热力学的な力と重力を统一した新たな概念「有効重力」の诞生―液体が宙に浮く现象を予言する新理论―

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 中川尚子 茨城大学学術研究院教授と佐々真一 理学研究科教授の研究グループは、重力下で熱が流れる環境下において、液体とその蒸気が共存する状態(気液相共存)にある物質の配置や安定性を決定する新しい熱力学理論を構築しました。

 この研究では、本研究グループが独自に発展させてきた「大域熱力学」を応用することで、熱流がもたらす力と重力という全く異なる物理的要因を統一した新たな概念「有効重力(Effective Gravity)」を導き出しました。この理論により、直感的には不思議に思える「重い液体が軽い気体の上に、静止して浮く」という現象が、熱力学的に最も安定な状態として実現可能であることを理論的に予言しました。

 本成果は、物理学の长年の课题であった、流れがある世界における安定性の原理を确立し、その実例として常识を覆す浮游现象を提示したものです。

 本研究成果は、2026年2月3日に、国際学術誌「Physical Review Letters」に掲載されました。

画像
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重力と热流が拮抗して作用する际の力学的バランスの模式図。左:热流による力が重力を上回り、有効重力が反転して液体が浮く场合。右:重力が热流による力に胜り、液体が沉む场合。
研究者情报
研究者名
佐々 真一
书誌情报

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【书誌情报】
Naoko Nakagawa, Shin-ichi Sasa (2026). Thermodynamic Variational Principle Unifying Gravity and Heat Flow. Physical Review Letters, 136, 5, 057101.