絶対零度

絶対零度（Absolute zero）

絶対零度とは、絶対温度の最も低い状態を指し、その温度は0 Kに相当します。この温度では、理想気体のエントロピーとエンタルピーが最小の値に達します。具体的には、セルシウス温度で−273.15°C、ファーレンハイト温度で−459.67°Fに相当します。理論的には絶対零度は最低温度とされますが、エンタルピーはまだゼロにはならないことが特徴的です。また、統計力学では0 K未満の負温度という現象の存在も確認されています。

概要

温度を決定する要因は、物質内の熱振動に基づいており、そこには明確な下限があります。それが絶対零度であり、この状態では原子の振動が最小限になり、エネルギーが極限まで低下しています。古典力学の観点からは、エネルギーが最低に達する状態は、原子の振動が完全に停止している状態と解釈されます。

しかし、量子力学の立場から見ると、不確定性原理のために原子の振動は完全には止まることはなく、最低エネルギー状態でも微細な零点振動が存在します。また、熱力学の第三法則によれば、温度が0 Kを上回る物質を有限の操作で絶対零度にすることは不可能です。本当に至極低温に達すると、温度が高い場合には見られない特異な現象も観察され、これらは低温物理学という専門分野で研究されています。

理想気体に関する理論によれば、0 Kに達するとガスの圧力や体積はゼロに近づきますが、これはあくまでも理想的な状態に基づいています。

歴史

絶対零度の概念は、ギヨーム・アモントンの研究から始まりました。彼は温度計の実験において気体の温度と圧力の関係を探求し、温度を低下させていくうちに圧力がゼロになる温度が存在することに気づきました。彼は、その温度をおおよそ−240°Cと推定しました。これが温度に下限があることへの第一歩でした。

その後、ジャック・シャルルやジョセフ・ルイ・ゲイ＝リュサックがさらなる研究を行い、シャルルの法則を発見する中で、絶対零度は−273°Cであることが明らかになりました。1935年、木下正雄と大石二郎の二人は、気体温度計を用いてより正確な測定を行い、絶対零度が−273.15°Cから−273.16°Cの範囲にあることを発表しました。さらに1938年には、等温線法という新たな手法が開発され、同様の測定結果が得られました。

1954年、第4回国際度量衡委員会において、等温線法の確立した利点を基に、−273.15°Cが絶対零度として公式に採用されました。これは、水の三重点の値（273.16 K）を元にしたもので、水の三重点は摂氏0.01°Cに相当し、この計算により絶対零度が確定されました。

参考文献

• - K.メンデルスゾーン/大島恵一訳、『絶対零度への挑戦』（1971年）、講談社（ブルーバックス）

関連項目

• - 熱力学温度（絶対温度）
• - ケルビン（K、熱力学温度の単位）
• - 負温度 - 0 K未満の絶対温度
• - 統計力学
• - 低温物理学
• - 物性物理学
• - 超伝導
• - 超流動
• - 絶対温度

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