一方で私たちは、小学校の理科の授業以来、物質には決まった融点(固体が液体に変わる温度)や沸点(液体が気体に変わる温度)があると教えられてきました。
例えば氷は0℃で水になり、水は100℃で蒸発して気体になる、という具合です。
このような変化を「相転移(そうてんい)」と呼び、温度や圧力などの条件が整えば物質は必ず状態を変えるとされています。
しかし、実際には条件次第で融点や沸点を超えてもなかなか相転移を起こさないことがあり、これが前述した「過加熱」や「過冷却(かれいきゃく)」のような不思議な現象を引き起こします。
ではなぜこのような現象が起きるのでしょうか。
それは、物質が状態を変えるときには必ず何らかの「きっかけ」が必要だからです。
通常、液体が沸騰する場合ならば、小さな泡が容器の表面や不純物などを起点にして生じます。
しかし、滑らかな容器でゆっくり加熱した場合、泡が生じるきっかけがなかなか起きず、100℃を超えても液体の状態が保たれてしまうのです。
そして、ほんの少しの衝撃がきっかけとなり、一気に沸騰する現象が起きるわけです。
固体の場合もこれと似ています。
純度が高い金属や結晶をきっかけが起こらないように丁寧に加熱すると、一時的に融点を超えても固体の状態を維持できると理論的には考えられてきました。
しかし、こうした「固体の過加熱」は極めて不安定で、ほんのわずかな刺激で急激に融解し、液体へと変化してしまいます。
この突然の崩壊は「カタストロフィー(破局)」と呼ばれ、固体内部に蓄えられた熱エネルギーが一気に放出されることで生じます。
また、温度が上がれば上がるほど、崩壊のきっかけとなる小さな乱れが起きやすくなるため、実際にはある温度以上の「超高温の領域」では固体を安定させることは難しいと考えられてきました。
そこで物理学者たちは、「固体が存在できる究極の温度限界」を理論的に探求し始めました。