宇宙&物理2chまとめ【物理】「絶対零度以下の物質」作成に成功!!

主に2chの宇宙と物理に関する話題をまったりまとめています。

【物理】「絶対零度以下の物質」作成に成功!!

[ 2013/01/09 19:01 ] [ 物理 ] [ コメント(16) ]
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1: ◆3333333SUM @ガブラッチョφ ★ 2013/01/09(水) 12:17:45.80 ID:???

ミュンヘン大学(LMU)の研究者らが、絶対零度より低温の量子気体をつくり出すことに成功した。

この超低温の物質は、レーザーと磁場を使ってカリウム原子を格子状に配列したものだ。
論文は1月3日付けで『Science』誌に掲載された。

『Nature』誌の記事によると、研究チームは磁場を操作することで、カリウム原子を互いに
反発しあうのではなく互いに引きつけあわせ、絶対零度以下における気体の特性を
明らかにすることに成功したという。

「原子は、その最も安定した最も低エネルギーな状態から、可能な限り最も高エネルギーな状態へと
瞬時に転換される」と、ミュンヘン大学の物理学者、ウルリッヒ・シュナイダーは『Nature』誌の取材に
対して述べている。「谷間を歩いていたら、突然山頂に立っていることに気がついたような感じだ」

絶対零度は従来、温度の理論上の下限と考えられていた。
温度は物質粒子の平均エネルギー量と相関しているため、絶対零度においては
粒子のエネルギーもゼロだと考えられていた。

絶対零度を下回ると、物質はさまざまな奇妙な特性を示し始める。絶対零度を
10億分の数ケルビン下回る温度で比較的安定した物質を生成できれば、
この奇妙な状態の研究と解明が進み、うまくいけばほかの革新にもつながる可能性がある。


マサチューセッツ工科大学(MIT)の物理学者で、(極低温におけるボース=アインシュタイン凝縮研究
によって)ノーベル賞を受賞したヴォルフガング・ケターレは、今回の研究成果について『Nature』誌の
取材に次のように述べている。「これを利用すれば、物質の新たな状態を実験室でつくり出すことができるかもしれない」。

(ニュースソース)WIRED
© By LMU and MPG Munich
元スレ:http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1357701465/








2: ◆3333333SUM @ガブラッチョφ ★ 2013/01/09(水) 12:20:13.14 ID:???

何言ってるのかわからないという方もいると思うので、
別サイトからも拾ってみました。
http://blog.livedoor.jp/xcrex/archives/65727334.html

背景:
気体の絶対温度はその分子の持つ運動エネルギーによって定義される。
そのため早く動いている物質ほど絶対温度は高く、遅く動いている物質ほど
低い 絶対温度を持つ。そのため全く動いていない物質の絶対温度は
0ケルビン(ケルビンは単位)となり、その温度は絶対零度として摂氏-273.15度と等し い。


5: ◆3333333SUM @ガブラッチョφ ★ 2013/01/09(水) 12:21:46.78 ID:???

要約:
それはあり得ないことのように感じるかもしれないが、史上初めて絶対零度以下の
単原子ガスが造られた。この技術によって、マイナスの絶対温度を持つ物質や
新たな量子的な機構の作成への道が開け、また宇宙のなぞを解き明かす鍵となる可能性がある。


1800年代半ば、ケルビン卿によって0以下の存在しない絶対温度が定義された。
その後物理学者によって、気体の絶対温度はその分子の持つ平均エネルギーと
関係があることが判明し、絶対零度とは分子が全くエネルギーを持っていない
理論上の状態と一致することが分かった。

しかし1950年代になって、それらは常に正しいとは限らないことが分かってきた。
ある系の絶対温度は、分子の持つエネルギーの確率を区分したグ ラフから
平均値が読み取られる。そのため通常は、実際の分子のほとんどは平均値か
程近いエネルギーを持つが、ほんの少しではあるがより高いエネルギーを持 つ分子も
同時に存在する。

ドイツはルートヴィヒ・マクシミリアン大学ミュンヘンのUlrich Schneider博士によると、
理論的には、その状態が反転されると、より多くの分子が高いエネルギーを持ち、
少ない分子が低いエネルギーを持つように なるという。するとグラフの形も上下に
反転され、絶対温度の正負も同時に逆転する。


7: ◆3333333SUM @ガブラッチョφ ★ 2013/01/09(水) 12:23:16.99 ID:???

Schneider博士らは、カリウム原子によって作られた超低温の量子ガスを利用することで、
絶対零度以下を造りだした。カリウム原子はレー ザーと磁界を利用することで、
プラスの絶対温度ではお互いの原子が反発しあうために安定となる、格子状に並べられた。
その後原子同士がお互いに引き付けら れるように、素早く磁界を変化させた。

Schneider博士によると、このことで、カリウム原子は最も安定な低エネルギー状態から、
反応を待つことなく高エネルギー状態へと変換される。これは例えるならば、
ある人が谷底を歩いていたら、いつの間にか山の頂上を歩いていることに気がつくようなものであるいう。


プラスの絶対温度内では、このような反転は不安定であり原子同士は内側へと崩壊してしまう。
しかし彼らは、同時にレーザーを使いカリウム原子をエ ネルギー的に都合のよい場所へと固定することで、
崩壊を防ぐことができた。この結果、カリウム原子ガスはとても小さなプラスの絶対温度から、
10億分の数 度ほどマイナスの絶対温度を造りだすことに成功した。


50: 【関電 70.6 %】 2013/01/09(水) 12:55:30.59 ID:/2ay+vON

>>7 がポイントだな
磁界で加速度を与えつつ、レーザーで引き止めるの?
俺には意味不明だけどさw


65: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 13:18:14.06 ID:25h1DWNE

>>50
なんか、

パチンコ球を手から離せば重力で下に落ちる
離す瞬間、下から送風機で空気を送れば、落ちるのが遅れるばかりか一瞬浮き上がったりする
われわれはパチンコ球に負の質量を与えることに、負の重力場の形成に成功した

みたいにも聞こえるが違うのか・・


10: ◆3333333SUM @ガブラッチョφ ★ 2013/01/09(水) 12:25:05.53 ID:???

以前に磁気系内でのマイナス絶対温度を論証した、ノーベル賞学者でもある
マサチューセッツ工科大学のWolfgang Ketterle博士によると、この研究は
プラスの絶対温度をもつ通常の実験室ではとても成し得ないような高エネルギー状態を、
マイナスの絶対温度にする ことで安定させてしまったということから、実験的な力技であるという。
これはピラミッドの頂上で逆立ちしながらも転げ落ちることを心配しないでよいような 状態であり、
実験室内での新たな形態の物質の作成へと繋がることだろうという。

ドイツにあるケルン大学のAchim Rosch博士によると、もしこのような系が作成されたとしたら、
それはとても奇妙な挙動をみせることになるだろうという。例えば彼らの計算によると、
通 常状態での原子の集合は重力に引かれて落ちていくが、絶対零度以下の物質は
重力に逆らって上昇していくものと考えられる。

また絶対零度以下のガスは、重力に逆らって加速している宇宙の膨張をつかさどると
考えられている、暗黒エネルギーと同様の挙動をみせると考えられ る。
この研究でも、
プラスの絶対温度では内側へと崩壊してしまう物質が、マイナスの絶対温度によって
それが止められていた。これは宇宙で起こっている現象 と同様の特徴を持つため、
天文学者にとっても注目に値する研究であるだろう。


13: ◆3333333SUM @ガブラッチョφ ★ 2013/01/09(水) 12:27:01.12 ID:???

以上です。

要するにあれですかね、
絶対零度とされる摂氏-273.15度が間違いだったと


11: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 12:25:34.29 ID:3Oc+a398

> 絶対零度は従来、温度の理論上の下限と考えられていた。
> 温度は物質粒子の平均エネルギー量と相関しているため、絶対零度においては
> 粒子のエネルギーもゼロだと考えられていた。
ここから

> 絶対零度を下回ると、物質はさまざまな奇妙な特性を示し始める。絶対零度を
> 10億分の数ケルビン下回る温度で比較的安定した物質を生成できれば、
> この奇妙な状態の研究と解明が進み、うまくいけばほかの革新にもつながる可能性がある。
ここまで、説明が飛びすぎててよくわからん


粒子の運動エネルギーが0=絶対零度
という定義じゃなかったのか


26: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 12:38:07.52 ID:KpOKtBCZ

>>11
粒子の運動エネルギーが0=絶対零度という理解は古典的

絶対零度 - Wikipedia
絶対温度における 0 度で、0 Kと表される。セルシウス度で表せば −273.15 ℃、ファーレンハイト度で表せば −459.7 °Fである。
熱力学では最低温度。統計力学では 0 K未満の負温度が存在する。
温度は、物質の熱振動をもとにして規定されているので、下限が存在する。それは、熱振動(原子の振動)が小さくなり、エネルギーが最低になった状態である。この時に決まる下限温度が絶対零度である。古典力学では、エネルギーが最低の状態とは、原子の振動が完全に止まった状態である。
ただし量子力学では、不確定性原理のため、原子の振動が止まることはなく、エネルギーが最低の状態でも零点振動をしている。
熱力学第三法則によれば、ある温度(0 Kよりも大きい温度)をもった物質を、有限回の操作で絶対零度に移行させることはできない。



14: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 12:27:16.03 ID:+jMpcQjE

絶対零度以下になると反重力になるんだね


15: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 12:28:44.70 ID:gWAHjy4d

なんかよくわかんないけどすごいよなー


16: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 12:29:15.09 ID:mkxDlYD8

マイナスのエネルギーなら
いつも俺の部屋に充満している


23: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 12:35:31.78 ID:1HySYpct

>>16
全く役に立ちそうにない(つД`)


18: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 12:29:21.71 ID:3Oc+a398

従来の理論:-273度で物体の運動エネルギー=0となる
新しい理論:-273度未満の状態もありうる

ってことか
だとしたら絶対零度を定義しなおさないといけないな


25: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 12:36:45.84 ID:ZRk99jwS

>>18
絶対零度は音速みたいな定義だと思え


20: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 12:31:30.50 ID:hkpd1tS7

ええっ?全く動いていない物より
運動エネルギーが低い状態って有り得るの?


24: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 12:36:11.66 ID:K8W/E4bx

>>20
温度とは原子単位の運動エネルギーであってそれ以下の粒子のエネルギー量は
また別じゃないのか?

プランク時間より細かいものがないと信じてしまった学生の思考停止と似ている。


22: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 12:33:12.56 ID:w8suwplS

今日から-280度くらいを絶対0度に変更


29: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 12:41:16.92 ID:iy7YzsZy

>>1
つまり、
jki8nn.jpg 
こうか?


33: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 12:43:41.91 ID:Vx8xknlc

絶対零度は理論上の話だからなぁ
それを下回る温度で物質があっても理論上は不思議ではない


34: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 12:43:59.66 ID:3sUqOmge

>ウルリッヒ・シュナイダー
かっこええ名前やな


38: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 12:45:43.31 ID:NHvLt66d

何気に皆普段口にしてるだろ

物事に絶対なんて無いんだよ


40: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 12:48:24.35 ID:ulnEPBdP

>ある系の絶対温度は、分子の持つエネルギーの確率を区分したグ ラフから
>平均値が読み取られる。そのため通常は、実際の分子のほとんどは平均値か
>程近いエネルギーを持つが、ほんの少しではあるがより高いエネルギーを持 つ分子も
>同時に存在する。

単に誤ったエネルギー値を基準に物質の温度を計算したら絶対零度以下の値になっただけじゃないの?


43: 【関電 70.6 %】 2013/01/09(水) 12:52:23.44 ID:/2ay+vON

やはり虚数は物理的に存在しているだろ
そして、意味があるんだよ


47: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 12:53:59.84 ID:WFGt9ySU

これは簡単な話だよな。いままでマイナス273度以下では原子の活動がストップするって言ってたのが、
実は動きますよって言ってるだけだよな。俺にもわかる話だぜ。


49: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 12:54:54.25 ID:VEBUkWVG

これ、分子をトラップして反転ボルツマン分布を作るって話でしょ
http://sustainablejapan.net/?p=3407
気体の場合、絶対零度を下回る、という解釈ができなくもない、といだけ


52: 【関電 70.6 %】 2013/01/09(水) 12:58:50.17 ID:/2ay+vON

>>49
つまり、ポテンシャル井戸の表から裏側に移動したら
なぜか上下が逆さまになったでござるの巻かw


60: 【関電 69.9 %】 2013/01/09(水) 13:10:46.94 ID:/2ay+vON

>>49
このようなボルツマン分布の反転は、通常の水や気体など
自然に存在する系では不可能であるとされる。仮にボルツマン分布が
反転したとすると、それらの系では無限大の量のエネルギーが
吸収できることになるからであるという。しかしながら、今回の実験では、
粒子のエネルギーに上限がつくように条件を整えれば、実際に
ボルツマン分布を反転できることが示されている。


人工的にボルツマン分布を反転させたってだけのお話なの?
すると理論上マイナスの絶対零度になったぜみたいな?


73: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 13:38:03.29 ID:TGhuTpYU

>>49
レーザーで普通に出てくる、ただの反転分布だな

実現に3準位や4準位は使ってないが、代わりに外部磁場やレーザー使ったってだけ

こんなんで反重力とか、できるわけねー


54: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 13:01:05.77 ID:rRLx5eMQ

準位とスピンは図で解説が欲しい…


55: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 13:01:56.66 ID:VeR+zptM
.
 普通、物理学的な温度Kは物質に依存せず、カルノーサイクルの仕事効率で決めるから
 物質に関係なく定義できる。
 こういう超低温や量子論的な世界での温度は、逆に定義が曖昧だね。

カルノーサイクル - Wikipedia
温度TH , TLの間で動作する可逆熱サイクルの一種である。一般に、あらゆる可逆熱サイクルは同じ効率を持つ。可逆熱サイクルは最も効率のよいサイクルである。可逆サイクルよりも効率のよい熱サイクルは存在しない。
カルノーサイクルは実際には実現不可能だが、限りなく近いものを作ることは可能であり、スターリングエンジンはこれに近い。
ニコラ・レオナール・サディ・カルノーが熱機関の研究のために思考実験として1820年代に導入したものである。これによって本格的な熱力学が始まり、熱力学第二法則、エントロピー等の重要な概念が導き出されることになった。



58: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 13:07:44.69 ID:N45mkDnN

0p9oki6tg567.jpg

61: 【関電 69.9 %】 2013/01/09(水) 13:12:19.68 ID:/2ay+vON

ダークエネルギーとか宇宙の膨張とか・・・妄想すぎるだろ


63: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 13:16:48.11 ID:N45mkDnN

統計力学で計算をミスると負の温度が出てきてしまうというのがあったっけw

負温度 - Wikipedia
統計力学において熱平衡状態で絶対温度が負となっていること、またその際の温度を指す。マイナスゼロとも。



64: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 13:17:47.58 ID:tZlPyg39

何言ってるのかさっぱりわからん。
勝手に解釈すると、熱というのは原子の運動エネルギーだから、原子の質量が静止質量でスピードが0のときが絶対零度だよね。
スピードは0より遅くすることはできないから、ありうるとしたら質量が負の値になるということだよね。
質量は実はよくわからない物理量で、スピードとともに増加すること、光の質量は0であることなどはよく知られている。
何らかの条件で、質量が虚数ではなく負の値をとるということかもしれない。
この考え方で合ってるのか、だれか教えてくれ。


68: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 13:27:44.81 ID:NqqWo4dZ

絶対零度は絶対零度じゃなかったのか・・・?


74: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 13:39:16.20 ID:hkpd1tS7

で、絶対領域の定義も変わるの?


81: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 13:57:01.01 ID:apQXfX6H

結論→「絶対零度」の名称が廃止され「相対零度」と言う名称になる。

程度だろ?またどうせ。


83: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 14:04:26.00 ID:fFh8gqHY

聞けな聞くほど温度って何?と思う話題
凄いのは間違いなく凄いんだけど

温度 - Wikipedia
定義
歴史上様々な温度の定義があったが、現在の温度の定義は、平衡状態における分子の運動エネルギーを、エントロピーという統計値で微分したものである。しかし、真の意味での平衡状態は自然界では少ない。必要に迫られて非平衡状態、計測上の便宜的な定義もなされている。現時点で、非平衡状態での温度の定義は、本来の意味で定義できないこともあり、途上段階である。



87: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 14:09:01.17 ID:5iORxtLq

典型的なSF脳で申し訳ないが、
水が凍って"0℃"、その温度以下の氷があるのと同じで、
水素が凍って"絶対零度"、それ以下の状態が確認された、って認識ではなにかまずいのだろうか。


90: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 14:13:15.77 ID:vUHmQD7s

>>87
いろいろまずい


105: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 15:25:27.37 ID:iatHDD+N

>>1
つまり、こういうことか?

「今、リンゴが10個あります。リンゴを1つずつ食べて行くと、もっともリンゴが少なくなる個数は何個でしょう?」
という問題があって、

「もちろん、0個です!」って答えたなら、
「ブブー、間違いです。0個よりもマダ少ない個数があります。」って言い返されるようなもんか。


109: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 15:56:08.86 ID:a6hdsaUU

物質は絶対零度までしか組成を維持出来ないと思われていたが、

レーザーや磁場を使って原子崩壊を阻止したら、より低温にする事が出来た

そしたら反重力っぽい性質が発現された

って感じでおkですか?


112: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 16:07:25.60 ID:khSiMblz

限界超えたんじゃないのね


118: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 16:30:11.34 ID:Ogr8pMd6

>>1がどっから着想したかは、だいたい想像できる。

だが、重力が反転するんじゃなくて、(準粒子の)質量が負になる(ように見える)だけだぞ。
これは似ているようで、全然違う。


120: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 16:41:34.29 ID:TGhuTpYU

>>118
負の圧力ってのも光光子で引き伸ばしてるからってだけだし、よくこんなので論文になるよな


122: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 16:46:58.35 ID:QlwT+SbX

知識のない俺にも教えて欲しいんだけど、つまり絶対零度以下では何が起こるの?


125: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 16:56:18.75 ID:QUHZOe1j

>>122
奇妙な特性を示し始める


94: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 14:18:11.02 ID:bNmAGRYT

素人目にも これこそノーベル賞物だな


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