☆頭の体操☆コミュの水問題

0.0000000000000000000000………1℃
の水（Ｈ2Ｏ）は、液体。

-0.0000000000000000000000………1℃
の水（Ｈ2Ｏ）は、固体。

では、
0.0000000000000000000000………0℃
の水（Ｈ2Ｏ）は、

液体か？固体か？

※　よく「液体と固体が混在した状態」だと言われる。
が、これは答えとして認めない。
なぜなら、
十分にかき混ぜた後、
その中の液体と固体を分離してみると、
やはり、
液体＝0.000000000000…1℃
固体＝-0.000000000000…1℃
となると考えてますので。

ということで、
「だからといって、この問題、
液体＝0.0000…0℃
固体＝0.0000…0℃
となるわけもないでしょう。これどう説明するの？」って問題です。

（自作問題）（答え知りません。by出題者ユニコーン）

コメント(20)

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[1] mixiユーザー 09月28日 03:26

そもそも凍る温度は状況で違うから
何度を過ぎたから何体
とは一概に言えない

っとゆうのは…？
屁理屈？

+1水
-1氷

が条件なら
０度で凍るのではなく
水の氷点が０度なのだ
と考えて、氷派に

[2] mixiユーザー 09月28日 06:58

気圧にもよりますよね。

でも、氷に一票。

[5] mixiユーザー 09月28日 16:32

「確率的に半々だ」と思います。

「液体と固体が混在した状態」を認めない───つまり"平衡状態"という答えを拒否するのは、
「微視的に分子それぞれを見れば、水か氷のどちらかだ」ということですね？
つまり、出題者さんの問いを言い換えると、「水分子が【２個だけ】ある。
温度が丁度０度のとき、それらは結合して（=凍って）いるかいないか？」という疑問ですよね？

「確率的に半々だ」と僕は思います。つまり、個別に運動するそれら２個の水分子が、
どんな角度でどの程度の勢いでぶつかり合うかによりけりだろう、と想像します。以下理由(↓)

物質の温度は、その物体を構成する個々の分子の、運動エネルギーの平均値で決まります。
そして水１滴の中の水分子それぞれの運動は、乱雑です。
無数の水分子が、テンデンバラバラに振動し押し合っています。
だから瞬間ごとに、比較的ゆったり落ち着いている水分子もあれば、
激動中の水分子もあります（つまり分子ごとに運動エネルギーに大差あり）。

今、水１滴の中で、たまたま振動の【遅い】水分子２個がうまい角度で接すれば、
（たとえ０度よりも"高い"温度下においてさえ）結合して凍ります（=氷になる）。
ただし瞬間で水に戻りますが。（すぐにほかの水分子とぶつかってちぎれるから）。

逆に、たまたま振動の【早い】水分子がうまい角度でぶつかられてさらに加速されれば、
（100度よりも"低い"温度下でさえ）気化します（=蒸気になる）。だからこそ、
常温（沸点100度よりも低い）であってさえ皿の水は気化して減っていくわけです。
また人間の体表が100度に遠く及ばないにもかかわらず、
かいた汗が蒸発して気化熱を奪うことで体を冷やしてくれるのも、そのおかげです。
このように、低温の液体の水中ですらたまたま気化する水分子が常にあり、
それらの一部が大気中へ逃れていくわけです（逃れそこねた水蒸気は瞬間で液体に戻る）。

そんなわけで、個々の水分子ペア（水分子２個からなる組み）に着目するなら、
丁度０度という温度では、氷である確率と水である確率が半々だ、と僕は思います。

[6] mixiユーザー 09月28日 17:09

液体！
たしか、水は0度から凍りはじめるはずなので
、0度の時点では水だと思います。
氷になった瞬間にはもうマイナスであると思います。

[7] mixiユーザー 09月28日 21:52

れおさん
回答ありがとうございます。

＞そもそも凍る温度は状況で違う
おっしゃる通りですが、その状況を、
0.0000…1度で液体
-0.0000…1度で固体
という状況に設定したとき、どうなるのか？という問いでございます。

また、
＞０度で凍るのではなく
>水の氷点が０度なのだ・・・?
とありますね。なるほど。
しかし、それでしたら、
0.0000…1度では液体・・・?
なのですから、
?と?の中間の温度では固体か液体か？
という問題ですので、残念ながらそれでは解決には至りませんです…。

[8] mixiユーザー 09月28日 21:52

せっちゃん。さん
回答ありがとうございます～。
せっちゃんさんも、れおさんと同じお考えということですね。

[9] mixiユーザー 09月28日 21:53

十四夜さん

すばらしい！！エレガント！！本当に感動しました。
＞「確率的に半々だ」と思います。
それですっ！「確率的に」って解釈することが本質的なこの問いの解ですね。
完全に納得できました。

＞、「水分子が【２個だけ】ある。
＞温度が丁度０度のとき、それらは結合して（=凍って）いるかいないか？」という疑問ですよね？
そうですそうです！その通りです。よくぞここまで私の言いたいことを的確に説明してくださいました。ありがとうございます。
【２個】で出題すればよかったんですね。そうすれば余計なことを考えなくて良くなる。求めたい求めているものだけ聞ける。

ありがとうございます。

[10] mixiユーザー 09月28日 21:54

愛華★+｡さん

回答ありがとうございます。
＞水は0度から凍りはじめるはずなので
＞、0度の時点では水だと思います。
んにゃ？？
それが水か氷かは難しい問題ですよね。。
きっと水？きっと氷？？
哲学ですねえ…

[12] mixiユーザー 09月29日 22:42

別解
「ゼリー状になる」（←本当かどうか知らない。）

「確率的に半々」
という考えを元に、これは「分子２個」の状態での話であるので、
これが「分子がたくさん」の状態になったらどういう状態になるだろう？

「水と氷が混在した状態」になるのだろうか？
ここで、「氷」と聞くと、大きなカタマリをイメージしてしまう。
分子レベルの大きさから見ると、とてつもなく大きい。

そうではなく、
たとえば、
分子１０億個のうち、
「５億個の液体分子」と「５億個の固体分子」がどのように混ざり合っているのだろう？

これが、まったく混ざり合っていない状態だと、
ビーカーの中の水のうち、上半分が氷で、下半分が水、ということになる。

次に、
１０億個のうち、１億個の氷分子が５個あるなら、
ビーカーの水の中に、５個の氷がウヨウヨとあることになる。

さらに、
１０億個のうち、１０００万個の氷分子が５０個あるなら、
ビーカーの水の中に、５０個の氷がウヨウヨとあることになる。

さらに、・・・と、
これをさらに細かくしていくと・・・

最終的には、
１０億個のうち、５億個の氷分子があり、
ビーカーの５億個の水分子の中に、５億個の氷分子がウヨウヨ泳いでいることになる。・・・★

さて、この★の状態、外から眺めると一体どんな状態なのだろうか？？

ペットボトルの水の中に、でっかい氷がウヨウヨとあるような、そんな状態とは違う。もっと氷のツブが小さいのだ。その大きさは、分子のレベルまで小さくなっている。

この状態は一体どんな状態なのだろうか？想像もできない。
液体みたいに見えるのか？個体みたいに見えるのか？
それとも、ゼリー状みたいに見えるのか？

ゼリーではなく、水なのにゼリー状なんて想像しづらい。
でも、実際にそのような条件が作れたと仮定するならば、
ゼリー状のようになっているのかもしれない。

では、ゼリーはどのような状態なのか？
固体と液体の混ざり合った状態なの？？

ゼリーを熱すると、液体になる。
ゼリーを冷やすと、固体になる。

おお、ってことは、固体でも液体でもない状態はゼリー状なのか・・・？

もしそうなら、この問題の答えは、
「ゼリー状になる」
というのが別解となるわけです。

ｂｙ出題者ユニコーン

[13] mixiユーザー 09月30日 07:15

…
まず、水の分子は、大きさは（分子量）は18で、変わらない。
その集合体は、クラスターといい、3分子か、6分子の集合体がたまーに見かける記事に載ってる。

ま、それらの集まりが、いくつかあったとして、水と氷が、半々だとしても、

水は、常圧、4℃で、いちばんおもく、1CCで、1グラムです。
氷は、それより軽いので、水全体の上部に浮くはずです。

だから、どうだということもないのですが、それを攪拌すると、撹拌熱で、温度は、零℃から上昇するし、……

σ(^_^;)

[14] mixiユーザー 09月30日 11:48

かきませた道具の温度、器の温度も同じ温度ならば、原則的には凍る。
だけど、かき混ぜた運動エネルギーも考慮したら液体。
まあかき混ぜられる時点で液体てしょ。

[15] mixiユーザー 09月30日 23:31

>氷は、それより軽いので、水全体の上部に浮くはずです。
仮に浮いたとして、どのように浮くのか想像もできないですよね？
普通の氷じゃないわけですから。。。

[16] mixiユーザー 10月01日 00:09

難しいですね（´・ω・｀）なぞなぞ感覚で答えてた自分が恥ずかしい（#´д｀#）

[18] mixiユーザー 10月01日 10:35

なぞなぞ感覚で答えられるものが９割以上を占めますが、
時々、このような問題が含まれて降りますのでご注意を。ｗ

[19] mixiユーザー 05月11日 07:24

古い問題への回答失礼します。
実体験から。
静止状態では水です。
過冷却という状態らしいのですが。
衝撃を与えた瞬間に凍ります。

[20] mixiユーザー 05月12日 11:07

ますちゃんさん

なつかしい・・・こんな問題そういえば出したなあ。。

さて、ますちゃんさんの仰っているのは、
「０度よりも低い温度で凍っていない場合でも衝撃あたえりゃやっぱり固体」
ってだけの話ですよね。問題の本質はそこではないです。

０度より低い温度でも凍ってない「特殊な状態」をもってきて、その状態にまた「特殊な」条件を与えるとどうなるか？とかそういう議論をしていたのではないのでした。

特殊な条件抜きでの話です。

そんなこと言ったら、「圧力」もってきて、「圧力かけりゃ、凍る」と言ってるような議論とかわらないです。そこではないんですね。。。

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