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再熱サイクル 再熱ブレイトンサイクル
ブレイトンサイクル#再熱および圧縮機中間冷却 の項を参照。
ザルツブルク
ザルツブルク（ドイツ語: Salzburg）は、オーストリア中北部の都市で、同名のザルツブルク州の州都である。ドイツ語で特に区別して表記する場合、ザルツブルク市はStadt Salzburg、州はLand Salzburgとする。郡に属さない憲章都市 (Statutarstadt) であるが、ザルツブルク＝ウムゲーブング郡の郡庁が置かれている。
旧市街と歴史的建造物は、1996年ユネスコの世界遺産に「ザルツブルク市街の歴史地区」として登録された。
ザルツブルク 概要
ザルツブルクは、標高424メートルに位置し、15万人の人口を擁する。すぐ南西側ではドイツ領土のベルヒテスガーデンに接し、高速道路で西に140kmの位置にミュンヘン、東300kmに首都ウィーンという位置関係や、オーストリア支配下に入ったのは19世紀以降(それまでは大司教が支配するドイツ諸邦のひとつとして、形骸化した神聖ローマ帝位を度外視すればオーストリアとは対等独立の関係だった)で、その直前には短期間バイエルン王国に併合されていたという歴史的経緯から、ウィーンにも増して、ドイツのバイエルン州との文化的関係が深い。
ザルツブルクは、モーツァルトが1756年に誕生してから25歳まで住んでいた事で、彼の音楽を愛する世界の人々にとっていわば巡礼地になっている。とりわけザルツブルク音楽祭の開催される夏のシーズンはホテルはどこも満員となり、モーツァルトの生家のあるゲトライデ通りはもともと狭いがなおさら狭く感じられるほどの混雑となる。
当地の空港も、「ザルツブルク・ヴォルフガング・アマデウス・モーツァルト空港」と名付けられている。
ザルツブルク 概要
ザルツは「塩」、ブルクは「砦」の意である。15kmほど南のバート・デュルンベルクで産出される岩塩をハライン (Hallein) 市において製塩し、大司教から特権を与えられたラウフェン（Laufen）の船乗りたちがハラインからザルツァッハ川（Salzach）を通じてヨーロッパ各地に送っていた。塩の積載量に応じた通行税をこの地の大司教が財源にしていた。このためデュルンベルクの塩が地名の語源と誤解されている。しかしドイツ語のザルツブルクの名が史料に初めて登場するのは755年頃成立した『聖ボニファティウス伝』においてである。当時のサルツブルクの司教はバイエルン公よりライヒェンハル（現ドイツ領）の塩泉および塩釜の利益の一部を与えられ、それを布教の財源としていた。よって地名の直接の由来となったのはライヒェンハルの塩であると考えられている。ライヒェンハル、ハライン、および東隣のオーバー・エースターライヒ州にあるハルシュタットの地名に使われるハルはケルト語で塩の意味があり、この一帯に分布する地下の岩塩が昔の経済を支えたという歴史がある。
ザルツブルクは2010年冬季五輪に立候補し、オーストリアではインスブルックに続く3度目の開催を目指したが、第1回目の投票で最下位で落選。2014年大会にも誘致活動に名乗りをあげたものの、再び第1回目の投票で最下位となり落選した。
ザルツブルク 地理
ザルツブルクは、町の中心を南から北に流れる清流ザルツァッハ川の西側に位置し、ツェントルムと呼ばれる旧市街と、川の東側に位置する新市街とに分かれる。新市街には1606年に建てられたミラベル宮殿と庭園、1776年に創設された州立劇場、1898年建造の聖アンドレ寺院、1841年に大聖堂音楽協会として始まり、1914年に音楽院となったモーツァルテウム、（現在は国際モーツァルテウム財団の建物）、ザルツブルク・マリオネット劇団が公演されているミラベル・カジノがある。マカルト広場には、モーツァルトの住居（1774年旧市街の生家から転居）や、ドップラー効果で有名なクリスチャン・ドップラーの生家もある。
マカルト小橋とシュターツ橋いずれかの橋で旧市街へ渡ると、モーツァルトの生家のあるゲトライデ通りはすぐ近くである。旧市街ではレジデンツ、すなわちザルツブルクを支配していた大司教の住居がある。レジデンツの東には2つの塔を持つドーム（大聖堂）があり、レジデンツ広場、さらにモーツァルト広場とつづく。ドームの南側には、大きなサンクト・ペーター寺院、その西隣には音楽祭に使われる祝祭大劇場、モーツァルトのための劇場（旧祝祭小劇場）、フェルゼンライトシューレ（岩壁に面した乗馬学校跡のコンサートホール）がある。
ザルツブルク 地理
町のほとんどどこからでも見える南の高台にはホーエンザルツブルク城がある。高台はメンヒスベルクという名の丘陵で、旧市街の南側を1.3kmにわたって続く高さ約50メートルの高地をなしている（一番高い場所で標高508メートル）。この城は要塞として1077年に造られ、その後拡張工事が続き、レオンハルト・フォン・コイチャッハ大司教（在位1495 - 1519年）の時代に大きく拡張された。兵舎又は牢獄として利用されたが、外敵に占領された事がなく、ヨーロッパ中世のものとしては完璧に保存された希な例となっている。拡張工事は最終的には1681年に竣工して今日に至っている。城へは1892年に開通したケーブルカーで登る方法と、歩いて登る道とがある。この城からの眺望は市街地側の眺望と共に、ブルクホーフ（城の中庭）といわれる南側の眺望も美しくウンタースベルク山が綺麗に見渡せる。この風景はカレンダーによく利用されている。
ケーブルカーの下の駅から東に行くと高台に1471年に完成したノンベルク尼僧院があるが、この尼僧院は古く紀元700年頃に創設されたものである。
市内旧市街やその他の歴史的建築物は、ユネスコ世界遺産に「ザルツブルク市街の歴史地区」として登録されている。
ザルツブルク 気候
ザルツブルクの気候はケッペンの気候区分で西岸海洋性気候(Cfb)に属する。
ザルツブルク 歴史
西暦紀元前1800年以前の新石器時代、既にヘルブルン山地、カプツィーナ、ラインベルクに人類の足跡が見られ、青銅器時代にイリュリア人がピンツガウやポンガウの渓谷で鉱石を採掘していたことが推測される。鉄器時代にはザルツブルクの人々は岩塩の採掘を行っており、その後のハルシュタット文明につながっている。ザルツカンマーグートのバート・イシュルの南52kmにあるハルシュタットでは、紀元前10世紀頃のケルト人の墓地と埋蔵品が発見され、高度な文明が築かれていた事が判明している。
紀元前14年、ローマ軍がアルプスを越えて侵入する。クラウディウス帝の時代には属州ノリクム（現在のオーストリア）の各地に都市が築かれ、ローマ文化の花が開いた。ザルツブルクの原型である古いケルト人の町はユヴァウムあるいはユリクムと呼ばれていたが、この町もローマ文化の影響を受けた。また、ユヴァウムはイタリアとバイエルンを結ぶ街道と、ヴェルスを経てリンツに至る街道の分岐にあたる交通の要衝ともなった。
476年、ローマ人は侵入した東ゴート族を前にして撤退し、ノリクムを放棄。ユヴァウムはゲルマン民族により占領され略奪された。西ローマ帝国のゲルマン系雇兵隊長オドアケルの時代のことである。
ザルツブルク 歴史
696年、バイエルンのテオド大公は、ルーペルト司教の才覚を聞き及んで、植民を予定していたドナウ川中流域へのカトリック布教のためにルーペルトを招聘し、ザルツブルク周辺の領地（西はキームゼー〈キーム湖〉から南はザルツァハ川上流）を寄進し、司教区管轄地とする事を認めた。ルーペルトはこの地にサンクト・ペーター修道院を創設した。ルーペルトの名は Ruprecht, Hrodperht, Hrodpreht, Roudbertus, Rudbertus, Robertなどと様々に記されているが、いずれにせよ初代ザルツブルクの司教つまりザルツブルク教区の領主ということになる。ザルツブルクは最初ザルツプルヒ（Salzpurch）と呼ばれていた。
ザルツブルクは798年に大司教区に昇格する。カランタニア地方を中心とするスラブ人地域への宣教活動を成功させ、アギロルフィング家歴代バイエルン公や諸貴族による土地寄進合戦によって、大司教領有地は南はドラウ川まで、西はツィラー渓谷とイン川まで、東はハンガリー（バラトン湖）まで拡大した。キリスト教と手を携えての東方への拡張は、907年にマジャル人との戦いで大司教テオトゥマール1世が戦死し、終焉を迎えた。
ザルツブルク 歴史
ザルツブルク最初のドームは774年に前期ローマ建築で建てられた。次の代の司教のヴィルギルが聖堂を建て、その後の図書館や学校の基礎となった。ザルツブルクの2度目のドームは1181年頃に後期ローマ様式の建築で造られた。アルプス以北では唯一の身廊が5つあるバシリカ式の建築でドイツ皇帝聖堂との混合形式である。領主司教がこのように優れた建築物を造る事が出来たのは、教会の所有地とハラインの岩塩採掘とタウエルンの金採鉱での収入が自由に使えたからである。
ホーエンザルツブルク城は1077年、神聖ローマ皇帝ハインリヒ4世と教皇グレゴリウス7世の間に起こった聖職叙任権闘争のさなか、大司教ゲープハルト1世が皇帝派に対抗すべく建築した防衛施設である。ホーエンザルツブルク城は1500年頃にレオンハルト・フォン・コイチャッハ大司教の下で強固にされた。
ザルツブルク 歴史
1200年 - エーバーハルト2世登位。教皇支持をやめ皇帝フリードリヒ2世を支持。域内にそれまでのグルクに加えキームゼー、ラヴァント、セッカウの直属司教区（アイゲンビストゥム：大司教が直接叙任権をもつ司教区）を設置する。彼はフリードリヒの元で外交および帝国国制改革に加わり、神聖ローマ帝国内の聖俗領主権を拡大する帝国法の起草に参画する。内政では世俗貴族のお家断絶に乗じ教会守護職権を回収、世俗支配権を強化する。さらに皇帝からルンガウ、ヴィンディシュ・マトライなどの領主権を与えられ、支配領域は劇的に拡大する。彼によって「大司教区」は名実共に「領邦」となった。よってエーバーハルト2世は「領邦ザルツブルクの父」と呼ばれている。
大司教ヴォルフ・ディートリヒ・フォン・ライテナウ（在位：1587年 - 1612年）は、イタリアのメディチ家と縁戚関係にあり、ザルツブルクの「小ローマ化」を目指していた。独裁政治を推し進めた大司教はユダヤ教徒の町娘の美女ザーロメ・アルト（サロメ・アルト）のために1606年にアルテナウ小城（後のミラベル宮殿）を造り、15人の子供をもうけてもいる。ライテナウは製塩権をめぐってバイエルン公マクシミリアンと争い、敗れて1612年に退位させられる。その後ホーエンザルツブルク城に幽閉され、5年後の1617年にその牢獄で死亡した。
ザルツブルク 歴史
次の大司教マルクス・ジッティクス・フォン・ホーエネムス（在位：1612年 - 1619年）は、1613年から1619年にかけてイタリア人の宮廷首席建築家サンティノ・ソラーリに夏の離宮ヘルブルン宮殿を造らせている。ソラーリは新大聖堂、大学、聖ペーター修道院教会、カプツィーナー教会、フランツィスカーナー教会などを手掛け、現在のザルツブルク市の町並みを作り上げた。イタリア・バロックからオーストリア・バロックへの変化をもたらしたのは、17世紀の終りのフィッシャー・フォン・エルラッハ（在位：1656年 - 1723年）の仕事である。主な作品には三位一体教会、コレーギエン教会、ウルスリーヌ修道会教会、聖ヨハネ・救護院教会などがある。また、この頃都市はザルツァッハ右岸へ著しく広げられ、今もまだ保存されているがメンヒスベルクとカプツィーナーベルクの稜堡が造られた。1700年以後ミラベル宮殿、同じくクレスハイム宮殿とロココ式のレオポルツクロン宮殿が建造された。
ザルツブルク 歴史
次の大司教パリス・グラーフ・フォン・ロドロン（在位：1619年 - 1653年）は1623年にベネディクト派の総合大学（ただし医学部は常時開設されたわけではない）を開校した（創立1617年）。ヨーロッパでの三十年戦争に巻き込まれなかったザルツブルクは、南ドイツから多くの戦争避難民を受け入れ、これに学生も加わり、17世紀のヨーロッパの都市としては例外的に人口が増大した。このころドームとレジデンツが完成。17世紀は都市内の建築物が木造から石造に変化しはじめる時代であったとも言える。
1727年、大司教フィルミアン男爵レーオポルト・アントン・エロイテリウス（在位：1727年 - 1744年）は凄惨な新教徒迫害（Salzburger Exulanten）を始める。ホーエンザルツブルク城の地下牢が一杯になり、収容場所が無くなると、国外に追放した。1731年から1733年の間に新教徒21,475人 が追放され、1万人がアメリカのジョージア州に、他はプロイセンとリトアニア、ハノーファーに移住した。全人口の6分の1から5分の1を占めていた2万人以上の新教徒を失ったザルツブルクに対し、その半数以上を受け入れたプロイセンは大国として飛躍することになる。
フランス革命の勃発は、領邦ザルツブルクの運命を大きく変えることになる。革命戦争中の1797年、カンポ・フォルミオ条約の秘密条項において共和政フランスは、ハプスブルク家がイタリア内の支配地を失う代償としてザルツブルク大司教領を世俗化し、これをハプスブルク家に与えることを皇帝フランツ2世に約束していた。また1800年12月3日ホーエンリンデンでオーストリア軍が手痛い敗北を喫すると、その1週間後の12月10日、大司教ヒエロニュムス・フォン・コロレドは這々の体で領邦から逃げ出した。フランス軍の占領を経た後、1803年2月11日にはトスカーナ大公だったフェルディナント3世がザルツブルク選帝侯となる。同じ日、ウィーンに亡命していたヒエロニュムス・フォン・コロレドはザルツブルクの君主権放棄を宣言し、統治権を持たない大司教となった。長きにわたって続いた領主大司教の支配はここに終焉の時を迎えた。
サルツブルクは、ナポレオン戦争のさなかの1809年に一時期オーストリア帝国の支配下に入ったが、オーストリアがナポレオンに屈服したシェーンブルンの和約によってバイエルン王国に編入される。1816年、ウィーン会議の決議に従ってザルツブルクは最終的にオーストリアに併合される。1938年にはアドルフ・ヒトラーによるオーストリア併合があり、ザルツブルクは第二次世界大戦に巻き込まれ、市内各区とドームが爆撃を受けた。戦後、アメリカ駐留軍がザルツブルクに司令部を設置する。オーストリアは独立を回復し、ザルツブルクも現在に至っている。
ザルツブルク スポーツ
冬季オリンピックの開催候補地に名乗りを挙げたことからもわかるとおりザルツブルク州ではウィンタースポーツが盛ん。南方に高速道路を利用すれば30分ほどでダハシュタインやスキー・アマンデ等の一大スキー場集積地に行くことができる。
また、年間を通してのスポーツではサッカーが人気。収容能力3万人のサッカー専用スタジアムレッドブル・アレーナがあり、オーストリア・ブンデスリーガの強豪レッドブル・ザルツブルクが本拠地としている。元日本代表選手の三都主アレサンドロ、宮本恒靖、南野拓実が在籍していた。
ザルツブルク 姉妹都市
2011年に東日本大震災で被災したミューザ川崎シンフォニーホールの復興のため、姉妹都市提携を結んでいたザルツブルク市とザルツブルク音楽祭から20万ユーロ（約2100万円）の支援金が送られた。そのことを記念するオブジェ「ザルツブルクの鐘」が川崎駅構内に設置されている。ザルツブルク大聖堂の鐘をイメージして作られており、鐘をザルツブルク出身のモーツァルトが作曲した『アイネ・クライネ・ナハトムジーク』の五線譜が囲っている。
すい星
すい星（すいせい）
彗星と水星は同音異義語である。「すい星」と交ぜ書き表記される場合、一般的には彗星を表すことが多い。
シェーンブルン宮殿
シェーンブルン宮殿（シェーンブルンきゅうでん、ドイツ語: Schloss Schönbrunn）は、オーストリアのウィーン13区（ヒーツィング）にある宮殿。ハプスブルク王朝の歴代君主が、主に夏の離宮として使用した。
現在、同宮殿と庭園群は世界遺産に登録されている (ID: 786)。
シェーンブルン宮殿 歴史
14世紀初頭、現在のこの地には「カッターミューレ」(Khattermühle) と呼ばれる水車小屋が建っており、周辺の農地とともにクロスターノイブルク修道院の荘園とされていた。修道院の良い財源であったが、1529年の第一次ウィーン包囲によって荒廃した。その後、ヘルマン・バイアー (Hermann Bayr) が借り受け、「カッターブルク」（Katterburg、のちにGatterburg）という小さな城を築いた。
1569年、神聖ローマ皇帝マクシミリアン2世が購入し、一帯を狩猟地として利用した。カッターブルクを改築し、広大なブドウ畑や動物の飼育園などを設け、しばしばこの地に逗留した。
マクシミリアン2世の子・ルドルフ2世の治世下である1605年に、ハンガリーのボチカイ・イシュトヴァーンに襲撃されて破壊された。1608年、ルドルフ2世の弟・マティアス大公の手に渡り、狩猟館が設けられた。1619年、狩猟に興じていた皇帝マティアスによって「美しい泉」（Schöner Brunnen, シェーナー・ブルンネン）が発見され、これが「シェーンブルン」の由来となった。マティアスの跡を襲ったフェルディナント2世は、この地を皇后エレオノーラ・ゴンザーガに贈った。
1683年、第二次ウィーン包囲によって再び荒廃した。
シェーンブルン宮殿 歴史
オスマン帝国の脅威が去った後、神聖ローマ皇帝レオポルト1世は、息子・ローマ王ヨーゼフの夏の離宮として、この地に新しい宮殿を建設することを決意した。
神聖ローマ帝国の往時の勢威を回復させたいという願望ゆえに、新しい宮殿には、神話や歴史からの陰喩を駆使する英雄的表現が期待された。設計を嘱託されたヨハン・ベルンハルト・フィッシャー・フォン・エルラッハは、パリのヴェルサイユ宮殿に対抗して、それを模しつつも凌駕する、壮大な宮殿を計画した。それは、神聖ローマ皇帝という存在はフランス王権を凌駕するものでなければならないと考える宮廷、領邦君主、貴族たちの願望の表れであった。
この計画によれば、現在グロリエッテのある丘陵を宮殿の建設場所とし、斜面北側をテラスにして、それをグロットをもつ擁壁で支えることになっていた。そして主庭園は斜面南側に展開されることになっていた。
しかし、当時のハプスブルク宮廷の苦しい財政事情では第1案のように壮大な宮殿を建設することは現実的に困難だったため、計画は大幅に縮小されて、遥かに簡素な第2案が設計し直された。
第2案は、宮殿を丘陵に建設するのは諦めてその下に建設し、主建築に両翼をつけるというものだったが、それも直ちには実現されなかった。マリア・テレジア治世下の1750年頃、エルラッハの第2案を骨子として、ニコラウス・フォン・パカッシによって完成された。
シェーンブルン宮殿 歴史
外壁は金を塗る計画であったが、マリア・テレジアが財政状況を考慮し、黄金に近い黄色にした。これを「テレジア・イエロー」という。
マリア・テレジア以降のハプスブルク家（＝ハプスブルク＝ロートリンゲン家）は、シェーンブルンを夏の離宮として、好んで逗留した。特によく利用したのは、マリア・テレジアとフランツ2世であった。1762年10月13日、鏡の間においてマリア・テレジアの前で御前演奏を行ったモーツァルトは、退出するとき滑って転んだ。これをマリア・アントーニア（後のマリー・アントワネット）が助け起こしたところ、モーツァルトが「あなたをお嫁さんにしてあげる」と発言したと伝えられる。
オーストリア皇帝フランツ・ヨーゼフ1世は、毎年春秋をここで過ごし、晩年には王宮ではなくこちらに常住するようになった。1916年11月21日、フランツ・ヨーゼフ1世はこの宮殿で亡くなった。
1918年11月11日、「青磁の間」において最後のオーストリア皇帝カール1世が国事行為の断念を宣言した。カール1世の退去に伴い、オーストリア共和国政府の所有となった。
1961年、アメリカ合衆国大統領のジョン・F・ケネディとソ連首相のニキータ・フルシチョフとの会談の場所となった。
1996年、ユネスコの世界遺産に登録された。
シェーンブルン宮殿 案内
シェーンブルン宮殿はオーストリアで最も重要な観光資源であり、年間およそ300万人が訪れている。さらに動物園来園者の250万人、庭園来園者の500万人を合わせると、年間1000万人を超える来場者がある。
幅約175メートル、奥行き55メートルのバロック様式の外観の宮殿の中に、全部で1,441室の部屋があり、約1,000人もの侍従や使用人が住んでいた。彼らのために139もの調理場があった。部屋の多くは、ロココ様式で装飾されている。2009年現在、公開されているのはおよそ40室ほどにすぎない。正面右側翼には宮廷劇場がある。
観光客に公開されている2階部分を除いた居室が、文化財管理公社によって賃貸住宅として一般に貸し出されている。これは1960年代にウィーンの住宅不足問題の解決策として考案されたものである。居住者は建物の性質を変えない程度のリフォームは許されている。家賃は比較的安価だが、現代では居住に不便な部分も多々あり、住宅物件としてのウィーン市民の人気は低い。官舎であるため、公務員であることが入居の条件であったが、1992年にその制限は撤廃された。
シェーンブルン宮殿 案内
2014年、ホテルグループ「オーストリア・トレンド・ホテルズ」が、宮殿の一部を改装してスイートルームとした。
東西約1.2 km、南北約1 kmという広大な規模のフランス式庭園で、1779年頃から公開されている。シェーンブルンの庭園は、オーストリアを代表する名園である。
1752年に宮廷メナジェリー（小動物園）として設立された、世界最古の動物園。
シェーンブルン宮殿 世界遺産
この世界遺産は世界遺産登録基準のうち、以下の条件を満たし、登録された（以下の基準は世界遺産センター公表の登録基準からの翻訳、引用である）。
低温物理学
低温物理学（ていおんぶつりがく、Low Temperature Physics）は、温度を低下させることで発現する現象を研究する物理学分野の総称である。どの程度の温度を「低温」と呼ぶかは、考える現象によって大きく異なるが、大まかには液体窒素の沸点(77ケルビン)以下、または液体ヘリウムの沸点(4.2ケルビン)以下の温度に、低温物理学の研究対象が存在することが多い。
低温物理学の研究対象は非常に広く、自然界に存在する物質だけでなく、宇宙(過去の宇宙を含む)からデバイスまでを含む。低温物理学は凝縮系物理学(物性物理学)の一部であるが、宇宙・素粒子・原子核物理学などとも密接に関連しており、実際超伝導のBCS理論のように素粒子物理学に多大な影響を与えた例も数多い。また物理現象も超伝導、超流動(ボース・アインシュタイン凝縮現象を含む)、磁性、近藤効果、アンダーソン局在、フェルミ液体・朝永ラッティンジャー流体、トポロジカル現象(量子ホール効果等)など、極めて多岐にわたる。また多くの場合、低温現象は量子力学的効果により生じるか、または密接に関連している。超流動と超伝導は特に粒子集団の量子力学的性質が巨視的スケールで発現する現象であるため、巨視的量子現象(Macroscopic Quantum Phenomena)と呼ばれる。
低温物理学
低温実験では、安定した低温環境を実現して物理量の精密測定をするため、低温を生成し温度を測定する技術と、発熱を極力抑制した精密測定技術が必要である。前者の研究分野を特に低温工学(Cryogenics)と呼ぶ。後述するように、多くの低温生成技術の発展は、低温物理学の研究進展と表裏一体に進んできており、その典型例として3He-4He希釈冷凍機やレーザー冷却技術が挙げられる。低温工学には、GM(Gifford-McMahon)およびパルスチューブ冷凍機に代表される冷凍技術、MRIなどに用いられる超伝導磁石や加速器技術、X線天文学など宇宙空間での低温生成および測定技術等が含まれる。
低温物理学
従来、低温の生成にはあらかじめ何らかの方法で準備された(主として、工業的に製造された)寒剤(Cryogen)を用いることが一般的であった。寒剤は通常沸点や融点等の一定温度に保持され、冷やしたい物質から熱(潜熱)を吸収して蒸発、融解または昇華しながら一定温度を保持する。寒剤の種類は数多く、室温に近いものから氷水、ドライアイス、液体酸素、液体窒素(液体空気)、液体水素、液体ヘリウムが主に用いられている。一方、特に物性実験研究では、1990年代より急速に普及した小型冷凍機(GMおよびパルスチューブ冷凍機)を用いた装置開発が進み、寒剤を必要とせず電力のみで低温を生成することが可能になっている。これまでに稼働している超伝導量子コンピュータには、全てパルスチューブ冷凍機をベースとする無冷媒希釈冷凍機が使用されている。また2024年現在、日本ではヘリウムの供給難から低温物理学研究用の液体ヘリウムは極めて高額になっている(液体1リットルあたり約1万円)。このような事情のため、従来1ケルビン程度の極低温生成に不可欠であった液体ヘリウムは、昔ほど使用されなくなっている。
なお用語として、作業物質等を用いて他の物質(実験試料など)の温度を下げることを冷凍(refrigeration)と呼び、作業物質や物理系自らの温度を下げることを冷却(cooling)と呼んで区別する。例えば前者にはパルスチューブ冷凍(機)(pulse tube refrigerator)、希釈冷凍(機)(dilution refrigerator)、(核)断熱消磁冷凍(装置)(adiabatic (nuclear) magnetic refrigeration, ADR)などがあり、後者にはレーザー冷却(laser cooling)、核冷却(nuclear cooling)、ポメランチュク冷却(Pomeranchuk cooling)などがある。
低温物理学 低温物理学の歴史
低温物理学は、ハイケ・カマリン-オンネス(Heike Kamerlingh-Onnes)によるヘリウムの液化(1908年)に始まったと言って良い。液体ヘリウムの沸点は4.2K((ケルビン)=摂氏マイナス269度)とあらゆる物質の中で最低温度であり、さらに強制蒸発により1K程度までの温度が安定して得られるようになった。ヘリウムを寒剤として様々な物質が冷やされると、まさに人知を超えた多様な物理現象が発見されていった。金属の超伝導(1910年)、液体ヘリウムの超流動(1938年、異常な挙動はそれ以前に観測されていた)、電気抵抗極小(1930年頃)などが、その代表例として知られる。また、低温現象の解明には量子力学が本質的であることは早くから認識されていた。超伝導などの発見と前後して1920年代に量子力学が完成したことで、磁性を含む多くの低温現象が量子力学的効果に支配されていることがわかった。しかし、超伝導や超流動などの量子現象の解明には、その後も長い時間が必要であった。
低温物理学 低温物理学の歴史
低温技術の面では、1930年代より低温生成の手法として断熱消磁法(電子スピンによる断熱消磁法)が考案され、希釈冷凍機が普及するまでの低温研究で重要な役割を果たすとともに、1970年代からの核断熱消磁技術(核スピンによる断熱消磁)による超低温物理学の発展に寄与した。電子スピンによる断熱消磁を用いた有名な研究として、ウーにより行われた弱い相互作用におけるパリティ非保存の実験が挙げられる。また第二次世界大戦における原爆開発と戦後の原子炉建設により、ヘリウムの同位体であるヘリウム3(3He)の大量生成と液化が可能となったことは重要である。人類が液体ヘリウム3を手にしたことにより、現在の量子情報技術に不可欠である希釈冷凍機が発明され、また液体ヘリウム3の超流動の発見が凝縮系物理学の大きな進展をもたらした。
低温物理学 低温物理学の歴史
低温物理学における多くの基本概念が確立したのは1950-60年代で、特に超伝導のBCS理論(1957年)、ランダウのフェルミ液体理論(1957年)は以後の物理学全体に大きな影響を与え、物理学理論構築の指針となってきた。また磁性不純物を含む金属が低温で抵抗極小を示す現象は1930年代から長く謎とされてきたが、1964年に近藤淳が理論的に解明し、この現象自体が近藤効果と呼ばれるようになった。近藤効果も低温物理学の重要な研究対象であり、素粒子物理など様々な分野に影響を与えている。アンダーソンはその著書「Basic Notions in Condensed Matter Physics(凝縮系物理学の基本概念)」の中で、最も重要な凝縮系物理学の基本概念として「対称性の破れ」と「断熱的連続性」を挙げているが、超伝導・超流動研究が前者へ、近藤効果やフェルミ液体の研究が後者の概念の確立に、極めて重要な役割を果たした。
低温物理学 低温物理学の歴史
低温物理学の発展は、1960年代に3つの大きな技術革新をもたらした。それは希釈冷凍機、超伝導磁石、超伝導量子干渉素子(SQUID)であり、これらはそれぞれ3He-4He混合液、第二種超伝導、ジョセフソン効果の研究成果に基礎を置いている。希釈冷凍機とジョセフソン効果(素子)は現在の超伝導量子コンピュータの核となる技術であり、超伝導磁石はMRIや加速器の磁場発生装置として、現代文明の発展に不可欠なものになった。
低温物理学 低温物理学の歴史
1970年代の低温物理学における重要な発見としては、液体ヘリウム3の超流動が挙げられる。BCS理論が超伝導の基本理論として確立した後、これを素粒子や原子核物理に応用する試みが盛んになった。中でもフェルミ粒子系(フェルミ液体)としての物性が解明されつつあった液体ヘリウム3にBCS理論を応用して、ヘリウム3のクーパー対形成による超流動状態を予測する理論研究が60年代に展開された。理論予想に動機づけられて発展したポメランチュク冷却法により液体ヘリウム3を1mK(ミリケルビン)程度の超低温まで冷却することが可能となり、1972年にオシェロフらが液体ヘリウム3の超流動を発見した。超流動ヘリウム3は金属のs波超伝導状態とは異なりクーパー対がp波三重項状態をなすため、対称性が異なる3つの安定な相(A、B、A1相)を有することが明らかになり、異方的超流動体の最初かつ典型的な例として確立した(現在はエアロジェル中3Heにおいて、ポーラー相と呼ばれる第4の相も観測されている)。また超流動ヘリウム3や固体ヘリウム3の核磁性の研究を大きな動機として、絶対温度1mK以下の超低温領域の開拓が盛んになり、銅やPrNi5などの希土類化合物を作業物質とする核断熱消磁冷凍法が発展した。現在まで、物質の最低温度として数μK(マイクロケルビン)、核スピン系の最低冷却温度として10pK(ピコケルビン)程度が達成されている。
低温物理学 低温物理学の歴史
物質の磁気的性質(磁性)の研究には高い磁場温度比(H/TまたはB/T)が不可欠であり、その実現には上述の超伝導磁石と希釈冷凍機の組み合わせが重要な役割を果たしてきた。低温強磁場での重要な現象として、半導体界面に実現される2次元電子系においてホール伝導度がh/e(プランク定数/電子素電荷)の整数倍に量子化される量子ホール効果が1980年に発見された。こんにち量子ホール効果は、電子波動関数のトポロジカルな性質に起因するトポロジカル現象の典型例と認識されているだけでなく、抵抗標準や微細構造定数の測定標準としても役立っている。量子ホール効果発見の数年後には、伝導度が上記量子単位の分数倍に量子化される分数量子ホール効果が発見され、電子間相互作用が重要な役割を果たす新しい量子液体状態として理解されている。
低温物理学 低温物理学の歴史
1986年にベドノルツとミュラーにより発見された銅酸化物高温超伝導体は、超伝導研究者の夢であった液体窒素温度(77K)を超える臨界温度(超伝導転移温度)を有する超伝導物質の発見をもたらしたという意義以上に、社会的・科学的に極めて大きなインパクトを与え、室温超伝導実現への期待を背景に凝縮系物理学の理論と実験両方を革新させた。強相関電子系と呼ばれる一大分野が形成され、光電子分光や低温走査トンネル顕微鏡などの電子状態を低温で調べる実験手法が大きく発展した。酸化物高温超伝導体の研究分野の成熟を経て、超伝導は現在もなお最も活発な低温物理学の研究対象であり続けている。
同時期に大きく発展した、半導体や金属の微細加工で作成された量子細線や量子ドットによるメゾスコピック物理・ナノ物理も低温物理学の重要な分野である。サブミクロンサイズのリングやポイントコンタクトによるアハラノフ・ボーム効果やコンダクタンス量子化、コンダクタンスの普遍的ゆらぎなどが観測され、微細な系の量子統計力学に対する理解が刷新されるとともに、超伝導量子コンピュータを始めとするデバイス応用に大きく寄与している。
以上の低温物理学分野は全て固体中電子と液体ヘリウムを中心とする凝縮系の研究であったが、1990年代に突如として全く新しい低温物理学の一分野が創始された。超低温冷却原子気体の登場である。コーネル、ワイマンらの原子物理研究者は、レーザー冷却と蒸発冷却の手法を組み合わせてアルカリ原子(Rb等)を準安定な気体のままナノケルビンの超低温に冷却し、ボース・アインシュタイン凝縮(BEC)を達成した。冷却原子気体の研究は瞬く間に低温物理学を席巻して爆発的に発展し、BECだけでなくフェルミ原子気体の縮退と超流動転移(BEC-BCSクロスオーバー)まで観測され、活発な研究が行われている。冷却原子気体は従来の低温物理学研究と異なり、原子そのものやその位相を可視化して観測できることに大きな特長がある。現在までに物理学のほとんど全ての分野と関連する膨大な研究成果が得られているとともに、次世代量子コンピュータとしての発展も期待されている。
21世紀に入って発展した低温物理学の新分野として、中村泰信らにより創始された超伝導量子コンピュータ(量子情報)の研究と、トポロジカル絶縁体に代表されるトポロジカル物質の研究が挙げられる。前者は量子コンピュータの実機として世界各国で開発設置され、量子情報研究を牽引している。後者は凝縮系物理学におけるトポロジーの重要性を示し、デバイス応用も期待されている。
また、アモルファス物質では「トンネル二準位系(Tunneling two-level systems, TLS)」と呼ばれる乱れや欠陥により誘起される状態が普遍的に存在し、1K以下の極低温物性を支配することが知られており、低温物理学の一テーマとして50年以上にわたり研究されてきた。21世紀に入り超伝導量子コンピュータ開発の進展に伴い、量子ビットに存在するTLSがデコヒーレンスの要因として支配的となることが認識され、TLSの除去が誤り訂正可能な超伝導量子コンピュータ(FTQC)の実現に向けた喫緊の課題となってきている。
低温物理学 現在の低温物理学分野
低温物理学に含まれる研究対象は非常に広いが、大まかには3年に一度開催されている低温物理学国際会議(LT)が扱うトピックスにより、最新の研究分野の動向を知ることができる。最近では2022年に札幌でLT29が開催されたが、プログラムの分類は(1)量子気体・液体・固体、(2)超伝導、(3)磁性と量子相、(4)ナノ物理と量子情報、(5)低温技術とデバイス応用、であった。さらに2025年8月にスペインで開催されたLT30におけるプログラム分類は、(1)量子気体・液体・固体、(2)超伝導、(3)量子物質 - 磁性とトポロジー、(4)ナノ物理と量子輸送、(5)量子情報と技術、(6)低温技術と応用、となっている。
低温物理学 低温物理学の基本概念
低温物理学の研究対象には、物理学の普遍性(universality)と、物質科学の創発性(emergence)が顕著に表れる。その最も端的な例が超伝導である。超伝導は金属中の電子が格子振動(フォノン)を媒介とする対(クーパー対)を組んで単一の状態に凝縮(一種のボース・アインシュタイン凝縮)することで発生するが、カマリン-オンネスによる発見以前に予測することはできなかった。仮にその時点で量子力学が完成していても、予測することは不可能であった。すなわち、超伝導現象は電子という個別には性質がよくわかった粒子が示す「創発」であり、アンダーソンの言う「More is different(多は異なり)」の最も典型的な例である。
また、超伝導はBCS理論により最終的に理解されたが、BCS理論が粒子数を保存しない(ゲージ不変性が破れている)ことに不満を抱いた南部陽一郎が、2年以上の考察の末にこの問題を解決し、「対称性の自発的破れ」の概念に到達したことはよく知られている。さらに南部の考えはヒッグスらによりヒッグス機構の概念に発展し、現在の素粒子物理学における標準理論を基礎づけている。このような物理学の発展形態は物理法則の普遍性に根ざしたものであり、超伝導などの低温現象が決して常温から離れた特殊な世界のみで起こる現象ではないということを意味している。
低温物理学 低温物理学の基本概念
どの程度の温度を「低温」と呼ぶかは、考える現象や状態により大きく異なるが、低温の目安を考えるための指針はいくつかある。一つは、相転移などの物理現象が起こる温度 - 「特性温度」 - 以下を低温と考えることができる。たとえば磁性現象においては、室温(300 K)は鉄やニッケルの強磁性現象においては低温であるが、銅の核スピン集団が示す反強磁性相転移温度は10 μKであり、実に7桁以上の違いがある。金属中電子や液体ヘリウム3などのフェルミ液体系では、フェルミ温度(前者は約1万度、後者は約1K)より3-4桁低い温度が、低温と称する目安の温度となる。
低温物理学 低温物理学の基本概念
またもう一つの見方として、構成要素(原子や分子)の熱的ド・ブロイ波長と要素間の間隔の大小関係により低温の目安を決めることがある。熱運動する粒子の熱的ド・ブロイ波長は温度の平方根に反比例する(温度が2桁下がるとド・ブロイ波長は10倍になる)ため、低温ほど粒子の波動性が強くなり、ド・ブロイ波長が粒子間距離と同程度になると、粒子の量子統計性が量子効果をもたらすようになる。その最も劇的な現象はボース粒子系のボース・アインシュタイン凝縮である。またフェルミ粒子系では、同じ条件下でフェルミ縮退が生じるが、フェルミ粒子系の超流動(超伝導)の発現には更に3桁程度温度を下げる必要がある。フェルミ粒子系で超流動を論じる場合、「低温」の目安は液体ヘリウム3、超伝導体、中性子星でそれぞれ1 mK、1~100 K、100万Kとやはり9桁程度の違いがある。
低温物理学 低温を実現する方法
液体ヘリウムによる蒸発冷却
入れ子状に複数の真空槽・液体窒素槽をもつガラス製デュワーに液体ヘリウムを貯め、ここに温度素子や目的の試料を取り付けたプローブを浸す方法。大気圧下においてはヘリウムの沸点である4.21ケルビンへ到達する。さらにヘリウム槽を減圧することで1ケルビン台へ到達可能。後述のヘリウムフロー方式に比べると温度変動は少ないが、日本においてはガラス製デュワーが入手困難である。ヘリウム温度以下の低温から室温までの広い温度範囲を測定する場合には、ヘリウム槽に直にサンプルを入れるのではなく、低気圧のヘリウムガス（コンタクトガス）で満たした槽を設けることでより安定的に温度を操作することができる。
ヘリウムフロー
試料部へ伸びるステンレス製の管の中に液体ヘリウムを流し、先端の熱伝導によって試料を冷却する方法。光電子分光など試料を真空中へ露出させる必要がある場合に用いられる。このとき試料部から実験室室温までが金属によって繋がれることになるので、素材としては室温からの熱流入を抑える目的で、比較的熱伝導の低いものが用いられる。一方で管が長ければ長いほど熱膨張による試料部の位置のずれが大きくなる。管の長さについては30-150センチメートル程度のものが用いられる。
低温物理学 低温を実現する方法
フローには通常のヘリウムトランスファよりも流量の低い専用のトランスファーチューブを用いる。また蒸発したヘリウムガスを回収するための経路が必要になる。到達温度は、試料部の複雑さにもよるが、概ね4-10K程度である。ヘリウム回収の圧力変動によって、ヘリウムの流量が変化しやすく温度変動が比較的大きい。クライオスタットその物の製作については比較的容易である。
ヘリウムガスフロー
液体ヘリウムを試料空間に導く経路を設け、空間内をポンプ等で減圧し、吸引により空間内に導入される液体ヘリウムの量及び温度を適切にコントロールすることで試料空間の温度を調整する方法である。温度の調整の容易さや均一性の良さが特徴である。蒸発冷却では精緻な温度調整が難しく、またヘリウムフローでの熱伝導による冷却が比較的温度調整に対する試料部の温度のレスポンスが悪く温度の均一性などにも問題が生じがちであるのに比べ、ヘリウムガスのフローによって冷却および調整を行うこの方式は、強制的に試料を一定の目標温度に冷却・加熱する方法であり、より確実な方法であるといえる。ただし、液体ヘリウム4を減圧して得られる1ケルビン程度以下の温度に冷却することはこの方法では難しい。その確実性から市販品を中心に現在多くの低温測定を行う実験機器で取り入れられている。
その他
3He-4He希釈冷凍法
核断熱消磁（断熱消磁）
レーザー冷却
シューメーカー・レヴィ第9彗星
シューメーカー・レヴィ第9彗星（シューメーカー・レヴィだいきゅうすいせい、英語：Comet Shoemaker–Levy 9）は、1994年に木星に衝突したことで有名な彗星である。識別符号は D/1993 F2（Dは消滅した彗星を表すプレフィックス）。シューメーカー・レビー第9彗星、シューメーカー・リビー第9彗星などとも呼ばれ、SL9と略称される。
シューメーカー・レヴィ第9彗星 発見
1993年3月24日8時頃（協定世界時）に、パロマー天文台で観測中のユージン・シューメーカー、キャロライン・シューメーカー夫妻とデイビッド・レビーによっておとめ座に発見された。通常の彗星とは異なり、彗星核は長さが1分ほどの棒状に見え、棒の中に幾つかの点が光って見えた。
発見して間もなく、観測データから軌道を計算した結果、いくつかの興味深いことが判明した。
シューメーカー・レヴィ第9彗星 衝突
彗星の分裂核は、1994年7月16日から7月22日までの間に、相次いで木星の大気上層に衝突した。これは史上初めて多数の人々が目撃した、地球大気圏外での物体の衝突の瞬間であった。
この衝突は地球から見て木星の裏側、輪郭から見て数度向こう側で起きたため直接の観測はできなかったが、衝突時の閃光が木星の衛星に反射されたものを観測するほか、わき上がるきのこ雲の観測、赤外線による閃光の観測などが行われた。観測には地上の巨大望遠鏡と、ハッブル宇宙望遠鏡やガリレオ探査機などの人工衛星が動員された。衝突痕は小型望遠鏡でも観測できたため、各地でも観測会が開かれた。撮影された写真は、衝突から数時間以内に、当時普及しつつあったインターネット上で公開された。
衝突後の衝突痕には木星大気の下部からわき上がってきた物質が含まれており、木星大気の研究に貢献した。また衝突痕は地球と同じサイズのものもあった。
当時、この規模の彗星が木星に衝突するのは約1000年に一度の稀な現象であるとされたが、1690年にジョヴァンニ・カッシーニが木星表面にSL9の衝突痕とよく似た斑点を観測していたことが、1997年になって日本人による調査で判明した。さらに、2009年にも幅500mの天体が衝突したと推定される衝突痕が発見されている。
シューメーカー・レヴィ第9彗星 幻の発見
シューメーカー夫妻らによるSL9発見の報を聞いた北海道の天文家、渡辺和郎・円館金らは愕然となった。SL9の発見位置が、彼らが数日前に小惑星捜索のために撮影した捜索写真の中央位置と一致したからである。調べた結果、3月15日と20日に円館が撮影した写真の中央に、まさにSL9が写っていた。彼らは小惑星の捜索に気を取られて、潰れた形のSL9を系外銀河と勘違いしてしまったのである。この話の詳細は、渡辺の『小惑星ハンター』（誠文堂新光社）に載っている。
シューメーカー・レヴィ第9彗星 天体観測への影響
古来天体観測者の間では、新天体の発見、特に彗星の発見は大きな目標の一つとされ、1990年代半ばまではアマチュア天文家が発見に多大な貢献をなしていた。しかし、シューメーカー・レヴィ第9彗星の木星衝突により、それまでは可能性として語られるだけだった地球への天体衝突が、現実の問題として急浮上されることとなった。この問題への対処のため、学術機関による積極的な観測が開始され、自動観測技術の向上、人工衛星からの写真分析などもあいまって、1990年代後半以降は個人による彗星・小惑星の発見は難しいものとなった。これにより、天体の第一発見者となることを目標とするアマチュア天文家は、観測対象を変更する者が相次いだ。
日本において、2000年以降に板垣公一をはじめとした観測者の新星・超新星の発見が激増しているのは、この影響である。
杉原千畝
杉原 千畝（すぎはら ちうね、1900年〈明治33年〉1月1日 - 1986年〈昭和61年〉7月31日）は、岐阜県生まれの領事館員のち外交官（1943年）。
中学校入学までは税務官吏である父親の異動のために各地を転々とし、父親の単身赴任後は名古屋に住んで、旧名古屋古渡尋常小学校と旧第五中学校に通い、卒業後に上京して早稲田大学高等師範部英語科（現・教育学部英語英文学科）に通ったが、外務省留学生試験合格のために本科中退した。
第二次世界大戦である1939年からリトアニアのカウナス領事館に赴任していた杉原は、ナチス・ドイツの迫害によりポーランドなど欧州各地から逃れてきた難民たちの窮状に同情。1940年7月から8月29日にかけて、大量のビザ（通過査証）を発給し、根井三郎と共に日本経由で避難民を救ったことで知られる。その避難民の多くがユダヤ系であった。
閉鎖後は、チェコのプラハへ移動し、1941年から終戦までルーマニアのブカレスト公使館で勤務した。大戦終結時の1945年からブカレスト郊外の捕虜収容所に入れられ、1947年4月に日本へ帰国した。
「東洋のシンドラー」などとも呼ばれる。
杉原千畝 生涯
岐阜県武儀郡上有知町（こうずちちょう、現在の美濃市）に父・杉原好水（日露戦争から無事帰ったのを祝って岩井姓から自分で変えた）と母・やつ（旧姓：岩井）の次男として誕生する。父・好水（よしみ）は税務官吏で、上有知町の税務署に勤めていた。一家は、近くの仏教寺である教泉寺の借間に住んでいた。同寺は高台にあって見晴らしが良く、眼下に(字) 千畝の広大な畑が見えた。
1901年（明治34年）父の上有知税務署勤務により同地に継続して居住する。1903年（明治36年）福井県丹生郡朝日村（現・福井県丹生郡越前町）へ転居する。1904年（明治37年）三重県四日市市へ転居する。1905年（明治38年）10月25日、岐阜県恵那郡中津町（現・岐阜県中津川市）へ転居する。1906年（明治39年）4月2日、中津尋常高等小学校（現・中津川市立南小学校）へ入学する。1907年（明治40年）3月31日、三重県桑名郡桑名町第一尋常小学校（現・桑名市立日進小学校）へ転校。
父親の単身赴任・名古屋市時代
同年12月に父が韓国統監府の聘用のため単身赴任。その後、名古屋古渡尋常小学校（現・名古屋市立平和小学校）へ転校する。1909年（明治42年）3月1日、愛知県から「操行善良学力優等」により表彰される。
杉原千畝 生涯
1912年（明治45年）、名古屋古渡尋常小学校を全甲（現在の「オール5」）の優秀な成績で卒業後、作家の江戸川乱歩と入れ違いに旧制愛知県立第五中学校（現・愛知県立瑞陵高等学校、場所は現・名古屋市立瑞穂ヶ丘中学校）に入学。
高卒後・英語学科へ
同校卒業後、当時日本統治下の朝鮮の京城に赴任していた父は、千畝が京城医学専門学校（現・ソウル大学校医科大学）に進学して医師になることを望んでいた。千畝の甥にあたる杉原直樹によれば、千畝の父の名は、初め「三五郎」（みつごろう）であったが、自分の命を救ってくれた杉原纐纈（こうけつ）という医師の名前から「好水」（こうすい）という音韻の類似した名前に改名し、これを「よしみ」と読んだという。父・好水が医師という職業を千畝に強く薦めたのにはこうした背景がある。
杉原千畝 生涯
しかし、医師になるのが嫌だった千畝は、京城医専の入試では白紙答案を提出して弁当だけ食べて帰宅した。当初、英語を学び英語教師になるつもりだった千畝は、父の意に反して、1918年（大正7年）4月に早稲田大学高等師範部英語科（現・早稲田大学教育学部英語英文学科）の予科に入学。ペンの先に小さなインク壺を紐で下げて、耳にはさんで登校していた逸話が残る。千畝自身の説明では、「破れた紋付羽織にノート二三冊を懐にねじ込んで、ペンを帽子に挟んで豪傑然と肩で風を切って歩くのが何より愉快」と多少修正されるが、バンカラな校風で知られた昔の早稲田大学でも珍しい奇天烈な格好で通学していた。独特のペン携帯の流儀から、学友に「変わった人間」（ドイツ語で“Spinner”）と笑われても、「これならどこででも書くことができる。合理的だよ」と平然としていたという。しかし、実際は授業中ほとんどノートをとらず、講義内容を全て暗記していた。
杉原千畝 生涯
外務省留学生試験との出合い
父の意に反した進学だったため仕送りもなく、早朝の牛乳配達など複数のアルバイトを掛け持ちしていたが、米騒動が起こりアルバイト先が次々と倒産していき、学費と生活費をまかなうことはできなかった。ある日、千畝は図書館で偶然目にした地方紙の掲示（大正8年5月23日付の「官報」第2039号）により、外務省留学生試験の存在を知る。受験資格は旧制中学卒業以上の満18歳から25歳の者であったが、研究社の受験雑誌『受驗と學生』（大正9年4月号）に掲載された千畝自身の受験体験記によると、受験科目は、法学・経済・国際法と外国語2ヵ国語と、旧制中学の学修内容とはかけ離れていたため、千畝のような大学在籍者や旧制高校修了者にとっては有利であった。千畝は大学の図書館にこもり、連日ロンドンタイムズ、デイリーメールの両紙をはじめ、米国発行の数雑誌を片端から全速力で閲覧するなど猛勉強の末、「日支両国の将来」に関する論述や「英国下院に於ける外務次官ハームウォーズの独軍撤退に関する演説」の英文和訳などの難問を制して合格した。
杉原千畝 生涯
1919年（大正8年）11月、早稲田大学を中途退学し、外務省の官費留学生となった。この官費留学生の募集では、英独仏語の講習生募集は行われず、英語で受験した千畝は当初スペイン語の講習を希望していたが、今後のロシア語の重要性を説く試験監督官の勧めでロシア語講習生となった。官費留学生として中華民国のハルピンに派遣され、ハルピン学院で聴講生としてロシア語を学んだ。ハルピン学院の学生の過半数は、外務省や満鉄、あるいは出身県の給費留学生であった。当時の千畝は、三省堂から刊行されていたコンサイスの露和辞典を二つに割って左右のポケットに一つずつ入れ、寸暇を惜しんで単語を一ページずつ暗記しては破り捨てていくといった特訓を自分に課していたという。
杉原千畝 生涯
1920年（大正9年）12月から1922年（大正11年）3月まで朝鮮に駐屯の陸軍歩兵第79連隊に入営（一年志願兵）。最終階級は陸軍少尉。1923年（大正12年）3月、満洲里（領事館）へ転学命令。満洲里領事代理の考査では、ロシア語の総合点は100点満点の90点であった。「一、二年前の卒業任官の留学生と比較するも遜色なし。むしろ正確優秀」という折り紙つきの評価を受け、生徒から教員として教える方に転じる。1924年（大正13年）に外務省書記生として採用され、外務書記生の身分のまま母校・ハルビン学院でロシア語講師を務めることになった千畝は、ロシア語文法・会話・読解、ソ連の政治・経済および時事情勢などの講義を担当した。
1930年（昭和5年）に日露協会学校を卒業した佐藤四郎（哈爾濱学院同窓会会長）は、「ドブラエ・ウートラ」（おはよう）と一言挨拶すると、謄写版刷りのソビエト連邦の新聞記事を生徒たちに配布して流暢なロシア語で読み上げ解説する青年教師の千畝を回顧している。佐藤は「ロシア語の力は、日本人講師でずば抜けていた」と証言している。
1926年（大正15年）、600ページあまりにわたる報告書『ソヴィエト聯邦國民經濟大觀』を書き上げ、
杉原千畝 生涯
「本書は大正十五年十二月、在哈爾濱帝國總領事館、杉原書記正の編纂に係はる。執務上の參考に資すること多大なるを認め、これを剞劂に付す」
【現代日本語訳＝この本は、大正15年（1926年）12月、ハルビンの日本総領事館の杉原書記官が書き上げたもので、仕事をする上で大いに役立つと思いますので、これを出版します】
高い評価を外務省から受け、26歳の若さにして、ロシア問題のエキスパートとして頭角をあらわす。
杉原千畝 生涯
1932年（昭和7年）3月、事実上の日本の傀儡国家として満洲国の建国が宣言され、ハルビンの日本総領事館にいた千畝は、上司の大橋忠一総領事の要請で満洲国政府の外交部に出向。1933年（昭和8年）、満洲国外交部の書記官としてソ連との北満洲鉄道（東清鉄道）譲渡交渉に携わる。満洲国外交部は、鉄道および付帯施設の周到な調査をソ連側に提示した。ソ連側は譲渡の代償として当初は荒唐無稽な6億2,500万円を要求し、満洲国は5000万円を提示していたが、譲渡の代償として1億4,000万円とソ連側従業員の退職金3000万円を満洲国が負担することで北満鉄道讓渡協定が締結され、東清鉄道は満洲国に買収された。ソ連側の提示額は当時の日本の国家予算の一割強に値するものであり、杉原らによる有利な譲渡協定の締結は外交的勝利であった。外務省人事課で作成した文書には、杉原に関して「外務省書記生たりしか滿州國成立と共に仝國外交部に入り政務司俄國課長として北鐵譲渡交渉に有力なる働をなせり」という記述が見られる。
杉原千畝 生涯
ところが、日本外交きっての「ロシア通」という評価を得て間もなく、1935年（昭和10年）には満洲国外交部を退官。満洲赴任時代、1924年（大正13年）に白系ロシア人のクラウディア・セミョーノヴナ・アポロノワと結婚していたが、1935年（昭和10年）に離婚。この在満の時期に、千畝は正教会の洗礼を受けた。正教徒としての聖名（洗礼名）は「セルゲイ・パヴロヴィチ」である。
このハルビン在職期に千畝は、有名なシモン・カスペ殺害事件など、ユダヤ人や中国人の富豪の誘拐・殺害事件を身近で体験することになった。これらの事件の背後には、関東軍に後援された、白系ロシア人のファシスト組織があった。
千畝は、破格の金銭的条件で関東軍の橋本欣五郎から間諜（スパイ）になるよう強要されたが、これを拒否。千畝自身の言葉によれば「驕慢、無責任、出世主義、一匹狼の年若い職業軍人の充満する満洲国への出向三年の宮仕えが、ホトホト厭」になって外交部を辞任した。
杉原千畝 生涯
かつてリットン調査団へのフランス語の反駁文を起草し、日本の大陸進出に疑問を持っていなかった千畝は、この頃から「大日本帝国の軍国主義」を冷ややかな目で見るようになる。千畝の手記には「当時の日本では、既に軍人が各所に進出して横暴を極めていたのであります。私は元々こうした軍人のやり方には批判的であり、職業軍人に利用されることは不本意ではあったが、日本の軍国主義の陰りは、その後のヨーロッパ勤務にもついて回りました」と、千畝には稀な激しい言葉が見られる。
千畝の拒絶に対し、関東軍は、前妻クラウディアが「ソ連側のスパイである」という風説を流布し、これが離婚の決定的理由になった。満洲国は建前上は独立国だったが、実質上の支配者は関東軍だったため、関東軍からの要請を断り同時に満洲国の官吏として勤務することは、事実上不可能だった。
満洲時代の蓄えは離婚の際に前妻クラウディアとその一族に渡したため、ハルビンに渡ったときと同じように、千畝はまた無一文になった。そこで、弟が協力して池袋に安い下宿先を見つけてくれた。帰国後の千畝は、知人の妹である菊池幸子と結婚し、日本の外務省に復帰するが、赤貧の杉原夫妻は、結婚式を挙げるどころか記念写真一葉撮る金銭的余裕さえなかった。
杉原千畝 生涯
手記のなかで千畝は「この国の内幕が分かってきました。若い職業軍人が狭い了見で事を運び、無理強いしているのを見ていやになった」と述べている。ソ連と関東軍の双方から忌避された千畝は、満洲国外交部を退職した理由を尋ねられた際、関東軍の横暴に対する憤慨から「日本人は中国人に対してひどい扱いをしている。同じ人間だと思っていない。それが、がまんできなかったんだ」と幸子夫人に答えている。
1937年（昭和12年）にはヘルシンキの在フィンランド日本公使館に赴任する。
ちなみに千畝は当初、念願であったモスクワの在ソビエト連邦日本大使館に赴任する予定であったが、ソビエト連邦側が反革命的な白系ロシア人との親交を理由に、ペルソナ・ノン・グラータを発動して千畝の赴任を拒絶した。当時の『東京朝日新聞』（1937年3月10日付）は、「前夫人が白系露人だったと言ふに理解される」と報じた。