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分子には振動エネルギーがゼロできますか?

いいえ、分子は絶対ゼロでゼロ振動エネルギーを持つことはできません。その理由は次のとおりです。

* ゼロポイントエネルギー: 絶対ゼロ(0ケルビン)でさえ、分子には「ゼロポイントエネルギー」と呼ばれる最小量の振動エネルギーがまだあります。このエネルギーは、ハイゼンベルクの不確実性の原則から生じます。これは、粒子の位置と完全な精度で勢いの両方を知ることができないと述べています。

* 量子力学: 振動エネルギーは量子化されているため、離散レベルでのみ存在できます。可能な限り低い振動レベルはゼロではなく、ゼロポイントエネルギーです。

* 熱エネルギー: 絶対ゼロを超える温度では、分子は熱エネルギーのために追加の振動エネルギーを持っています。このエネルギーにより、分子はより大きな振幅と周波数で振動します。

このように考えてみてください: 春のボールを想像してみてください。たとえボールが完全に静止していても、スプリングはまだわずかに伸びており、ゼロポイントエネルギーを表しています。ボールを完全な停止にするには、スプリングを削除する必要があります。これは量子の世界では不可能です。

例外:

* 単原子分子: ヘリウムのような単一原子には、核が1つしかないため、振動モードはありません。しかし、彼らは絶対ゼロでも翻訳および回転エネルギーを持っています。

要約すると、分子は常に、可能な限り寒い温度であっても、ゼロポイントエネルギーのために少なくとも少量の振動エネルギーを持っています。

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