-K

ぼや川より
おやじギャグ・サエて室温・２℃下がり

・・・ひえ～・・・

マックス・プランク研究所とルートヴィヒ・マクシミリアン大学ミュンヘンの研究チーム
K(-273℃)にマイナスが・・・
絶対零度を下回る温度(マイナスのケルビン温度)を持つ原子ガスを作製
ケルビン温度がマイナスとなる物質を利用することで、熱効率が100％を超える？内燃機関が・・・
また、原子ガスの挙動に、宇宙の加速膨張の原因と考えられているダークエネルギーに類似した性質があるため、天文学的な面からも関心が・・・

教科書では物質の最低温度は絶対零度(約－273℃)
今回の実験では、気体中の分子のエネルギー準位の分布を表す「ボルツマン分布」が通常の気体(プラスのケルビン温度を持つ気体)とは逆になるように条件を整えることによって-Kの原子ガスを実現

普通に存在する系のボルツマン分布では、ほとんどの粒子が低エネルギー状態
一部の粒子だけが高エネルギー状態
系の中のすべての粒子のエネルギー準位が最低レベル(基底状態)
・・・動かない・フリーズ状態
になるときの温度が絶対零度
今回の実験では
原子ガスが、ほとんどの粒子が高エネルギー状態
一部の粒子だけが低エネルギー状態となるようにしたらボルツマン分布が通常の系から反転してしまった

ボルツマン分布を分かりやすく説明すると
起伏のある場所にたくさんのビー玉を置いた状態に例えると
日常の世界では、ほとんどのビー玉が、くぼんだ谷間の部分に溜まって動かなくなる
ビー玉は位置エネルギーも運動エネルギーも最小の値をとるため
・・・低いトコに落ちるってコト
すべてのビー玉の状態を合計すると高エネルギー状態よりも低エネルギー状態になりやすい
これはケルビン温度がプラスとなる通常の系でのボルツマン分布
系の温度が無限大になる場合
ボルツマン分布は、ビー玉が起伏に関係なく一様に散らばっている状態に例えられます。これは、すべてのエネルギー状態が同じ確率で存在する
・・・あらゆるトコにビー玉が同じようにある

ケルビン温度がマイナスとなる系
盛り上がった丘の上にほとんどのビー玉が集まって動いている状態
丘のてっぺんは位置エネルギーの上限
ビー玉の運動エネルギーも最大
低エネルギーよりも高エネルギー状態になりやすく
・・・通常ありえない
ボルツマン分布が反転しているこ

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
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・・・
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作れば
実際にボルツマン分布を反転できる
実験では、最初に原子10万個程度を真空チャンバ内で冷却
プラス数十億分の1ケルビ（ほぼ絶対０だけど＋）まで温度を下げ、この極低温の原子ガスをレーザービームを用いた光学トラップで捕獲
超高真空条件下であるため、原子は周囲環境から熱的に完全に遮断
・・・周りから熱が伝わらない
レーザービームによって光格子の状態が作りだされ、原子は格子サイトの位置に規則的に配列
この格子中でも、原子はトンネル効果によってサイト間を移動できるけど原子の運動エネルギーには上限がある
運動エネルギー以外で温度と関係している原子間相互作用や位置エネルギーも今回の系では制限されてる
こうして与えられた全エネルギーの上限境界に原子を持っていくことで、マイナス数十億分の1ケルビン（ほぼ絶対０度だけどー）という温度が・・・

マイナスのケルビン温度を持つ物質を利用することで、熱効率が100％を超える内燃機関が実現？
ぱっと見、エネルギー保存則に反する現象
実際にはエネルギー保存則を破るものではない
通常のエンジンでは、そのエンジンより高温の媒質からしかエネルギーを吸収できない
・・・低い温度のモノから高い温度のモノに熱は伝わらない
けど
マイナスのケルビン温度の物質を利用すると
エンジンより高温および低温の両方の媒質から同時にエネルギーを吸収できるように
これがエネルギー保存則を破らずに熱効率100％超のエンジンが作れる理由だと
・・・？

マイナスのケルビン温度における原子ガスの熱力学的な現象は、
天文学分野で注目されているダークエネルギーとの類似性も
ダークエネルギーは宇宙の加速膨張を説明するために仮定された力
全宇宙の質量が重力の作用で引き合っているのに
・・・最終的に全てのモノが１点に集まる・なら宇宙は膨張しない
けど宇宙の膨張速度が減速し収縮へと向かわない
・・・膨張しつづけてる
のはダークエネルギーが働いているから？
今回作製された原子ガスでは、通常の気体のように原子同士が反発せず
逆に互いに引き合った⇒負の圧力がかかっている
しかし、原子ガスは負の圧力で収縮して崩壊することなく、安定状態を保ってる
これは、宇宙が重力によって収縮崩壊しないで済んでいるのと似てる

この原理を応用すれば、冷たいモノから熱いモノへとエネルギーを移すことができ、まだ解明されていないダークエネルギーの性質を理解することができるかも？
これまで常識と考えられてきた物理法則の基本は、どうやら？
・・・？？？

今日は～
ウメ

実は最近の画がない
あるけど整理してないんで・・・
雪の中の梅の花
オツなもんです