Qu'est-ce que le zéro absolu en thermodynamique ?

La température de l'environnement est et a été tout au long de l'histoire un élément très déterminant pour la survie des différents êtres vivants, et quelque chose qui a marqué l'avenir de l'évolution et dans le cas des êtres humains, la façon de comprendre le monde qui nous entoure. entoure.

En fait, une grande partie de la vie connue ne peut vivre que dans des limites thermiques, et même le mouvement et l'énergie des particules sont modifiés au niveau moléculaire. On a même stipulé l'existence de températures extrêmes qui peuvent provoquer l'arrêt complet du mouvement des particules subatomiques, car elles restent dans une absence totale d'énergie. C'est le cas du zéro absolu, un concept développé par Kelvin et dont les recherches ont une grande pertinence scientifique.

Mais... qu'est-ce que le zéro absolu exactement? Tout au long de cet article, nous allons le vérifier.

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Zéro absolu: à quoi ce concept fait-il référence ?

On appelle zéro absolu l'unité de température la plus basse considérée comme possible, -273,15 ºC, une situation dans laquelle les particules subatomiques elles-mêmes se retrouveraient sans aucun type d'énergie et ne pourraient effectuer aucun type de mouvement.

Cela est dû au fait que le fait de diminuer la température d'un objet implique de lui soustraire de l'énergie, avec laquelle le zéro absolu impliquerait l'absence totale de celle-ci.

C'est une température qu'on ne trouve pas dans la nature et qui est supposée pour le moment hypothétique (en fait, selon le principe d'inaccessibilité de Nernst pour atteindre cet objectif température est impossible), bien que l'expérimentation scientifique ait réussi à atteindre des températures très similaires.

Cependant, la description précédente est liée à une perception de ce concept du point de vue de la mécanique classique. Des investigations ultérieures qui laisseraient de côté la mécanique classique pour entrer dans la mécanique quantique proposent qu'en réalité dans ce température, il existerait encore une quantité minimale d'énergie qui maintiendrait les particules en mouvement, l'énergie dite de zéro point.

Bien qu'avant les premières visions classiques dans cet état hypothétique, la matière devait apparaître à l'état solide puisqu'il n'y a pas de mouvement ou disparaître quand assimilant la masse à l'énergie et cette dernière étant totalement absente, la mécanique quantique propose que lorsqu'il y a de l'énergie, d'autres états de la la matière.

Les enquêtes de Kelvin

Le nom et le concept de zéro absolu proviennent de la recherche et de la théorie de William Thomson, mieux connu sous le nom de Lord Kelvin, qui a entrepris de développer ce concept de l'observation du comportement des gaz et de la variation de leur volume proportionnellement à la baisse de température.

Sur cette base, ce chercheur a commencé à calculer à quelle température le volume d'un gaz serait nul, en concluant qu'il correspondrait à la température susmentionnée.

Sur la base des lois de la thermodynamique, l'auteur a créé sa propre échelle de température, l'échelle Kelvin, plaçant le point d'origine à cette température la plus basse possible, le zéro absolu. Ainsi, une température de 0ºK correspond au zéro absolu, -273,15ºC. partie de la création par ledit auteur d'une échelle de température générée des lois de la thermodynamique de l'époque (en 1836).

Y a-t-il quelque chose au-delà ?

Sachant que le zéro absolu est une température à laquelle il n'y aurait aucun mouvement de particules ou seulement il y aurait une énergie résiduelle de zéro absolu, on se demande si quelque chose pourrait exister au-delà de cette température.

Bien que la logique puisse nous faire penser que non, recherches menées par différents chercheurs de l'Institut Max Planck elles semblent indiquer qu'en fait il pourrait y avoir une température encore plus basse, et qu'elle correspondrait à des températures négatives sur l'échelle Kelvin (c'est-à-dire inférieures au zéro absolu). C'est un phénomène qui ne peut se produire qu'au niveau quantique.

Cela se produirait dans le cas de certains gaz qui, grâce à l'utilisation de lasers et à l'expérimentation, ont réussi à passer d'une température légèrement supérieure au zéro absolu à des températures négatives inférieures à zéro. Ces températures assureraient que le gaz en question, préparé de manière à ce qu'il se contracte à grande vitesse, reste stabilisé. En ce sens, elle s'apparente à l'énergie noire qui, selon certains experts, empêche l'univers de s'effondrer sur lui-même.

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A quoi peut-il servir ?

Connaître l'existence du zéro absolu a des répercussions non seulement au niveau théorique mais aussi même au niveau pratique. Et c'est que lorsqu'il est exposé à des températures proches du zéro absolu, de nombreux matériaux modifient considérablement leurs propriétés.

Un exemple de ceci se trouve dans le fait qu'à ces températures, les particules subatomiques se condensent en un seul gros atome appelé le condensat de Bose-Einstein. De même, certaines propriétés particulièrement intéressantes en raison de leur application pratique peuvent être trouvées dans le superfluidité ou supraconductivité que certains éléments peuvent atteindre dans ces conditions thermique.

Références bibliographiques:

• Braun, S. et coll. (2013). Atomes à température absolue négative - les systèmes les plus chauds du monde. Sciences, 4. Société Max Planck.
• Merali, Z. (2013). "Le gaz quantique descend en dessous du zéro absolu". Nature. doi: 10.1038/nature.2013.12146.