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絶対零度を超える加の温度は「この世の何よりも熱い」

2024-12-23

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「加の温度」はこの世の何よりも熱い

この世でもっとも冷たく感じる温度は絶対零度(0K = -273.15℃)とされています。絶対零度においては、物体の温度は内部の粒子の動きが完全に停止し、エネルギーが全て消失する状態に至ります。

物理学の観点から見ると、物体の温度は内部の粒子の動きによって決まります。0Kでは物質が動かず、エネルギーがゼロとなるため、熱エネルギーが全て失われることが分かります。

しかし、加の温度を増加させると、粒子のエネルギーが多様化していきます。たとえば、100℃の水中では、すべてが100℃相当のエネルギーを持つわけではなく、少数の高エネルギー粒子と多数の低エネルギー粒子に分かれているのです。

また、100℃の液体の内部にある粒子のエネルギー状態を調査すると、全ての粒子が100℃に等しいエネルギーを持つわけではなく、一部分の高エネルギー粒子と多くの低エネルギー粒子に分かれていることが確認されます。この状態のエネルギーの統計により、全体的に平均して100℃に達することが示されます。

実際には1万℃でも1千℃でも、粒子のうち全てが高エネルギーとは限らず、依然として低エネルギーの粒子が集中的に存在することがあります。

100℃の熱湯であっても、ほんの一部分の高エネルギー粒子が体に接触した時、それが熱傷を引き起こす原因になりますが、またその高エネルギー粒子がそれ以外の多くの低エネルギー粒子の影響で、完全に制御されていれば、熱湯に触れても火傷しないことさえあり得ます(とはいえ、実際には不可能な場合が多いですが)。

こうした「高温でありながら、実際には大多数が低エネルギー群に属する」という現象は、正確には高温状態が持つ基本的な性質です。

古典的な物理学の世界……例えば、温度の世界では、どれだけ熱を増しても物体全体のエネルギーは高エネルギー状態の粒子と低エネルギー状態の粒子の「比率が変わらない」とされています。しかし、温度の上限は無限大であり、脱力状態の粒子も存在しうるため、熱エネルギーは確実に流れ上げられると考えられます。

それぞれの物体のエネルギー合計がどのようになっているのかを考えると、加の温度が高ければ高いほど、物体は大きい高エネルギー状態の粒子が必然的に多くなることがわかります。これは、無限の温度の世界では、加の状態が改善された物体と第一段階の状態が異なることを意味します。

また、温度は単なるエネルギーの指標とはいえ、その時の環境、特に重力や圧力などによって強く影響を受けます。その影響のもとに、我々は日常で感じることのできる「熱さ」に直結しているわけです。