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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

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。

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

85: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 14:05:50.06 ID:go7mUJhm
>>1
「絶対零度以下の物質」

じゃ、「絶対」じゃないだろう

3: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 12:20:16.60 ID:nRwxgeaN
ちょっと何言ってるかわからない

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・・

8: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 12:24:40.72 ID:blNT8AGT
オーロラエクスキューション!

181: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 23:19:26.57 ID:nzbZCFla
>>8
絶対くると思った

9: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 12:24:57.41 ID:VeR+zptM
.
 量子論的には、全部の粒子の運動を止めることはできないからね。

76: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 13:43:52.04 ID:902P8XNr
>>10
重力に逆らって上昇って、反重力ってこと?

136: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 19:38:31.91 ID:/3ZBpqJ0
>重力に逆らって上昇していくものと考えられる
これどういう計算なん
エネルギー=質量でエネルギーがマイナスになって質量が減るみたいな?

でも分布反転じゃ
>>10億分の数度ほどマイナスの絶対温度
程度で既に限界に近そうな気がするけど
重力に逆らって上昇ってどれくらいのマイナス温度想定してるんだろう

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

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

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

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

32: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 12:43:34.03 ID:hkpd1tS7
これさえあれば、いつでもすぐバナナで釘が打てるんだな?

39: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 12:46:42.25 ID:t3uu2TmC
>>32
高エネルギー状態になるようだから、逆にバナナが爆発するんじゃね?

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

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

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。

58: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 13:07:44.69 ID:N45mkDnN
         ,. -‐'''''""¨¨¨ヽ
         (.___,,,... -ァァフ|          あ…ありのまま 今 起こった事を話すぜ!
          |i i|    }! }} //|
         |l、{   j} /,,ィ//|       『おれは絶対零度上の僅か上のエネルギー位置にいると
        i|:!ヾ、_ノ/ u {:}//ヘ        思ったらいつのまにか絶対零度未満だった』
        |リ u' }  ,ノ _,!V,ハ |
       /´fト、_{ル{,ィ'eラ , タ人        な… 何を言ってるのか わからねーと思うが
     /'   ヾ|宀| {´,)⌒`/ |<ヽトiゝ        おれも何をされたのかわからなかった…
    ,゙  / )ヽ iLレ  u' | | ヾlトハ〉
     |/_/  ハ !ニ⊇ '/:}  V:::::ヽ        頭がどうにかなりそうだった…
    // 二二二7'T'' /u' __ /:::::::/`ヽ
   /'´r -―一ァ‐゙T´ '"´ /::::/-‐  \    超伝導だとかポース凝縮だとか
   / //   广¨´  /'   /:::::/´ ̄`ヽ ⌒ヽ    そんなチャチなもんじゃあ 断じてねえ
  ノ ' /  ノ:::::`ー-、___/::::://       ヽ  }
_/`丶 /:::::::::::::::::::::::::: ̄`ー-{:::...       イ  もっと恐ろしいものの片鱗を味わったぜ…

77: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 13:44:33.46 ID:5EGh/ZzD
なるほど、遠い未来には極低温の反重力デバイスを装備したエアカーが浮遊都市を飛び交うわけだな。

88: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 14:10:58.94 ID:VEBUkWVG
「X度の気体Aに絶対零度の気体Bを混ぜたら、全体でY度になりました」
「もしガスBの温度以外は同じ条件で、Y度より低い温度になったら、ガスBの温度は?」
という話でしょ

104: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 15:25:00.80 ID:QUHZOe1j
要は「レーザーだの電磁波だの弄って温度を絶対零度より下げたら万有引力が万有斥力的なものになった」って認識でおk?

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。

133: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 19:28:56.91 ID:fFh8gqHY
>>104>>105
http://science.slashdot.jp/comments.pl?sid=589665&cid=2302140
この解説が比較的わかりやすい
温度って何?って所から考えなおさないとだめ

140: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 20:00:42.99 ID:Ogr8pMd6
>>1の実験を家庭で再現し、負の重力を実現する、もっとも簡単な系を説明しよう。おまいらも、家の台所から持っ
て来て実験しる。

ペットボトルに水を入れる。これが、>>1がレーザーとか低温とか磁場とか、いろいろ使って作ったものと、ほぼ同じだ。
高温ではガスであるH2O分子を、分子間力という凝集力を使って液体にしたわけだ。

ここに、ストローで息をちょっと吹き込んでみよう。泡が浮いて来ただろ? これが、泡に働く「反重力」だ。

さてここで、そのペットボトルをいきなり上下引っくり返してみよう。なんと「位置エネルギーの高い」水分子 が、位置エネルギーの低い水分子より多いという、負の温度が実現されたのだ!

...いや、まじで、こんな実験なんだが、なんでネーチャー?

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

130: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 19:19:54.63 ID:K8W/E4bx
科学っていうのは、普通に修正されてゆく学問、

それを認められないのは頭の弱い単細胞

150: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 20:56:33.01 ID:M75lVi7F
>>130
そらそう。オレが子供の頃はミトコンドリアは
何の役にも立たない盲腸みたいな器官であると
教科書に書いてあったからなw
今思えばデタラメばかりだったが、そりゃ仕方ないわな。

149: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 20:56:10.35 ID:99m0XHpw
「負の絶対温度」をもつ系とは何なのか
http://wired.jp/2013/01/08/scientists-create-negative-temperature-system/
ミュンヘン大学の研究者は、「負の絶対温度」をもつ系をつくり出すことに成功したと発表した。
その意味を解説。

153: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 21:14:18.53 ID:d3kVv78y
要は理論上の絶対零度ではなく、事実上の絶対零度より下の温度ってことだろ。
理論上の絶対零度は、全分子が停止した状態なので、それ以下なんてあるはずがない。

155: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 21:18:27.82 ID:YFkbsouu
 まとめ風に言いくるめしとくね

1) 絶対温0度の状態では、すべての分子運動エネルギーがゼロになるとされてきたが
  実際には揺らぎ等もあって、少数の高いエネルギーの分子と多数の低いエネルギー
  状態の分子の総体で観測されてきていた

2) そんな状態にも、磁力とレーザーであれば干渉することができた。実際に工夫して
  瞬時に状況ポテンシャルを入れ替え、少数の「反転して低いエネルギー状態」の
  分子と多数の「反転して高いエネルギー状態」の分子による気体を作り出した。

3) 上記2)の状態の気体は、もとの絶対零度の状態に戻るために(熱)エネルギーを要する

4) 絶対温度0度に達するのに(熱)エネルギーを要する状態は、絶対温度0度以下と呼べる

こんな説明でいかが?

159: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 21:38:15.45 ID:Ogr8pMd6
>>155
平衡状態には、絶対零度以下はない。>>1のような過渡状態や、外からエネルギーを供給し続ける(例えばLED)なんかの場合に、
反転分布(温度と粒子の持つエネルギーの分布が、通常と反転する)という状態が実現できるので、それを負の温度と仮想的に 言う事もあるというだけ。

繰り返すけど、外部から孤立した熱力学系である平衡状態では、起こりえないこと。

160: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 21:39:36.21 ID:9z4GXbj6
断熱消磁法を思い浮かべたけど似てる?別物?

161: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 21:41:01.27 ID:Ogr8pMd6
>>160
断熱消磁をもう少し進めて、断熱したまま、磁場方向を逆さまにすると>>1の状態に成る。

165: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 21:58:17.73 ID:7NDdnZ2d
レーザー使っていながら温度が上昇しないのはナゼ?

168: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 22:06:51.80 ID:Ogr8pMd6
>>165
「レーザー冷却」でググるべし

173: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 22:27:30.88 ID:x1WUs1mo
ttp://wired.jp/2013/01/08/scientists-create-negative-temperature-system/
>その雲の一部が「負の絶対温度」をもつ場合は、
>いくつかの原子は重力に逆らうかのように上昇していくと計算されるという。

なんすかコレ!?

175: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 22:39:57.84 ID:CFheuCrf
絶対零度以下が可能なら、それが絶対零度なんじゃね?
つまり、いままでの絶対零度は絶対零度じゃない。

177: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 22:52:22.93 ID:8Yj6rZOH
物質の持つエネルギーの根幹から見直す必要が出てきたという事か
興味深い

179: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 23:01:06.99 ID:fFh8gqHY
>>177
温度の定義を見直すんじゃなくて、我々が捉え方を変えるだけです

178: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 22:57:54.47 ID:0Fcqc9b2
光速より速い素粒子とか絶対零度より低い量子気体とか
理論より実証が先行するのって流行りかな

180: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 23:15:49.46 ID:9dfIpxGF
ついにダークエネルギー発見か!?

182: 名無しのひみつ 2013/01/09(水) 23:31:36.83 ID:SVz9lr8W
負の温度(反転分布)を利用したレーザー発振の原理
http://d.hatena.ne.jp/masa_cbl/20130109/1357738635

186: 名無しのひみつ 2013/01/10(木) 00:02:39.26 ID:JdkqJi1x
プラス方向で273.15度以上あるのにマイナス方向でないと考えている方がおかしい


元スレhttp://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1357701465/