Шта је апсолутна нула у науци?

Апсолутна нула је дефинисана као тачка у којој нема више топлота може да се уклони из система, у складу са апсолутни или термодинамичка скала температуре. То одговара нули Келвинили минус 273,15 Ц. То је нула на Ранкине скали и минус 459,67 Ф.

Класична кинетичка теорија каже да апсолутна нула представља одсуство кретања појединих молекула. Међутим, експериментални докази показују да то није случај: Уместо тога, указује да честице у апсолутној нули имају минимално вибрационо кретање. Другим речима, док се топлота не може уклонити из система на апсолутној нули, апсолутна нула не представља најмање могуће стање енталпије.

У квантној механици апсолутна нула представља најнижу унутрашњу енергију чврсте материје у њеном основном стању.

Температура користи се за описивање колико је предмет топао или хладан. Температура објекта зависи од брзине којом његови атоми и молекули осцилирају. Иако апсолутна нула представља осцилације њиховом најспоријом брзином, њихово кретање никада се потпуно не зауставља.

За сада није могуће достићи апсолутну нулу - иако су јој научници пришли. Национални институт за стандарде и технологију (НИСТ) постигао је рекордно хладну температуру од 700 нК (милијарди милијарди келвина) у 1994. Истраживачи Технолошког института у Масачусетсу поставили су нови рекорд од 0,45 нК у 2003. години.

Физичари су показали да је могуће имати негативну Келвину (или Ранкину) температуру. Међутим, то не значи да су честице хладније од апсолутне нуле; радије, то је показатељ да је енергија смањена.

То је зато што је температура а термодинамички количина која се односи на енергију и ентропију. Како се систем приближава својој максималној енергији, његова енергија почиње да се смањује. То се дешава само у посебним околностима, као у квази-равнотежним стањима у којима спин није присутан равнотежа са електромагнетним пољем. Али таква активност може довести до негативне температуре, иако се додаје енергија.

Чудно је да се систем на негативној температури може сматрати топлијим од једног на позитивној температури. То је зато што се топлота дефинише у складу са правцем у коме тече. У свету са позитивном температуром обично топлота тече из топлијег, топлог пећи до хладнијег места као што је просторија. Топлина би текла из негативног у позитивни систем.

Научници су 3. јануара 2013. формирали квантни гас који се састојао од калијума атоми који су имали негативну температуру у погледу степена слободе кретања. Пре тога, 2011. године, Волфганг Кеттерле, Патрицк Медлеи и њихов тим демонстрирали су могућност негативне апсолутне температуре у магнетном систему.

Ново истраживање негативних температура открива додатно тајанствено понашање. На пример, Ацхим Росцх, теоријски физичар са Универзитета у Келну, у Немачкој, израчунао је да атоми имају негативну апсолутну температуру у гравитационо поље се може кретати "горе", а не само "доле". Плин Субзеро може опонашати тамну енергију, која присиљава свемир да се брже и брже шири према унутра гравитација.

Мерали, Зееиа. „Квантни гас иде испод апсолутне нуле“. Природа, Мар. 2013. дои: 10.1038 / природа.2013.12146.

Медлеи, Патрицк и др. "Спин Градиент Демагнетизатион Хлађење ултрахладних атома." Писма физичког прегледа, вол. 106, бр. 19. мај 2011. дои.орг/10.1103/ПхисРевЛетт.106.195301.