რა არის აბსოლუტური ნული თერმოდინამიკაში?

გარემოს ტემპერატურა არის და იყო მთელი ისტორიის მანძილზე ძალიან განმსაზღვრელი ელემენტი განსხვავებულთა გადარჩენისთვის ცოცხალი არსებები და ის, რაც აღინიშნა ევოლუციის მომავალზე და ადამიანთა შემთხვევაში, სამყაროს გაგების გზა, რომელიც ჩვენს გარშემოა. აკრავს.

სინამდვილეში, ცნობილი სიცოცხლის უმეტესი ნაწილი მხოლოდ თერმული საზღვრებში ცხოვრობს და ნაწილაკების მოძრაობა და ენერგიაც კი იცვლება მოლეკულურ დონეზე. დადგინდა ექსტრემალური ტემპერატურის არსებობაც კი, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს სუბატომური ნაწილაკების მოძრაობა მთლიანად შეწყვიტოს, რადგან ისინი რჩებიან ენერგიის სრული არარსებობის პირობებში. ეს არის აბსოლუტური ნულის შემთხვევა, კონცეფცია, რომელიც შეიმუშავა კელვინმა და რომლის კვლევასაც დიდი მეცნიერული აქტუალობა აქვს.

მაგრამ... რა არის ზუსტად აბსოლუტური ნული? ამ სტატიის განმავლობაში ჩვენ ვაპირებთ შეამოწმოთ იგი.

• დაკავშირებული სტატია: "დისკალკულია: მათემატიკის სწავლის სირთულე"

აბსოლუტური ნული: რას გულისხმობს ეს კონცეფცია?

ჩვენ ვუწოდებთ აბსოლუტურ ნულს ყველაზე დაბალი ტემპერატურის ერთეული, რომელიც ითვლება შესაძლებლად, -273.15ºC

, სიტუაცია, რომელშიც თავად სუბატომური ნაწილაკები აღმოჩნდებოდნენ რაიმე ტიპის ენერგიის გარეშე და ვერ შეძლებდნენ რაიმე ტიპის მოძრაობას.

ეს ხდება იმის გამო, რომ ობიექტის ტემპერატურის შემცირების ფაქტი გულისხმობს მისგან ენერგიის გამოკლებას, რომლითაც აბსოლუტური ნული ნიშნავს ამის სრულ არარსებობას.

ეს არის ტემპერატურა, რომელიც ბუნებაში არ არის და რომელიც ამ მომენტისთვის ჰიპოთეტურია (ფაქტობრივად, ნერნსტის მიუწვდომლობის პრინციპის მიხედვით ამის მიღწევა ტემპერატურა შეუძლებელია), თუმცა სამეცნიერო ექსპერიმენტებმა მიაღწიეს ძალიან მსგავს ტემპერატურას.

თუმცა, წინა აღწერა დაკავშირებულია ამ კონცეფციის აღქმასთან კლასიკური მექანიკის პერსპექტივიდან. შემდგომი გამოკვლევები, რომლებიც კლასიკურ მექანიკას განზე დატოვებდნენ კვანტურ მექანიკაში შესვლისას, ვარაუდობენ, რომ სინამდვილეში ამ ტემპერატურა, მაინც იარსებებს ენერგიის მინიმალური რაოდენობა, რომელიც შეინარჩუნებს ნაწილაკებს მოძრაობაში, ე.წ. ნულოვანი წერტილი.

მიუხედავად იმისა, რომ ამ ჰიპოთეტურ მდგომარეობაში პირველ კლასიკურ ხილვამდე, მატერია უნდა გამოჩნდეს მყარ მდგომარეობაში, რადგან არ არის მოძრაობა ან გაქრება, როდესაც კვანტური მექანიკის ტოლფასი მასის ენერგიასთან და ამ უკანასკნელის სრულიად არარსებობის გამო, ვარაუდობს, რომ როდესაც არის ენერგია, სხვა მდგომარეობები საგანი.

კელვინის გამოკვლევები

აბსოლუტური ნულის სახელწოდება და კონცეფცია მომდინარეობს უილიამ ტომსონის, უკეთ ცნობილი როგორც ლორდ კელვინის კვლევისა და თეორიიდან, რომელმაც გადაწყვიტა ამ კონცეფციის შემუშავება. აირების ქცევაზე დაკვირვება და მათი მოცულობის ცვალებადობა ტემპერატურის ვარდნის პროპორციულად.

ამის საფუძველზე ამ მკვლევარმა დაიწყო გამოთვლა, თუ რა ტემპერატურაზე იქნებოდა გაზის მოცულობა ნული, მივიდა იმ დასკვნამდე, რომ იგი შეესაბამებოდა ზემოხსენებულ ტემპერატურას.

თერმოდინამიკის კანონებზე დაყრდნობით, ავტორმა შექმნა საკუთარი ტემპერატურის სკალა, კელვინის სკალა, ათავსებს წარმოშობის წერტილს ამ შესაძლო ყველაზე დაბალ ტემპერატურაზე, აბსოლუტურ ნულზე. ამრიგად, 0ºK ტემპერატურა შეესაბამება აბსოლუტურ ნულს, -273.15ºC. აღნიშნული ავტორის მიერ შექმნილი ტემპერატურული სკალის ნაწილი შექმნილია იმდროინდელი თერმოდინამიკის კანონებიდან (1836 წელს).

არის რამე იქით?

იმის გათვალისწინებით, რომ აბსოლუტური ნული არის ტემპერატურა, რომლის დროსაც არ იქნება ნაწილაკების მოძრაობა ან მხოლოდ იქნება აბსოლუტური ნულის ნარჩენი ენერგია, აინტერესებს, შეიძლებოდა თუ არა რაიმე არსებობდეს ამ ტემპერატურის მიღმა.

თუმცა ლოგიკამ შეიძლება გვაფიქრებინოს არა, მაქს პლანკის ინსტიტუტის სხვადასხვა მკვლევართა მიერ ჩატარებული კვლევა ისინი, როგორც ჩანს, მიუთითებენ, რომ რეალურად შეიძლება იყოს უფრო დაბალი ტემპერატურა და რომ ის შეესაბამებოდა კელვინის შკალის უარყოფით ტემპერატურას (ანუ აბსოლუტურ ნულზე ქვემოთ). ეს არის ფენომენი, რომელიც შეიძლება მოხდეს მხოლოდ კვანტურ დონეზე.

ეს მოხდება ზოგიერთი გაზების შემთხვევაში, რომლებმაც ლაზერებისა და ექსპერიმენტების გამოყენებით მოახერხეს აბსოლუტური ნულიდან გარკვეულწილად გადაადგილება ნეგატიურ ტემპერატურამდე ნულის ქვემოთ. ეს ტემპერატურები უზრუნველყოფენ, რომ მოცემული გაზი, მომზადებული ისე, რომ მაღალი სიჩქარით იკუმშება, დარჩება სტაბილიზირებული. ამ თვალსაზრისით ის ბნელ ენერგიას ჰგავს, რომელიც ზოგიერთი ექსპერტის აზრით სამყაროს თავისთავად ნგრევას უშლის ხელს.

• შეიძლება დაგაინტერესოთ: "ქიმიური რეაქციების 11 სახეობა"

რისთვის შეიძლება მისი გამოყენება?

აბსოლუტური ნულის არსებობის ცოდნას აქვს შედეგები არა მხოლოდ თეორიულ, არამედ პრაქტიკულ დონეზეც. და ეს არის ის, რომ როდესაც ექვემდებარება აბსოლუტურ ნულთან ახლოს ტემპერატურას, ბევრი მასალა მნიშვნელოვნად ცვლის მათ თვისებებს.

ამის მაგალითია ის ფაქტი, რომ ამ ტემპერატურაზე სუბატომური ნაწილაკები კონდენსირდება ერთ დიდ ატომში, რომელსაც ბოზე-აინშტაინის კონდენსატი ეწოდება. ანალოგიურად, ზოგიერთი განსაკუთრებით საინტერესო თვისება მათი პრაქტიკული გამოყენების გამო გვხვდება ზესთხევადობა ან ზეგამტარობა, რომელსაც გარკვეულ ელემენტებს შეუძლიათ მიაღწიონ ამ პირობებში თერმული.

ბიბლიოგრაფიული ცნობები:

• ბრაუნი, ს. და სხვ. (2013). ატომები უარყოფით აბსოლუტურ ტემპერატურაზე - ყველაზე ცხელი სისტემები მსოფლიოში. მეცნიერება, 4. მაქს პლანკის საზოგადოება.
• მერალი, ზ. (2013). „კვანტური გაზი აბსოლუტურ ნულს ქვემოთ ეცემა“. Ბუნება. doi: 10.1038/nature.2013.12146.