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零点エネルギー れいてんエネルギーzero-point energy

ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典の解説

零点エネルギー
れいてんエネルギー
zero-point energy

古典力学では,粒子などの平衡の位置はポテンシャルエネルギー最小の位置であるが,量子力学では,不確定性原理により,ポテンシャルエネルギーが最小の位置に静止した状態は実現されず,基底状態のエネルギーはそれより必ず高くなる。この量子力学的な基底状態と古典力学的な平衡状態とのエネルギーの差を零点エネルギーという。たとえば振動数νの調和振動子零点振動による零点エネルギーは (1/2)hν である ( hプランク定数 ) 。固体の零点エネルギーの合計は,絶対零度におけるその内部エネルギーである。

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日本大百科全書(ニッポニカ)の解説

零点エネルギー
れいてんえねるぎー

量子力学における運動状態(量子的状態)にある粒子のエネルギーはもっとも低いエネルギーの状態においても零ではない。また電子や中性子、陽子などフェルミ粒子のガスは絶対零度の点においても零でないエネルギーを有している。これらのエネルギーを零点エネルギーという。
 量子的状態にある粒子が空間的に有限な広がりaをもつ領域で運動している場合、その運動量は不確定性原理により、平均の値を中心とする/aはプランク定数hを2πで割ったもの)程度の幅の値を有している。したがってaが無限大でない限りその運動エネルギーはけっして零にはならない。また同様に不確定性原理のため運動エネルギーの有限な粒子は空間の一点にのみ存在することはできない。以上の結果として、量子的状態にある粒子はポテンシャルエネルギーの最低値の点にとどまっていることができず、そのエネルギーはこの最低値よりも高い値をもつ。2分子が接近すると各分子の双極子間の相互作用のため各分子の零点エネルギーの和が減少し、結果として分子間に引力的効果が生じる。またパウリの原理のため電子ガス内の各電子はエネルギーの低い順に各量子的状態に1個ずつ入っており、電子ガス全体のエネルギーは零でない大きさをもつ。この場合、電子ガスは零点エネルギー密度の3分の2の圧力を有している。これを縮退圧という。白色矮星(わいせい)が強い重力にもかかわらずその形を保っているのは電子の縮退圧のためである。[田中 一]

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世界大百科事典内の零点エネルギーの言及

【零点振動】より

…力学的な系のエネルギー最低の状態でなお残っている運動。そのエネルギーの値を零点エネルギーzero‐point energyと呼ぶ。古典力学で扱えばエネルギー最低の状態では系の構成要素がすべて各自の平衡位置に静止することになるが,これでは位置と運動量がともに確定となり,量子力学では不確定性原理から許されない。…

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