Що таке абсолютний нуль у термодинаміці?

Температура навколишнього середовища є і була протягом всієї історії дуже визначальним елементом для виживання різних живі істоти та те, що визначило майбутнє еволюції, а у випадку з людьми — спосіб розуміння світу, який нас оточує. оточує.

Насправді значна частина відомого життя може існувати лише в теплових межах, і навіть рух і енергія частинок змінюються на молекулярному рівні. Було навіть обумовлено існування екстремальних температур, які можуть призвести до повного припинення руху субатомних частинок, оскільки вони залишаються в умовах повної відсутності енергії. Це випадок абсолютного нуля, концепція, розроблена Кельвіном і чиї дослідження мають велике наукове значення.

але... що таке абсолютний нуль? У цій статті ми збираємося це перевірити.

• Пов'язана стаття: "Дискалькулія: труднощі при вивченні математики"

Абсолютний нуль: що означає це поняття?

Ми називаємо абсолютний нуль найнижча можлива одиниця температури, -273,15ºC, ситуація, в якій самі субатомні частинки опиняться без будь-якої енергії та не зможуть здійснювати жодного типу руху.

Це відбувається через те, що факт зниження температури об'єкта передбачає віднімання від неї енергії, при цьому абсолютний нуль означав би її повну відсутність.

Це температура, якої немає в природі і який на даний момент вважається гіпотетичним (насправді, згідно з принципом недосяжності Нернста для досягнення цього температура неможлива), хоча наукові експерименти зуміли досягти дуже схожих температур.

Однак попередній опис пов’язаний зі сприйняттям цієї концепції з точки зору класичної механіки. Подальші дослідження, які залишили б класичну механіку осторонь, щоб увійти в квантову механіку, припускають, що насправді в цьому температури, існувала б мінімальна кількість енергії, яка підтримувала б рух частинок, так звана енергія нульова точка.

Хоча до появи перших класичних уявлень у цьому гіпотетичному стані матерія мала бути у твердому стані, оскільки немає руху, або зникати, коли прирівнюючи масу до енергії, а остання повністю відсутня, квантова механіка припускає, що коли є енергія, інші стани тема.

Дослідження Кельвіна

Назва та концепція абсолютного нуля походить від досліджень і теорії Вільяма Томсона, більш відомого як лорд Кельвін, який мав намір розвинути цю концепцію спостереження за поведінкою газів і як вони змінюють свій об’єм пропорційно зниженню температури.

На основі цього дослідник почав розраховувати, при якій температурі об’єм газу дорівнюватиме нулю, дійшовши висновку, що він відповідатиме вищезгаданій температурі.

Ґрунтуючись на законах термодинаміки, автор створив власну температурну шкалу, шкалу Кельвіна, помістивши початкову точку на цю найнижчу можливу температуру, абсолютний нуль. Таким чином, температура 0ºK відповідає абсолютному нулю, -273,15ºC. частина створення згаданим автором температурної шкали із законів термодинаміки того часу (у 1836 році).

Чи є щось поза межами?

Маючи на увазі, що абсолютний нуль - це температура, при якій не було б руху частинок або тільки була б залишкова енергія абсолютного нуля, цікаво, чи може щось існувати поза цією температурою.

Хоча логіка може змусити нас думати, що ні, дослідження, проведені різними дослідниками в Інституті Макса Планка вони, здається, вказують на те, що насправді може бути навіть нижча температура, і що вона відповідатиме негативним температурам за шкалою Кельвіна (тобто нижче абсолютного нуля). Це явище, яке може відбуватися лише на квантовому рівні.

Це могло б статися у випадку деяких газів, яким завдяки використанню лазерів і експериментів вдалося перейти від температури дещо вище абсолютного нуля до негативної температури нижче нуля. Ці температури гарантували б, що газ, про який йде мова, підготовлений таким чином, щоб він стискався на високій швидкості, залишається стабілізованим. У цьому сенсі він схожий на темну енергію, яка, на думку деяких експертів, запобігає колапсу Всесвіту в собі.

• Вас може зацікавити: "11 типів хімічних реакцій"

Для чого його можна використовувати?

Знання про існування абсолютного нуля має наслідки не лише на теоретичному, але й навіть на практичному рівні. І це те, що під впливом температур, близьких до абсолютного нуля, багато матеріалів сильно змінюють свої властивості.

Прикладом цього є той факт, що при цих температурах субатомні частинки конденсуються в один великий атом, який називається конденсатом Бозе-Ейнштейна. Так само деякі особливо цікаві властивості завдяки їх практичному застосуванню можна знайти в надплинність або надпровідність, якої певні елементи можуть досягти за цих умов теплові.

Бібліографічні посилання:

• Браун, С. та ін. (2013). Атоми з негативною абсолютною температурою - найгарячіші системи у світі. Наукова, 4. Товариство Макса Планка.
• Мералі, З. (2013). «Квантовий газ опускається нижче абсолютного нуля». природа doi: 10.1038/nature.2013.12146.