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超低温の世界は量子ワンダーランド


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 コーヒーの冷める理由なんて何とでも説明できそうですが(実際できる)、先ほどのボルツマン分布に注目すれば、いくらか詳しい説明ができます。

 一定の温度で熱運動をしている原子(コーヒーの場合は水分子)は、確率的にはほとんどの原子が平均エネルギー値の付近に集中していますが、かなり幅広いエネルギーに分布しています。これがボルツマン分布です。このうち、蒸発に必要なエネルギーをもった原子は、他の原子との結合を打ち切って外へ飛んでいってしまいます。ただし、残された原子も熱運動をしているので、ビリヤードの球のように激しくぶつかり合い、再び新しいエネルギー分布をとります。これを繰り返すうちに、外へ飛んでいける高エネルギーな原子はほとんど存在しなくなります。低エネルギーな原子ばかりが残り、全体としての平均エネルギー値も下がって温度が下がるというわけです。こうしてコーヒーは室温と同じ温度になり、まずいコーヒーの出来あがりというわけです。

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