質問: 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。
回答: >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/