温度の上限について

質問

温度に上限はないと、ある書物に書いてあったのですが、
物体の速度が光速を超えられないとすれば、物体や分子が光速に達した温度は上限になりうるのでしょうか。それから、宇宙の始まりの時には、宇宙の温度が一京度を超えていたそうですが、この温度のときに、物質は光速を超えてしまわないのでしょうか。ふと疑問に思ったので、知っておられる方は是非、お教え下さい。お願いいたします。

回答No.3

SCNK · ベストアンサー

たしかに宇宙が有限ですと、エネルギー保存則からいっても全宇宙のエネルギーを集めた以上には温度は上昇しませんよね。（真空のエネルギーといわれるものもエネルギー化したとして）

普通の粒子は光速に限りなく近づくことは出来ても、光速そのものにはなりません。質量が無限大に拡大してしまうからです。したがって粒子が跳びまわる速度が光速を超えることはありえませんね。

お礼

光速というのは絶対なんですねぇ。
回答していただいてありがとうございます。

回答No.4

motsuan

すごい速さの宇宙船のなかの空気を考えてください。
宇宙船が光速に近い場合でも宇宙船に乗っている人から見ると
普通の速度分布をもった空気分子（窒素とか酸素とか）
として観察されます。つまり、普通の温度です。
一方、外から見たときにも、
宇宙船がすごいエネルギーをもっているように見えますが
別に灼熱地獄に苦しんでいるようには見えないはずです。
では、宇宙船のなかの空気と止まっている場所の空気を
まぜるとどうでしょうか？
めちゃくちゃ高い温度になります。
つまり、温度はエネルギーだけでなく、
そのエネルギーの散らばり具合、すなわちエントロピーも関係します。

つまり、温度はエネルギーを散らばらせるときの目安なのであって、
通常はより高いエネルギーを持ったエントロピーの高い系と（熱的に）接触すると
エネルギーが流入してくるのでそういう場合はもとの温度より高い温度が
存在することになります。あるいは、熱エネルギーが加え続けられる限り
（かつ、外に仕事をしない限り）、より高い温度を実現することができます。
相対性理論はエネルギーの上限を設けておらず、
粒子の運動の自由度も速度が変わっても
制限されない（めちゃくちゃな動きができる）ので
熱エネルギーが加え続けることが可能であり、
より高い温度が実現されるため上限が存在しないことになると思います。

すごい速さの宇宙船の例でいうと、
まず、宇宙船のなかの空気と止まっている場所の空気を
まぜて、今度は温度の高い空気をもって
同じように、光速に近づいたら、また混ぜて
というふうに繰り返すといくらでも温度を上げることができます。

もちろん、温度を上げるためにはたかだか宇宙の全エネルギーをつかうことしか
できませんんから、上限は存在するとは思いますが
理論上の上限はないということではないでしょうか？

回答No.2

apple-man

>温度に上限はないと、ある書物に書いてあったのですが、

それは間違いです。事実上の上限はあります。
それは宇宙が生まれたときの温度（エネルギー状態）
です。

＞それから、宇宙の始まりの時には、宇宙の温度が一京度を超えていたそうですが

一京度というのが正しいかどうかわかりませんが、
宇宙が出来たときより高い温度（若しくはエネルギー
状態）を作り出すことができるとすると、その過程
で宇宙ができてから今までに起こったことが全て、
逆転しておこります。つまりいろいろな物質が
次々と破壊されていくのです。

　宇宙ができた直後の温度を再現できたとすると、
そこには何も存在せず、さらに宇宙誕生の瞬間に
近づくと、一気に無の状態になると考えれるので、
温度の上げようがなくなるはずです。

＞物体や分子が光速に達した温度は上限になりうるのでしょうか。

　速度と温度は直接関係ないと思うのですが、
そう思われている理由は何でしょう？

補足

速度と温度が直接関係あるように思えたのは、温度が上がると分子運動が盛んになりますでしょう。それで、運動の速度は光速に達することができなくて、温度に上限がある、と思えたんです。

回答No.1

jun9031

光速では温度が無限大になります。（計算上）
よって上限はありません。
光速に近づくにつれ急激に温度があがります。

光速を超えることはできません。