です。気体の運動エネルギーと真空度の関係についてご教授をお願いします。(気体の温度によって真空ポンプによる排気速度が変わってくると考えて良いのでしょうか。)

  • 温度って何?

    温度ってそもそも何なのでしょうか? 温度が高い物ほど分子運動が激しいということは、一応知っています。 けれど、温度が同じである時、一体何が"同じ"なのかよく分かりません。 分子一個あたりが持つエネルギー量が同じなのではないかという仮説を思いついたのですが、それだと単位量あたりの分子の数が多いほど比熱は大きいはずです。 ということは、比熱は分子量(分子一個あたりの重さ)に反比例するということになります。 金属の比熱を調べてみると、アルミニウム(原子量27)は0.880[J/g・K]、鉄(同56)は0.435、銅(同63.5)は0.379。 これは仮説が正しいのかなと思ったら、水(分子量18)の比熱は4.19。 氷では比熱が2.10ですが、どちらにせよ先程の仮説が通用しません。 というか、そもそもどうして水と氷で比熱が違うのか分かりません。 どなたか、この疑問に答えて頂けませんか?

  • 真空状態では温度は?

    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。

  • 真空の空間に温度はあるのでしょうか?

    気体の分子一つ確認できない。真空の空間ではその空間の温度を計測する事はできるのでしょうか? 原理的には絶対0℃になるのでしょうか? 実際の宇宙空間ではどうでしょうか? 実際の宇宙空間で、出来る限り電磁波や、放射線などを当たらない、かつ空間に存在する物質を排除したところで温度計を設置すると、何度くらいになるのでしょう。