Mikä on absoluuttinen nolla termodynamiikassa?

Ympäristön lämpötila on ja on ollut kautta historian hyvin ratkaiseva tekijä erilaisten selviytymiselle eläviä olentoja ja jotain, joka on merkinnyt evoluution tulevaisuutta ja ihmisten tapauksessa tapaa ymmärtää meitä ympäröivää maailmaa. ympäröi.

Itse asiassa suuri osa tunnetusta elämästä voi elää vain lämpörajoissa, ja jopa hiukkasten liike ja energia muuttuvat molekyylitasolla. On jopa esitetty äärimmäisiä lämpötiloja, jotka voivat saada subatomisten hiukkasten liikkeen pysähtymään kokonaan, koska ne pysyvät täysin ilman energiaa. Tämä on absoluuttisen nollan tapaus, Kelvinin kehittämä käsite ja joiden tutkimuksella on suuri tieteellinen merkitys.

Mutta... mikä on absoluuttinen nolla? Tämän artikkelin aikana aiomme tarkistaa sen.

• Aiheeseen liittyvä artikkeli: "Dyskalkulia: vaikeus matematiikan oppimisessa"

Absoluuttinen nolla: mihin tämä käsite viittaa?

Kutsumme absoluuttiseksi nollaksi alin mahdollinen lämpötilayksikkö, -273,15 ºC, tilanne, jossa subatomiset hiukkaset itse joutuisivat ilman minkäänlaista energiaa eivätkä pystyisi suorittamaan minkäänlaista liikettä.

Tämä johtuu siitä, että esineen lämpötilan aleneminen merkitsee energian vähentämistä siitä, jolla absoluuttinen nolla merkitsisi tämän täydellisen puuttumista.

Tämä on lämpötila, jota ei löydy luonnosta ja jota oletetaan tällä hetkellä hypoteettiseksi (itse asiassa Nernstin saavuttamattomuusperiaatteen mukaan tämän saavuttamiseksi lämpötila on mahdoton), vaikka tieteelliset kokeet ovat onnistuneet saavuttamaan hyvin samanlaiset lämpötilat.

Edellinen kuvaus liittyy kuitenkin tämän käsitteen käsitykseen klassisen mekaniikan näkökulmasta. Myöhemmät tutkimukset, jotka jättäisivät klassisen mekaniikan sivuun siirtyäkseen kvanttimekaniikkaan, ehdottavat, että todellisuudessa tässä lämpötilassa olisi silti olemassa vähimmäismäärä energiaa, joka pitää hiukkaset liikkeessä, ns. nolla piste.

Vaikka ennen ensimmäisiä klassisia näkyjä tässä hypoteettisessa tilassa aineen pitäisi ilmestyä kiinteässä tilassa, koska liikettä ei ole, tai se katoaa, kun rinnastamalla massan energiaan ja kun jälkimmäinen puuttuu kokonaan, kvanttimekaniikka ehdottaa, että kun on energiaa, muut tilat aihe.

Kelvinin tutkimukset

Absoluuttisen nollan nimi ja käsite tulee William Thomsonin, joka tunnetaan paremmin nimellä Lord Kelvin, tutkimuksesta ja teoriasta. Hän päätti kehittää tätä kaasujen käyttäytymisen havainnointi ja kuinka ne vaihtelevat tilavuuttaan suhteessa lämpötilan laskuun.

Tämän perusteella tämä tutkija alkoi laskea missä lämpötilassa kaasun tilavuus olisi nolla ja päätyi siihen tulokseen, että se vastaisi edellä mainittua lämpötilaa.

Termodynamiikan lakien perusteella kirjoittaja loi oman lämpötila-asteikon, Kelvin-asteikon, asettamalla alkupisteen tähän alimpaan mahdolliseen lämpötilaan, absoluuttiseen nollaan. Siten lämpötila 0 ºK vastaa absoluuttista nollaa, -273,15 ºC. osa mainitun tekijän luomasta lämpötila-asteikosta aikansa termodynamiikan laeista (vuonna 1836).

Onko jotain sen ulkopuolella?

Ottaen huomioon, että absoluuttinen nolla on lämpötila, jossa hiukkaset eivät liikkuisi tai liikkuvat vain jäännösenergia olisi absoluuttinen nolla, ihmettelee, voisiko jotain olla olemassa tämän lämpötilan ulkopuolella.

Vaikka logiikka saattaa saada meidät ajattelemaan, että ei, Max Planck -instituutin eri tutkijoiden tekemä tutkimus ne näyttävät osoittavan, että itse asiassa lämpötila voisi olla vieläkin alhaisempi ja että se vastaisi negatiivisia lämpötiloja Kelvinin asteikolla (eli absoluuttisen nollan alapuolella). Se on ilmiö, joka voi esiintyä vain kvanttitasolla.

Tämä tapahtuisi joidenkin kaasujen tapauksessa, jotka laserien käytön ja kokeilun avulla onnistuivat siirtymään jonkin verran absoluuttisen nollan yläpuolella olevista negatiivisista lämpötiloista alle nollan. Nämä lämpötilat varmistaisivat, että kyseinen kaasu, joka on valmistettu siten, että sen pitäisi supistua suurella nopeudella, pysyy vakaana. Tässä mielessä se on samanlainen kuin pimeä energia, joka joidenkin asiantuntijoiden mukaan estää maailmankaikkeutta romahtamasta itseensä.

• Saatat olla kiinnostunut: "11 kemiallista reaktiota"

Mihin sitä voidaan käyttää?

Absoluuttisen nollan olemassaolon tiedolla on vaikutuksia paitsi teoreettisella tasolla myös käytännön tasolla. Ja se on, että kun se altistuu absoluuttista nollaa lähellä oleville lämpötiloille, monet materiaalit muuttavat suuresti ominaisuuksiaan.

Esimerkki tästä on se tosiasia, että näissä lämpötiloissa subatomiset hiukkaset tiivistyvät yhdeksi suureksi atomiksi, jota kutsutaan Bose-Einstein-kondensaatiksi. Samoin joitakin erityisen mielenkiintoisia ominaisuuksia niiden käytännön sovelluksen vuoksi löytyy superfluiditeetti tai suprajohtavuus, jonka tietyt elementit voivat saavuttaa näissä olosuhteissa lämpö.

Bibliografiset viittaukset:

• Braun, S. et ai. (2013). Atomit negatiivisessa absoluuttisessa lämpötilassa - maailman kuumimmat järjestelmät. Tiede, 4. Max Planckin seura.
• Merali, Z. (2013). "Kvanttikaasu menee absoluuttisen nollan alapuolelle". Luonto. doi: 10.1038/luonto.2013.12146.