10月24日、東京で今年最初の「木枯らし」が吹きました。例年よりも少し早いタイミングなので、寒い冬になるのかもしれません。
寒さの下限である「絶対零度」は、なぜ「絶対」なのでしょうか？ 物質は冷やされると運動エネルギーが減り、およそ-273℃になるとエネルギーがゼロになる計算なので、負のエネルギーが見つからない限り「これ以下」はあり得ないため絶対と表現されているのです。熱気球と反対の理屈で、気体を冷やすと体積が減り理論上「無」になってしまう、絶対零度はフシギな温度なのです。
■-273℃で「気体」は消滅する？
ものを暖めると大きくなり、冷やせば小さくなるのはご存じでしょう。これからの季節、暖房をつけても足もとは寒いまま…これは温かい空気は体積が「大きい」ため、下から上に登ってしまうからです。電車がガタンゴトンと音を立てるのも線路に「継ぎ目」があるからで、これも温度対策。鉄も高温になると大きくなって線路が延びるため、ぶつかりあって曲がらないように隙間を空けているのです。
水はなぜ湯気にも氷にもなるのでしょうか？ これは水分子が持つ「運動エネルギー」の差で、
・暖める … 運動エネルギーが増える ＝ 自由に飛び回る
・冷やす … 運動エネルギーが減る ＝ 自由に動けなくなる
ためで、多くのエネルギーを持った水分子は飛び出して湯気になり、逆にエネルギーを失うとじっとして氷になるのです。気温や体温に使われる℃・摂氏(せっし)はこれらを基準に、氷になるときを0℃、ふっ騰したときを100℃、として定められているのです。
温度には「限界」はあるのでしょうか？ 多くのエネルギーを与えれば温度は上昇しますので、理論上「上限」はありません。対して下限は「運動エネルギーがゼロ」の状態までで、負のエネルギーを与えない限り下回ることはありません。