負の絶対温度

質問

先月、負の絶対温度が実現されたというニュースがありましたが、
そこで言われている負の絶対温度は、いわゆる原子の熱運動のエネルギーの平均値である熱力学的温度とは別の尺度であって、
この負の絶対温度が実現された状態であっても、原子の熱運動のエネルギーという観点でみれば普通に正の温度のままだということで良いのでしょうか？

回答No.2

eatern27 · ベストアンサー

「原子の熱運動のエネルギーの平均値」を使った温度の定義を知らない(手元の教科書にもない)ので、ご質問に答えられないのですが、とりあえず関係のありそうな事を書いておきます。

一般的な意味での熱力学的温度(Carnotサイクルの効率に基づく定義)が負になってしまうと、
熱力学第二法則に反してしまうので、熱力学的温度が負になる事はできません。
従って、「負の絶対温度」と言った時の温度は熱力学的温度ではありません。

じゃぁ、負の絶対温度の状態におけるの熱力学的温度は正なのかと言われると、
「負の絶対温度の状態」は本当の意味での熱平衡状態ではないので、『熱力学的温度は定義できない』というのが正しいはずです。

また「原子の熱運動のエネルギーの平均値」は負の絶対温度の状態では正の値になります。

お礼

ありがとうございます。
やはり運動エネルギー自体は負になるわけではないんですね。

こうして質問してみて、あらためて良くわかっていないと自覚しました。
あらためて本などを読み直してみようと思います。

回答No.4

アウストラロ ピテクス（@ngkdddjkk）

ごめん、聞き方が悪かったかな。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8F%8D%E8%BB%A2%E5%88%86%E5%B8%83
このURLで言っている"反転"は、どこを基準にした反転を言っているかってこと。

回答No.3

アウストラロ ピテクス（@ngkdddjkk）

素朴な疑問。
反転分布は、何を基準にした分布？
よく自由電子のフェルミ分布ですら、どこをエネルギーの基準にとっているかわからずに使っている人がいるので…

回答No.1

tadys

レーザーやメーザーを扱っている人にとっては目新しい事では有りません。

以下を参考に
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%B2%A0%E6%B8%A9%E5%BA%A6
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8F%8D%E8%BB%A2%E5%88%86%E5%B8%83
http://d.hatena.ne.jp/masa_cbl/20130109/1357738635

お礼

ありがとうございます。
スピン系や反転分布の話はあちこちのサイトで読みました。
しかし、そのような状態のときにそれらの系を構成している原子たちの熱運動が
どうなっているのかについて触れているサイトなどがなかったため
こういうところで言われる絶対温度は原子の熱運動観点での絶対温度とは
別物であることを確認したいためにここで質問をしました。

たとえばレーザーにおける電子の反転分布の場合、
何もしていない状態では原子の熱運動による熱力学的温度と
電子のエネルギー分布から求められる統計力学的温度は同一であったのが、
反転分布状態をつくることにより、
電子のエネルギー分布から求められる統計力学的温度と
原子自体の熱運動による熱力学的温度が異なってくるということなのでしょうか？